动态监测骨质疏松性微结构退化的超声全波反演方法

研究了基于全波反演(FWI)的骨骼超声层析成像方法,用于动态监测骨质疏松性微结构退化的进程。采用雌性小鼠注射药物建立骨质疏松症模型,在第0, 2, 4, 6周通过Micro-CT扫描活体小鼠,重建获得小鼠股骨骨骼结构。以第0周骨骼结构为基准输入模型,通过不同的超声收发模式(透射、反射及透射-反射双模式),仿真分析了FWI监测不同骨质疏松进程的骨微结构退化的效果。结果表明,初始模型为均匀介质(纯水)时, FWI反演失效,不能准确重建骨骼结构。初始模型中考虑了基准骨骼结构(第0周)时, FWI能准确反演骨骼组织声速(均方根误差(RMSE)<17 m/s,平均相对误差(MRE)<7.2%),精确重建骨骼结构(结构相关系数(CC)> 0.85)),因此可以准确监测不同骨质疏松进程(第2, 4, 6周)的骨微结构退化情况。对比不同超声收发模式,透射-反射双模式FWI监测骨微结构退化的性能优于单一透射或反射FWI监测方法。考虑了基准骨骼模型的FWI可用于动态监测骨微结构退化,对评估骨质疏松进展具有一定意义。     

基于多层声速模型的合成孔径超声皮质骨成像

由于皮质骨和软组织间较大的声速差异,采用固定声速的传统超声波束形成方法无法重建皮质骨图像,同时皮质骨中较大的衰减也限制了信号信噪比.为了实现皮质骨超声成像,本文提出一种采用合成孔径超声提高成像分辨率及信噪比,利用压缩感知计算延时参数并构建多层声速模型的成像方法.本文结合时域有限差分仿真方法分析了理想情况下皮质骨成像结果,并结合软组织覆盖下的离体皮质骨板样本实验,验证相关方法的可行性.仿真和实验结果均表明,本文方法可用于构建多层声速模型并正确重建皮质骨图像.本研究实现了具有三层声速模型的皮质骨超声成像,对皮质骨超声成像发展有一定的借鉴意义,未来将进一步探索在体实验,以推进骨超声成像的临床应用.