现代生物医学超声工程学

一、引 言 用工程技术方法研究生命科学大有发展前途.现代生物医学超声工程学正是这方面的一支生力军.它是超声物理学、现代电子检测技术和生物医学在发展中相互渗透的产物.是理、工、医相结合的边缘学科. 现代生物医学超声工程学主要包括基础理论研究、仪器工程开发和临床应用三个相互联系和相互促进的方面.它以超声波与生物组织     

声图像的恢复对纹理分析参数影响的研究

本文研究了声图像的恢复对声图像纹理分析参数的影响。论文阐述了一种用于Ｂ超图像恢复的方法。它利用三个声学特性已知的超声组织仿真模块作参考,在增益与ＴＧＣ设置不变的情况下,可对均匀组织的Ｂ超图像进行恢复,论文采用了几种不同的纹理分析方法对已恢复的Ｂ超图像及未经恢复且在不同设置下采集的图像进行了分析结果的对比研究,得到了一些有实用意义的结论。     

国外声学简讯

目前超声普遍用于医学临床.用于其是否在人体中产生危害的问题一直为人们所关注.在去年第十二届国际声学会议上,美国密西西比大学的L.A.Crum教授介绍了他对临床超声在离休组织中产生空化效应的研究结果,并对活体组织的空化效应作了讨论.生物组织中的空化效应能产生自由基,这被认为对生物组     

超声医学诊断技术的发展

 早在20世纪40年代,工业上用于探伤的超声脉冲回波技术首次被引入医学诊断,提出了A型(amplitudemode)诊断技术,从而掀开了超声诊断的历史篇章。A型超声诊断技术采用了如雷达或声纳的回波定位原理。当把一束超声波射入人体后由于人体内不同组织器官或同一组织器官的不同结构或状态(正常的和病变的)下的声学特征阻抗不同,就会引起强度与数量不同的反射或散射回波。示波器屏幕上Y轴表示回波幅度,X轴表示声波传入人体的时间(或深度)。医生就是根据这疏密与大小不同的回波波形进行诊断的。A型超声诊断技术虽然在20世纪50年代就已有效地应用于颅脑、眼睛、心、胰及胆等疾病的诊断。     

S波段微波热致超声成像系统研究

微波热致超声成像技术通过向物体发射微波脉冲, 导致物体吸收电磁波温度迅速升高, 产生瞬时压力波, 从而激发产生超声波信号, 通过传感器对产生的超声波信号进行采集并成像, 最终还原了反映物体吸收电磁波能量特性的图像, 由于此方法兼具了微波成像的高对比性和超声成像的高分辨率特点, 理论上验证了热声成像技术对早期乳腺肿瘤检测的可行性. 本实验兼顾系统成像深度和分辨率, 采用S波段的微波脉冲信号源对物体进行辐射, 利用圆形扫描方式对待测物体进行检测, 同时为了更好的验证成像性能, 本实验同时使用了肿瘤仿体及实际生物组织进行成像实验. 通过实验分析, 验证了该系统对肿瘤仿体和生物组织检测的有效性, 以及系统的高分辨率和高对比度特性, 为早期乳房肿瘤检测提供了进一步的理论支撑.     

基于Rician分布的散斑噪声的超声图像模拟算法*

为了衡量各种去噪算法的性能,在干净无噪声的图像上添加接近真实且可控的散斑噪声是非常重要的,提出一种基于Rician分布的不完全发育的斑点噪声的超声图像模拟算法。该算法考虑到了声波区域中包含孤立的强散射体的情况,同时结合了超声成像的扫描过程。以合成图像和肾脏图像为体模进行了模拟实验,并对最终生成的伪超声图像进行了噪声分布统计及拟合检验。实验结果表明该算法生成的伪超声图像在视觉上和理论上都接近真实的超声图像。     

超声仿真模块系列产品介绍

KS系列超声仿真模块(ultrasound tissue phantom)是中科院声学所410组最新研制开发的高技术产品.它能模仿人体组织的声学特性,反映超声与组织的相互作用,迅速、直观、定量地给出超声诊断仪器的多种性能参数,而且贮运、取用方便.在超声诊断设备的生产、购销、使用、维修过程中,在超声医学的临床实践(如组织定征技术)中.在生物医学超声工程的科研与     

基于蒙特卡罗模拟的超声辅助OCT成像研究

通过蒙特卡罗模拟方法研究了超声波提高OCT成像质量的机理,以宏观经典理论和微观量子理论分别阐述了光和超声的相互作用,建立了存在超声辅助时光在生物组织中传播的模型,模拟了有超声辅助和无超声辅助两种情况下生物组织多次散射光的分布.模拟结果表明,与光平行射入生物组织的超声波能够使OCT成像系统中的多次散射光降低80%,携带组织信息的单次散射光在组织返回光中所占比重增大为无超声辅助时的2倍,从而增大了OCT成像的探测深度及图像对比度.     

超声快速制备病理切片中的超声频率优化

报告了利用超声增强细胞膜通透性的作用实现超声快速制备病理切片的方法.实验比较了超声处理和常规处理两种方法制取的肝等病理组织切片,比较了在优化频率范围内选择200 kHz,400 kHz,600 kHz,800 kHz和1000 kHz五组超声频率作用相同肝组织样品制备病理切片的效果.结果表明超声方法可以在1 h内完成肝组织切片,且品质较好,同时发现超声作用频率不同,完成肝组织处理的总时间不同,200 kHz和800 kHz频率完成肝组织处理的时间最短.引入液体环境中微气泡空化的理论模型,依据该模型数值模拟得到的最佳超声作用频率与实验结果一致.     

局域基谐波频谱峰值比的超声图像融合

提出一种局域基谐波频谱峰值比(LFHR)的超声图像融合方法。首先,分离超声射频信号基谐波,计算二者的局域频谱峰值比,确定融合权值;然后,加权平均基谐波成分,得到融合射频信号;最后,经过希尔伯特变换、对数压缩、插值/降采样生成B超融合图像。非均匀囊肿组织模型仿真结果表明,LFHR法获取的融合图像较原始图像的对比度、对比度噪声比、组织杂波比分别提高2.44倍、2.80倍及3.22倍,谐波成分谱能量提高83%。人体颈动脉临床实验结果进一步验证了LFHR法的有效性。综上,LFHR法获得了组织轮廓清晰内部细节丰富的B超融合图像,图像质量显著提高。      

二维超声应变重建的有限元仿真与组织实验

近几年来,利用超声散射回波测量生物组织弹性系数的超声应变成象方法得到了很大的发展。本文建立了基于有限元分析的二维软组织超声散射模型,并通过这一模型获得了组织在压缩前后的仿真超声散射回波。对模型组织超声散射回波的应变重建实验结果表明,组织在压缩过程中垂直于压缩方向的形变会引入重建应变误差,采用中心部位的扫描线,减小压缩比能减小该误差,提高应变图象的质量。组织实验的结果表明,有限元散射模型能模拟实际组织应变成象的情况,为组织实验提供参考。     

超声调制漫射光子自相关的Monte Carlo模拟

本文首次用Monte Carlo方法研究了超声调制生物介质中漫射光子的时间自相关性质,讨论了超声参量、运动参量和散射参量对自相关函数的影响.正常生物组织和病变生物组织的自相关函数有明显的差别,超声调制自相关函数为光学医学诊断提供一种新参考.     

使用超声估计肌肉疲劳的初步研究

表面肌电信号把神经肌肉活动和肌肉收缩联系起来，已被视为一种估计肌肉疲劳比较客观的方法，但也存在一些不足。另一方面，超声已广泛应用于医学诊断和研究，在骨骼肌方面也有不少研究报道，但还未见文献报道超声用于肌肉疲劳的估计。本文介绍一套自行开发的新的同步连续采集B超图像、力矩和肌电信号的采集系统，并利用它对肱二头肌的肌肉疲劳进行了估计。试验表明在30秒的肌肉疲劳过程中，肌肉厚度会以非线性的方式增加。     

超声诊断仪质检用仿真模块通过鉴定

能够直观、迅速、确切、定量地检测B型、A型、M型超声诊断仪器性能质量的标准装置——人体组织超声仿真模块于1989年12月22日通过由国家技术监督局组织的专家鉴定。鉴定结论认为,国产模块在性能和使用寿命等方面都达到了国际先进水平,并在若干方面优于国外相应产品。 仿真模块即在超声声学特性方面模拟人体组织的仿真模型。有了这种设备,就可以在相当于临床真实人体的条件下检测B超等仪器的多项性能质量参数。     

用超声鉴别生物组织特性——(Ⅱ)

在本文的前面一部分,我们探讨了从组织的超声特征识别组织性质,尤其是组织病理性质的可能性.这些超声特征包括经典的几项声参量,以及声参量以外的一些特征.已有的研究表明,用其中的一些特征量来诊断组织的病     

医学超声研究的一些新进展

1991年12月在美国奥兰多(Orlando)召开的IEEE1991超声年会上有许多医学超声方面的研究报告,反映了当前医学超声研究的一些发展,本文选择几个方面的内容作一介绍。 一、超声背散射显微镜 目前常用的B型超声诊断仪使用的超声频率是3—10MHz,相应的分辨率是毫米级的。近年来许多研究单位研究开发20MHz以上直到100MHz的B型成像系统,其分辨率可达到20μm。由于人体组织     

基于变分模态分解与多尺度排列熵的生物组织变性识别

根据高强度聚焦超声(HIFU)治疗中超声散射回波信号的特点,本文利用变分模态分解(VMD)与多尺度排列熵(MPE)对生物组织变性识别进行了研究.首先对生物组织中的超声散射回波信号进行变分模态分解,根据各阶模态的功率谱信息熵值分离出噪声分量和有用分量;对分离出的有用信号进行重构并提取其多尺度排列熵;然后通过Gustafson-Kessel (GK)模糊聚类确定聚类中心,采用欧氏贴近度与择近原则对生物组织进行变性识别.将所提方法应用于HIFU治疗中超声散射回波信号实验数据,用遗传算法对多尺度排列熵的参数优化后,对293例未变性组织和变性组织的超声散射回波信号数据进行了多尺度排列熵分析,发现变性组织的超声散射回波信号的多尺度排列熵值要高于未变性组织;多尺度排列熵可以较好地识别生物组织是否变性.相对于EMD-MPE-GK模糊聚类以及VMD-小波熵(WE)-GK模糊聚类变性识别方法,本文所提方法中变性与未变性组织特征交叠区域数据点更少,聚类效果和分类性能更好;本实验环境下生物组织变性识别结果表明,该方法的识别率更高,高达93.81%.     

磁纳米粒子介导的靶向剪切波弹性成像*

组织力学特性与其生理病理变化过程密切相关。因此,对组织力学特性的分析有望为疾病诊断提供重要依据。超声弹性成像可以定量分析组织的剪切模量,但在检测的特异性和灵敏度等方面仍存在局限性。针对这一问题,该文发展一种磁纳米粒子介导的靶向剪切波弹性成像新方法。该方法是基于磁纳米粒子在脉冲磁场作用下产生磁致振动,从而导致周围组织的剪切波传播,通过超声探测粒子振动及剪切波传播即可获得磁纳米粒子的分布及周围组织的弹性信息。基于该方法,该文在仿体水平实现对直径约3 mm的磁纳米粒子标记区域的振动检测及其周围组织的弹性信息获取。该研究有望为疾病的精准诊断提供新的思路。     

基于探测超声的新型生物组织光声层析成像

利用一束单频探测超声穿过由脉冲激光照射产生的光声激发区域，使之与光致声场产生相互作用，光声信号将耦合到探测束上，再解调探测超声来重建光吸收区域的图像，可以得到丰富的组织信息.该信息不仅反映了组织中光吸收的特性，也反映了组织的声学特性.实验中，通过旋转超声探测器进行数据采集，并利用滤波反投影算法重建图像，可得到高信噪比的光声层析图像.由于激光的窄光谱线宽，其吸收是特征分子选择性的，所以此方法既是一种无损伤的结构层析成像方法，也可用于组织的功能成像.     

内耗理论与实践的奠基者——记葛庭燧教授

 1989年7月在北京召开的第九届国际固体内耗与超声衰减学术会议上,葛庭燧荣获了这一国际科学领域的最高奖--“内耗与超声衰减国际奖”,以表彰他半个世纪以来在这个领域内的理论、实验研究及其他方面的创造性贡献.