生物组织内低频振动声信号特性仿真研究

振动声成像是一种新兴的超声成像方式,它是通过间接获取生物组织的声学和机械信息进行成像,同时弥补了传统超声医学成像分辨率不足的问题,具有潜在的临床应用价值。然而,目前振动声成像的组织对比度不高,其中一个重要原因是需要进一步明晰不同生物组织内的低频振动声信号特性,因此探究不同组织对低频声振动的敏感度和差异性极具价值。该文基于k-Wave声学仿真平台,通过构建扇形阵列双频聚焦超声的声传播仿真模型,计算并分析了共焦区的声辐射力大小及低频振动声信号的幅值特性。此外,考察了生物组织特性、双频聚焦超声换能器的张角大小、中心频率以及分瓣数对低频振动声信号幅值的影响。仿真研究结果表明:不同生物组织内低频振动声信号的幅值存在差异,与组织参数密不可分。使用大张角聚焦超声换能器可增大共焦区的动态声辐射力,进而提高超声激发声发射信号强度。此外,换能器中心频率的选取会影响超声激发声发射信号的强度;改变换能器分瓣数N的大小,超声激发声发射信号幅值的变化不明显。该研究为明晰不同生物组织内振动声成像的物理机制提供了理论支撑。

基于双频HIFU换能器的振动声成像及其靶组织损伤区域检测研究

HIFU作为一种无创、无电离辐射的物理治疗技术已经被用于各种良、恶性实体肿瘤的治疗。但HIFU临床治疗依然面临一个关键问题:基于传统的超声影像依然不能对HIFU治疗后靶组织损伤的区域进行清晰成像。针对该问题,将振动声成像方法引入到HIFU治疗系统中,将常规单频激励的HIFU换能器改造成双频HIFU换能器,并利用该换能器进行双频HIFU治疗及靶组织损伤区域的振动声成像。基于该系统首先研究了不同频差对换能器聚焦性能和焦域尺寸的影响以及不同结构的仿体组织、不同成像深度对振动声成像质量的影响。然后,以仿体和离体组织作为HIFU辐照对象,开展了HIFU辐照靶组织损伤区域可视化的振动声成像实验。实验结果表明:不同结构和特性仿体组织的振动声成像对比度较好、空间分辨率较高。此外,当HIFU辐照仿体和离体组织后,基于该成像方式能够实现靶组织损伤区域的可视化,这有望为HIFU治疗后靶组织的损伤区域检测提供一种有应用前景的解决方案和途径,提高HIFU治疗的有效性和安全性。