基于超声散射回波功率谱的热疗无损测温模型

在随机起伏介质超声散射理论下，基于组织超声散射问波功率谱，提出一种无损获取组织温度信息的新方法。组织中声速及密度的随机起伏引起超声散射，散射回波声压谱的均方值与组织中声速ｃ、声速对温度的梯度ｄｃ／ｄｔ和组织的平均温度Ｔ等有关。分析组织散射超声回波信号平均归一化功率谱与组织温度的关系，可以从超声散射回波中有效提取组织温度信息。理论分析和模拟实验为医学上肿瘤热疗提供了一种新的无损测温的方法和思路。

基于超声散射回波分析的测温方法研究

利用B超和计算机设计一套实验装置,观察高强度聚焦超声(HIFU)击打离体猪肌肉组织后组织内温度的变化。实验结果表明:(1)组织温度变化时其散射的超声回波幅值发生变化,超声散射回波的小波变换系数也发生变化;(2)超声散射回波的幅值变化和组织温度变化的关系与超声散射回波的小波变换系数变化和组织温度变化的关系相同;(3)生物组织温度在37～600C间,超声散射回波的幅值和超声散射回波的小波变换系数随温度上升而增大;生物组织温度在60～800C间,超声散射回波的幅值和超声散射回波的小波变换系数变化与温度变化没有确定的关系。

由动物软组织的超声散射回波估计声衰减系数

本文讨论了一种从超声散射回波进行衰减系数谱估计的原理和方法,并用所研制的一套全自动化谱测试系统对一系列新鲜离体动物软组织进行了实验研究。结果表明,测量精度与准确度都是令人满意的。文章最后指出,这种衰减谱估计方法因为能在活体条件下对组织进行定征而具有研究价值。

基于“WD倒谱”法分析人体脾组织的超声散射微结构特征

本文提出了一种对超声散射信号分析的新方法———“WD倒谱”法 ,并利用该方法对人体正常脾和脾增生组织的回波信号进行了分析 ,对软组织中散射子的平均间距进行了估计 ,结果表明 :两种脾组织散射子的平均间距明显不同 ;“WD倒谱”能有效的反映软组织的微观结构特征 ,说明“WD倒谱”是软组织超声散射信号分析与软组织散射子平均间距定征的一种有效方法。

基于超声散射法的微小缺陷及近表面缺陷的检测

针对常规超声检测法存在对(?)1.0 mm以下的微小缺陷漏检及近表面检测存在盲区的问题,提出一种超声垂直发射背向散射的检测方法。分析了散射模式的声场传播特性,阐明了该模式的检测原理。通过对不同类型和尺寸的人工缺陷检测,分析了该散射方法的检测信号、检测灵敏度及成像图形;通过有限元分析,对散射波声场分布的可靠性进行了验证。结果表明,超声散射法能够识别常规超声检测方法容易漏检的微小缺陷及无法辨别的近表面缺陷,可有效检测(?)0.4 mm的微小缺陷及埋藏深度1.0 mm的近表面缺陷。

用于缺陷定量的超声散射信号去相关分析及贝叶斯反演方法

针对结构中缺陷定量识别问题,建立了椭圆缺陷超声散射仿真模型,研究了缺陷偏转角度及尺寸对散射信号去相关特性的影响。结果表明,超声信号去相关系数矩阵与缺陷几何状态(如尺寸及角度)存在很大关联性,但并非线性相关。结合参数化有限元分析与贝叶斯理论,发展了一种基于超声散射信号去相关分析的缺陷反演方法,开展了缺陷反演数值仿真及检测实验。结果表明,发展的缺陷反演方法可以很好实现铝块与铝板缺陷位置及尺寸反演。其中铝块开口缺陷尺寸(深度)反演误差约为激励波长0.2倍,位置误差约为激励波长0.6倍;铝板圆形缺陷尺寸反演误差约为激励波长0.04倍,位置误差约为激励波长0.4倍。研究工作为结构中缺陷定量识别与评价做了有益探索。

采用WD倒谱法分析人体肾组织的超声散射微结构特征

提出了一种对超声散射信号分析的新方法———WD倒谱法 .利用该方法对人体正常肾和肾肿瘤组织的回波信号进行分析 ,与用AR倒谱法所得结果进行了比较 .结果表明 ,两种肾组织散射子的平均间距明显不同 ,WD倒谱比AR倒谱更能反映软组织的微观结构特征 。

考虑晶粒分布的多晶体材料超声散射统一理论

现有超声散射统一理论可通过多晶体材料的微观结构和力学特性,实现全频域范围内衰减和相速度的正演建模,但其忽略晶粒尺寸分布的影响,进而降低了正演模型的计算精度.本文对不均匀介质的波动方程进行二阶Keller近似,用全频域格林函数推导介质中的平均波;以截断对数正态分布描述晶粒分布,构建加权的空间相关函数;结合材料的弹性模量协方差,建立含晶粒分布的超声散射统一理论,揭示晶粒分布对超声散射的影响规律;制备304不锈钢试块并开展超声散射实验.结果表明考虑晶粒分布特性后,纵波衰减谱和相速度谱相对于实验结果的相异性降低约49%和64%,横波衰减谱和相速度谱相对于实验结果的相异性降低约12%和4%.可见,本文的统一理论模型能有效修正晶粒分布导致的衰减谱和相速度谱偏差,为晶粒分布反演评价提供理论基础.

生物组织超声散射的一种改进模型

本文根据组织结构的特点,对Chivers的组织超声散射模型作了修正。提出了组织的弹性模量起伏的尺度是有统计分布的假设,从而导出反向散射系数与频率的关系,可以解释大多数软组织的实测结果。同时,对模型中的统计参量与组织结构的关系作了初步讨论。

人体软组织微观结构的超声散射分析

分别利用ＡＲ倒谱和小波变换的方法，研究脾脏组织超声散射元的平均间距．结果表明，离体和在体情况下组织散射元的平均间距不同．ＡＲ倒谱和小波变换相结合是确定组织散射元间距的有效方法．

超声散射CT技术发展综述

概述超声散射CT(computed tomography)理论的发展过程,分别对X射线CT技术、医学超声CT技术、无散射超声CT技术及超声衍射CT技术相关理论的发展、基本思想及优缺点进行了概述,介绍了主要用于工业超声CT检测的超声散射CT技术的基本概念,特点及意义等。散射超声CT技术不仅不需要反投影重构,而且在一定程度上弥补了线性超声CT方法由于线性假设或弱散射假设带来的不足,具有广阔的应用前景。

生物组织超声散射系数与温度相关性的研究

在随机起伏介质超声散射理论基础上,根据生物非均匀介质中声波动方程,推导出散射系数与温度的关系,然后分别采用了回波直接截取、经验模态分层(EDM)两种方法进行实验验证分析。结果表明超声散射系数与温度有依次递增的对应关系,可以运用它从超声回波信号中有效地提取组织温度信息。经验模态分层法的数据处理结果一致性要好些,总体趋势更接近理论分析。

超声散射CT信号的特征提取

超声检测技术中,缺陷的定性分类这一技术难题至今尚未得以彻底解决。研究了希尔伯特-黄变换(HHT)和小波包变换(WPT)在超声散射CT特征提取中的应用。以荷兰试块作为测试对象,针对3个不同的检测面,采用HHT和WPT提取能量特征,采用基于距离的类别可分性判据对特征提取结果进行评价,起了定量衡量尺度的作用。实验结果表明:对于本实验中信号频率比较单一的超声散射CT信号,WPT提取的能量特征比HHT提取的能量特征更为有效。

超声散射子有效声浓度成像检测微波消融凝固区

为定量监测微波消融,提出一种基于超声散射子有效声浓度成像的微波消融凝固区检测方法.利用超声背散射信号功率谱估算散射子有效声浓度.采集15例离体猪肝微波消融超声背散射信号(5例加热功率P=50 W,加热时间t=120 s;10例P=80 W,t=60 s),进行有效声浓度成像,设定阈值thr=110并结合多项式拟合技术对凝固区进行定量检测.以微波消融结束后猪肝组织剖面中实际凝固区为金标准,验证凝固区检测精度.有效声浓度成像检测微波消融凝固区的精度分别为91.44%(P=50 W,t=120 s)、85.01%(P=80 W,t=60 s),总平均精度为87.15%.结果表明,超声散射子有效声浓度成像能有效检测离体猪肝微波消融凝固区.

基于变窗口函数的仿人体组织材料超声散射信号处理研究

基于仿人体组织材料超声散射成像，提出了一种变窗口函数算法。该算法首先对散射信号进行阈值变换处理，再进行窗口漏检调和，最后对信号进行量化成像。实验表明该技术能够使图像有效区域与噪声明显区别开来，满足后期边缘提取及三维重建要求。

生物组织的超声散射

生物组织的超声散射特性研究是生物医学超声工程学中最基本、最重要的课题之一，这方面的研究将有助于建立随机介质的声散射理论。另一方面，研究生物组织的散射特性，又有可能开拓出一条定量超声诊断的新途径。本文主要综述了生物组织中超声散射特性研究的发展概况及新进展。

超声散射子特性成像评估乳腺肿瘤良恶性研究

目的:提出一种基于超声散射子特性成像评估乳腺肿瘤良恶性的新方法,并验证其分类效果。方法:选取78位女性乳腺肿瘤患者的超声射频数据分别进行H-Scan超声成像,其中,良性病灶48例、恶性病灶52例。H-Scan超声成像利用高斯加权Hermite多项式(GHn)进行匹配滤波。利用GH2和GH8滤波核对超声射频数据进行并行卷积滤波,将GH2滤波成像结果和GH8滤波成像结果分别分配给红色通道R和蓝色通道B,原始射频数据成像结果分配给绿色通道G,根据R、G、B通道,实现H-Scan超声成像。采用SPSS 19.0软件进行数据统计分析。结果:良性乳腺肿瘤病灶区域显示出更多的红色分量,而恶性乳腺肿瘤病灶区域与良性乳腺肿瘤病灶区域相比,蓝色分量更为显著。良恶性乳腺肿瘤R、G、B通道统计分析发现,每个H-Scan成像结果所有像素相对应的R、B通道差值求均值的统计结果(t=3.275,P<0.05)、R通道和B通道的均值之差与G通道的比值统计结果(t=3.275,P<0.05)以及R通道平均值与B通道平均值之间的比值统计结果(t=3.275,P<0.05)均具有显著性差异。采用ROC曲线分别对R、G、B通道的均值进行统计分析发现,R、G、B通道曲线下面积分别为0.838、0.811、0.765,P值均小于0.001。结论:H-Scan超声成像能够有效区分良恶性乳腺肿瘤病灶,其中,良性乳腺肿瘤病灶区域多为直径较大的散射子,而恶性乳腺肿瘤病灶多为直径较小的散射子。

乳腺影像报告与数据系统超声分级联合超声光散射成像在乳腺肿块诊断中的应用

目的探讨乳腺影像报告与数据系统(breast imaging reporting and data system,BI-RADS)超声分级联合超声光散射成像技术(US—diffuse optical tomography,US-DOT)在乳腺肿块诊断中的应用。方法选取2019年1月—2021年12月期间高安市中医院收治的因乳房肿块需行手术的67例患者,应用BI-RADS超声分级标准联合US-DOT检查,并与病理诊断比较,计算诊断效能。结果经病理诊断共有70个肿块。BI-RADS超声分级诊断与病理结果相符的有61个,诊断灵敏度、特异度、准确度分别为84.85%、89.19%、87.14%;US-DOT有58个,诊断灵敏度、特异度、准确度分别为81.82%、83.78%、82.86%;协同诊断有68个,灵敏度、特异度、准确度依次为96.97%、97.30%、97.14%。结论BI-RADS超声分级联合超声光散射成像在乳腺肿块诊断中具有一定意义。

基于神经网络的超声背散射零差K成像脂肪肝评价方法研究

目的 :针对传统超声背散射零差K模型参数估计方法存在复杂度较高的问题,提出一种基于神经网络的超声背散射零差K模型参数估计方法,并在此基础上提出一种基于神经网络的超声背散射零差K成像脂肪肝评价方法。方法:首先,利用蒙特卡罗仿真得到模拟的超声背散射包络信号样本,然后提取特征参数并输入到训练好的神经网络模型中,即可得到零差K模型参数的估计结果。其次,利用滑动窗口法估计窗口内局部背散射包络信号的零差K模型参数值,对零差K模型参数估计值矩阵进行扫描变换、颜色映射和感兴趣区域设置,将感兴趣区域内的参数图像叠加显示到B超图像中,实现超声背散射零差K成像。最后,通过计算机仿真实验验证基于神经网络的超声背散射零差K模型参数估计方法的估算精度,通过临床实验验证基于神经网络的超声背散射零差K成像评价脂肪肝的性能。结果:计算机仿真实验结果表明,基于神经网络的超声背散射零差K模型参数估计方法估计零差K模型lg α参数、k参数的相对均方根误差分别为0.505和0.408,相比传统估计方法整体上提高了估算精度。临床实验结果表明,基于神经网络的超声背散射零差K模型参数αNN、kNN诊断脂肪肝≥S1、≥S2、≥S3的AUC值分别为0.77、0.84、0.87和0.77、0.84、0.84,相比基于传统超声背散射零差K成像提高了脂肪肝评估性能。结论:提出的基于神经网络的超声背散射零差K成像脂肪肝评价方法能够较好地评估脂肪肝,可为定量超声评价脂肪肝提供一种新手段。

多晶材料散射模型及识别实验研究

超声波识别在国防、军事、航空航天、核设施等高科技领域具有重要的应用价值.利用超声波可以实现对个体金属材料的识别,但现有研究侧重于识别材料超声信号差异的算法,缺乏识别机理.本文以2A12铝合金为例,利用6个晶粒在尺寸、形状、排布方向以及排列顺序不同时,建立了10个2A12铝合金微结构的初级模型,以此类比多晶金属材料的复杂微观结构.利用Comsol有限元软件仿真计算了金属材料不同微观结构中的超声波时域信号,并将回波信号中的的背向散射信号提取为超声指纹.定义了特征差异Q,量化了具有不同微结构的散射模型间的超声指纹的差异.结果表明,微观结构的细微变化也会导致超声信号出现差异,其中晶粒尺寸的变化对信号的影响更为显著.随后提出了超声识别算法,并对4块形状完全一致的2A12铝合金样品进行了识别实验.识别结果表明,利用超声指纹可以准确识别出目标样品,且各样品间的超声指纹有显著区别.最后对样品进行了扫描电子显微镜实验,所得电子显微镜图片显示了各样品真实微观结构的形貌与差异,证实了所建立的超声散射模型的有效性.