高空化组织比的宽带次谐波主动空化成像方法

为了提高高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中空化成像的空化组织比(CTR),本文提出一种基于脉冲逆转的宽带次谐波主动空化成像(PIBSHI)方法。次谐波是空化泡群在声场中进行非线性振动时所产生的独有的信号,而提取宽带次谐波信号进行成像能够有效改善图像的CTR值。本文通过仿真结果表明,不同尺寸空化泡群所产生的次谐波信号不同,其中谐振频率接近1/2次谐波频率的空化泡群所产生的次谐波信号强度最大。进一步的实验结果表明,相较传统的B模式(B-mode)空化成像,宽带次谐波空化成像(BSHI)的CTR值可最多提高5.7 dB,结合脉冲逆转技术后,图像的CTR值进一步提高3.4 dB。此外,在PIBSHI成像中,带宽范围设置为1/2次谐波频率的100%~140%时,图像的综合质量最佳。本文结果为发展HIFU治疗过程中的精准空化监控成像提供新的思路,有助于提高HIFU治疗的安全性。

组织内包膜微泡声空化动力学及其力学效应分析

声空化机械效应是聚焦超声治疗的重要物理机制.以脂类包膜微泡/纳米相变液滴为空化核可显著地增强空化效应,本文耦合空化动力学、组织和脂类包膜黏弹性模型,构建了组织内脂类包膜微泡声空化动力学模型,数值分析了微泡声空化动力学行为以及周围组织内机械应力的时空分布规律,并探究了包膜材料、组织黏弹性和驱动声压等关键参数的影响.包膜和组织黏弹性都将抑制微泡振动,但组织黏弹性的抑制作用更大.组织内机械应力在膨胀阶段为挤压应力,而在收缩阶段和反弹初始阶段为拉伸应力,且应力局部分布于微泡壁附近,随着距离增大而显著减小,其中拉伸应力衰减率明显更大.包膜黏弹性可减小应力,但声压较大时,应力减小可忽略不计.应力随着组织弹性增大而减小,随着组织黏度增大而先增大后减小,随着声压增大而增大.本研究可为进一步阐释聚焦超声治疗中组织机械损伤的内在机制奠定重要理论基础.