遗传算法在256阵元相控阵高强度聚焦超声治疗系统多焦点控制中的应用

阐述了遗传算法优化多点超声聚焦的方法以及球面相控阵声场计算方法。对实验室研发的256阵元相控阵聚焦超声治疗系统作了简介。利用此遗传算法和声场计算方法，对轴上和离轴单焦点以及轴对称六焦点和非轴对称四焦点进行了256阵元相控阵的声场仿真，并观察了实验室研发的256阵元相控阵聚焦超声治疗系统作用于有机玻璃和透明仿体的实验结果。用遗传算法和声场计算方法的仿真和系统实验结果表明，此方法可在实际聚焦手术中准确地控制3维单焦点和3维多焦点。     

任意三角形和六边形超声阵元及其高填充率阵列的声场仿真研究

为提高超声设备中二维相控阵列聚焦换能器的面积填充率,提升聚焦区域的超声能量和治疗效率,本研究利用空间脉冲响应理论对任意三角形阵元进行声场计算,通过对三角形阵元进行二维平面旋转完成了六边形阵元声场仿真,并通过对六边形阵元进行三维空间旋转实现了球面阵列聚焦换能器声场仿真。仿真结果显示,六边形7阵元球面填充率提高了6.1%,其-6 dB焦域横向宽度为2.0 mm、纵向长度为30.1 mm; 19阵元球面填充率提高了5.5%,其-6 dB焦域横向宽度为1.2 mm、纵向长度为9.8 mm,可实现高精度超声治疗。本研究可为任意三角形和六边形及不规则形状阵元声场仿真提供新方法,且为高填充率的球面聚焦超声换能器设计提供新思路。     

线阵B超的声场分布

线阵B超的成象区域都是在近中场,用简单的Fraunhofer近似研究组织中的声场分布是不恰当的。然而,整个阵列的激励声场是各单个阵元的激励声场的迭加,而且单个阵元的声场在大部分成象区域内都满足远场条件,可以用Fraunhofer近似处理得到较简单的声场分布函数。用单阵元分布函数迭加所得的换能器声场分布的数值计算,比计算经典的Fresnel积分的运算量要小得多。计算结果表明:换能器阵列在成象区域内的非聚焦声场与矩形平板换能器声场的近中场分布规律相近,适当引入延时可以使阵列换能器的声束有效会聚而实現电子聚焦。当换能器口径一定时,电子聚焦的最小焦距受阵元宽度限制。超声仪器对组织后向散射信号的接收是发射的逆过程,可以用相同的函数描述。同样,也可以通过适当的延时实現电子聚焦,从而进一步提高成象的分辨力。     

用于磁声耦合刺激的64阵元相控阵超声换能器的设计

本研究基于磁声耦合刺激技术(transcranial magneto-acoustic stimulation,TMAS)的需求,设计了用于线性64阵元相控阵的超声换能器,探究相控阵超声换能器压电晶体宽度及间距,优化超声换能器聚焦声场分布.采用MATLAB软件建立相控阵换能器模型,仿真聚焦声场分布.搭建三维声场分布测试...     

B型超声诊断仪凸面相控阵探头聚焦声场的计算

本文对B型超声诊断仪中已广泛使用的凸面相控阵探头的聚焦声场给出了表达式,并分别对B型超声诊断仪中经常使用的两种工作频率3.5MHz和7.5MHz的聚焦声场进行了数值计算,找出了比较理想的聚焦范围和波束宽度。 数值计算同时也给出了工作频率、弧阵孔径以及阵元高度对聚焦范围和波束宽度的影响。     

基于乳腺肿瘤模型的感应式磁声成像正问题研究

感应式磁声成像(MAT-MI)是一种融合磁感应技术和超声断层扫描技术的新型生物电阻抗成像方法,兼具电阻抗成像高对比度和超声断层扫描技术高空间分辨率的优点。本研究结合电磁场理论推导了MAT-MI在电导率均匀媒质内部和电导率发生突变的两种不同媒质分界面上的声源计算公式,揭示了MAT-MI声源与电导率的关系。模拟物理环境构建三维柱状线圈和乳腺肿瘤模型,借助有限元分析软件ANSYS进行时变电磁场分析,并应用电磁场有限元分析的结果,计算乳腺和肿瘤内部及边界的声激励源分布,应用自由空间波动方程格林函数解计算MAT-MI空间声场分布。仿真结果表明,所推导的计算公式能够直接应用电磁场有限元分析的结果,有效地计算乳腺肿瘤模型的声源和空间声场分布,MAT-MI将是乳腺肿瘤早期筛查、检测和诊断的一种潜在的和有效的医学辅助手段。     

基于不同几何模型的感应式磁声成像声源重建仿真

感应式磁声成像是一种新型功能成像技术,能够反映组织电导率变化信息.生物组织结构和电导率分布复杂,且电导率存在非突变的或者连续过渡的边界.为深入研究更为真实的生物组织电导率分布与变化特点,本研究从不规则的几何模型出发,建立了单线圈激励下的偏心球、正方体、椭球和电导率连续分布的球模型,借助有限元分析,研究仿真模型中的感应涡流分布并计算空间声场,应用时间反演法进行声源重建,同时分析了检测范围对重构图像的影响.仿真结果表明,感应式磁声成像能够有效地重构区分组织电特性的声源分布图像,探测器检测范围的有限性会使重构图像轮廓失真.本研究为感应式磁声成像实用技术的研究提供了较好的理论基础.     

感应式磁声成像中的磁热声效应研究

探究感应式磁声成像中的磁热声效应, 分析磁声声源与热声声源分布及幅值特征。建立磁声及热声声源表达式, 数值仿真多层电导率仿真模型的感应电流分布、磁声+热声声源分布及声压信号, 对两种声源分布及重建结果进行比较。为验证仿真结果, 建立磁声成像实验平台, 采用导电橡胶圈仿体分别开展磁声和热声圆周扫描实验, 并对磁声和热声信号幅值和声源重建结果进行比较分析。仿真结果表明, 磁声声源分布集中在电导率边界处, 而热声声源分布展宽, 并且在边界和内部均有分布;磁声声源的最大值是热声声源的15倍。实验结果表明, 热声声压信号峰-峰值是混合信号的1/4。热声信号重建的声源图像在边界处更模糊, 磁声信号的声源重建图像边界清晰但存在伪影。仿真和实验结果均证明, 磁声成像中同时存在热声效应。从热声声源的分布及热声信号与磁声信号的幅值关系中可见, 热声效应在一定程度上会对磁声成像结果产生影响。     

基于声换能器特性的磁感应磁声成像正问题分析

目的在考虑声换能器特性的基础上,对磁感应磁声成像的正问题进行研究,并探讨其声源的产生、传播及接收机制。方法参考CT的三维Phantom仿真模型建立磁感应磁声成像正问题的模型,并结合电磁场理论利用有限元软件comsol仿真分析模型内部电导率分布与磁场和磁感应电场的关系,得到模型内部的磁感应电流分布。然后再深入研究声偶极子模型,并检测分析声换能器的特性后,给出相应的仿真声信号检测结果。结果磁感应电流密度在中心位置处为0,在电导率边界处变化较大,声换能器的检测声场分布和声偶极子传播的指向性会极大的影响声换能器接收到的磁声信号的值。结论为磁感应磁声成像实验研究及由声信号重建物体内部的电导率分布提供理论基础。     

电流注入式磁声耦合成像技术仿真研究

目的:电流注入式磁声耦合成像技术是一种新型的生物组织电特性工程成像方法,具有高分辨率和高对比度的优点。探讨电流注入式磁声耦合成像的工作原理,为成像系统实验平台的设计提供理论参考,为真实生物组织电导率的成像奠定基础。方法:结合电场、磁场、超声耦合理论,运用有限元建模分析软件COMSOL Multiphysics建立电导率仿体模型,并进行电磁场分析,获得电导率仿体的电流密度分布。利用数学工具Matlab获得磁声成像声场分布,进而重建仿体模型声源。结果:从电磁场分析结果获知电导率的分布反映了仿体模型的结构形状,电流场为一无旋场,重建的声源图像精确地反映了仿体模型电导率的分布,与仿体模型的层析结构形状、尺寸高度一致。结论:电流注入式磁声成像为组织电阻抗分布的重建提供了一种新的方法,该进一步研究磁声耦合成像的理论与实验打下了基础。