一种测量液体声衰减的新方法:双界面回波法

血液超声衰减系数(ultrasoundary attenuation coefficient,USAC)与其生物物理特性有关,其在体测量具有重要的临床意义。作为USAC经典测量方法的插入替代法不适合在体测量,而由于血液自身散射较小,基于散射回波的在体测量方法也不适用于血液。为此本文提出一种新的测量液体衰减系数的方法——双界面回波法(dual-boundary echo comparison,DBEC)。该方法通过比较超声在液体和容器壁构成的界面上产生的前后两个回波的幅度比来估计液体的USAC。血管是血液的天然容器,血管壁回波比血液散射回波大,故DBEC方法有望克服现有方法的局限性。在通过体模实验验证DBEC方法的过程中,样品盒用有机玻璃制成,样品分别为蓖麻油和鸡血。实验所得到的蓖麻油USAC和参考资料的数值相差9.2%,而且观察到鸡血USAC随温度的变化情况。体模实验说明了DBEC方法的准确性和应用于血液的灵敏度,为DBEC的进一步在体实验打下了基础。     

非线性声参量对病变生物组织的超声定征

非线性声参量Ｂ／Ａ是描述生物媒质非线性超声效应的重要参量。本文用有限振幅插入取代法研究了猪的病变肝脏组织的非线性声参量，用显微摄影分析了相应组织的病理状态，研究结果表明非线性声参量作为病变组织定征的新参量具有令人鼓舞的前景。     

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。     

基于声换能器特性的三维磁感应磁声成像重建算法

为了完善磁感应磁声成像算法,使其在真实声检测系统下都适用,研究声换能器特性对磁感应磁声成像重建效果的影响。依据换能器声场分布测量数据,采用插值方法建立真实声换能器三维声场分布模型,利用格林函数法及离散化方法建立磁感应磁声成像正逆问题算法。为了验证该算法,分别采用球扫描和柱扫描方式进行仿真。基于S L CT仿真模型建立三维仿体电导率模型,用有限元方法对瞬态电磁场进行分析,根据计算的涡流分布结果,使用Matlab进行数值计算。仿真结果表明：该算法可基本重建出原始力源的分布,重建图像的相关系数分别达到98.49%和94.96%,对一般声换能器比较适用。该研究为进一步的实验研究和实验重建的精确性提供理论依据。     

猪软组织的非线性声参量B／A和声速C研究

本文研究报道了五种猪软组织中非线性声参量Ｂ／Ａ和声速Ｃ与组织成份间的依赖关系。结果表明：该组织中上述参量与组织所含水份、脂肪、蛋白质的多少有密切关系，它们随组份含量变化的趋势基本上与Ｓｅｈｇａｌ、Ａｐｆｅｌ的声参量混合定则相一致。但Ｓｅｈｇａｌ、Ａｐｆｅｌ定则理论值与实测结果还有一定距离。     

应用PVDF压电传感器测量诊断超声在宫腔内的辐照量和腹部软组织声衰减的方法

在超声诊断已成为妇产科和计划生育查孕查环查病的常规首选方法的情况下，其安全性问题更为世人关注。本文叙述应用一个安装在产科器械内的ＰＶＤＦ压电超声传感器测定了两种不同类型的Ｂ超仪在宫腔内产生的声场中的最大正、负声压及其典型声压波形，对５１例测量结果进行了分析。宫内测得的最大正、负瞬时声压值分别达到１．５ｘ１０５Ｐａ和－１．２５ｘ１０５Ｐａ；空间峰值时间峰值声强（Ｉｓｐｔｐ）达１．３２Ｗ／ｃｍ２；最大声强（Ｉｍ）达０．４４Ｗ／ｃｍ２．空间峰值脉冲平均声强（Ｉｓｐｐａ）达０．３１Ｗ／ｃｍ２；空间峰值时间平均声强（Ｉｓｐｔａ）达０．７４ｍＷ／ｃｍ２。１６例测量声压与Ｂ超仪在自由场中测得值相比较，可计算出超声所经过的软组织中的综合平均衰减为１．２４±０．１９ｄＢｃｍ－１ＭＨｚ－１。采用宫腔内直接测量方法获得的诊断超声剂量参数和衰减系数对妇产科超声诊断安全性的研究具有重要参考价值。     

HIFU治疗中媒质特性对声聚焦影响的研究

目的:研究声衰减系数、声速、温度等媒质参数对声聚焦的影响。方法:用瑞利积分对凹球面自聚焦超声换能器进行声场模拟。结果及结论:媒质的特性参数不同,聚焦表现不同的特点。声衰减系数增大,焦斑向声源靠近,且焦斑缩短;声速越大,焦距越小,但焦区最大声压升高,焦斑的面积增大;温度变化不大时对声聚焦的影响不明显。     

双频HIFU及其对组织焦斑的影响

引入具有双频工作模式和单频工作模式的新型HIFU，并用两种模式对不同状态的离体猪肝组织进行照射。实验结果表明：在相同的照射条件下，双频模式HIFU产生的焦斑明显大于单频模式时的焦斑；组织中的气体有扩大焦斑作用；双频模式下选择适当的差频对焦斑有明显影响。说明双频HIFU可以有效地提高大体积肿瘤的治疗效率和效果。同时对实验现象的机理进行了初步分析。     

活塞聚焦换能器引起温度提升的研究

由于高强度聚焦超声的出现,活塞聚焦换能器引起的温度场日益受到重视.本研究基于生物热传导方程(Pennes方程)及高斯声束叠加法理论,给出了由活塞聚焦超声引起的温度提升理论模型,并计算温度场的横向分布.实验采用猪的肝脏组织和脂肪组织,采用活塞聚焦换能器加热的方法,用热电偶测量可组织内的温度提升,并将计算结果与实验结果进行了对比分析.结果表明:在弱聚焦且声源强度小于3.0 wW/cm2的情况下,此模型可准确预测生物组织的温度分布,生物组织温度的提升主要决定于线性声场,并且与换能器参数有关,温度的提升随着换能器的声功率、频率、半径的增加而增加,随焦距的增加而减小,随媒质的灌注长度的增加而增加.     

高强度聚焦超声焦域处气泡的空化与沸腾

高强度聚焦超声(HIFU)致使组织产生热凝固性坏死,是一个非常复杂的瞬态过程。焦域处气泡的空化与沸腾行为在整个损伤过程中扮演着重要的角色。本文综述国内外学者对HIFU辐照过程中相关气泡行为的研究,就焦域处气泡的空化和沸腾的产生、相关的检测手段及其与强回声、靶区温升和损伤形态的关系进行概述。     

双频共焦高强度超声增强仿组织体模毁损效果的初步研究

目的：比较双频共焦模式和单频模式高强度聚焦超声（HIFU）单次辐照毁损灶的大小。方法：分别采用相同声强度的双频共焦HIFU与传统单频HIFU对透明仿组织体模进行不同时间长度的辐照，直接在透明的仿组织体模上测量HIFU毁损灶的长度和直径。结果：双频和单频模式下，随辐照时间的延长毁损灶逐渐增大；相同声强相同辐照时间下，双频HIFU产生的毁损灶显著大于单频模式所致毁损灶。结论：双频共焦模式可以增大HIFU单次辐照毁损灶的体积．为HIFU治疗效率的提高提供了一种新技术。     

超声对悬浮介质中红细胞变形性的影响

本文用激光衍射法研究了超声对悬浮在ＰＶＰ介质中的红细胞变形的影响，并对超声作用于红细胞所引起的生物效应进行了探讨。悬浮液中的红细胞受到超声辐射其变形下降。实验中发现在相同的辐射时间内，超声强度越大，对红细胞变形影响越大，在相同的强度下，辐射时间越长，红细胞变形性变化也越大，超过一定的幅射时间和强度，超声辐射坐使悬浮介质中的红细胞产生溶血，我们认为上述实验结果主要是超声对红细胞的非热效应所致。     

HIFU在牛肝组织中的传播衰减研究

运用辐射压力法研究高强度聚焦超声在牛肝组织中的传播衰减。在室温 2 0℃下 ,利用 4种治疗超声换能器 ,在不同的换能器表面输出声功率下 ,分别测量 2 0、4 0、6 0、80 m m不同厚度新鲜离体牛肝在放入脱气水前后的声辐射力 F、F′,然后计算出声衰减。使用治疗超声换能器 4 ,对于不同辐照深度 ,以声强 ISATA=2 2 .0× 10 3W/cm2、辐照时间 5 s的超声剂量定点辐照新鲜离体牛肝 ,以断层方式剖开后测量凝固性坏死组织体积。研究结果表明 ,对于一个具体的治疗超声换能器 ,在牛肝厚度一定时 ,辐射力穿透率 F′/F法与换能器表面声强及样品近治疗超声换能器表面声窗面积无关。采用最小 F′/F法拟合得出辐射力穿透率随牛肝厚度增加呈指数规律递减 ,且与凝固性坏死组织体积随牛肝厚度 (辐照深度 )增加呈指数规律递减趋势一致。采用最小二乘法拟合得出高度聚集超声在牛肝组织中传播的声衰随频率近似线性增加且呈幂函数关系。这为进一步研究高强度聚焦超声治疗剂量学提供了实验依据     

非聚焦超声对溶液中GLC-82肺腺癌细胞损伤的实验研究

目的:探讨不同功率及不同作用时间的非聚焦超声(none focused ultrasound,NFU)对溶液中肺癌细胞的作用,为杀灭弥漫在胸水及腹水中或浸润在组织中的癌细胞提供实验依据。方法:台盼蓝拒染法测NFU辐照GLC-82肺腺癌细胞后细胞的即刻存活率,MTT法检测其作用后24 h细胞的增殖率,流式细胞仪检测细胞周期和凋亡率。结果:(1)GLC-82细胞的即刻存活率随着辐照功率和作用时间的不断增加明显下降;(2)超声辐照24 h后,随着超声辐照时间和剂量的不断增加,细胞的增殖率明显下降,时间-效应各组之间、剂量-效应各组之间细胞的增殖率差异均有显著性(P<0.05);(3)超声辐照细胞的凋亡率均高于阴性对照,但其周期即刻未发生明显变化。结论:NFU能杀伤溶液中GLC-82肺癌细胞并抑制其增殖,较低功率的超声可能以诱导细胞凋亡为主,较高功率时则可能以杀伤细胞为主。超声对细胞周期的影响为迟发性效应。     

一种消除浅表组织病灶的微型线聚焦换能器声场的数值计算与仿真方法

目的:本文涉及一种消除浅表组织病灶的微型线聚焦超声声场的数值计算与仿真,通过计算得出声场的三维分布,同时研究柱面自聚焦换能器各个参数对声场的影响,以指导微型自聚焦换能器的设计。方法:本文通过建立三维直角坐标系,应用Rayleigh积分得出微型线聚焦超声换能器聚焦区域内每一点的声强表达式,运用C语言和matlab采用直接数值积分的方法对柱面聚焦超声换能器的声场进行了数值计算和仿真,得出声场的三维分布。结果:从声场的三维分布可以看出:按照本文给定的条件设计,微型线聚焦超声换能器展现出良好的聚焦性能,形成明显的焦域。和普通的柱面超声换能器相比,小型的柱面超声换能器形成的声场在z轴上的声场分布更均匀,x,y方向上衰减更快。结论:通过不同的参数对声场三维分布影响可以看出:微型线聚焦超声换能器的厚度,半径,张角和长度对聚焦的效果有明显影响。与给定的条件相比,选择较厚、半径和张角较大的换能器,能提高聚焦性能,而换能器的长度对聚焦效果影响不大。     

The Effect of Physical Loading on Bone Broadband Ultrasound Attenuation

Objective: Physical loading changes bone microstructure and may influence quantitative ultrasound(QUS) parameters. This study aims at evaluating the effect of physical loading on bone QUS measurement. Methods: Ten fresh bovine bone specimens were studied, which were scanned by a micro-CT and the density and structure parameters were calculated. The QUS measurement was performed when specimens subjected to loading, which changed from 0 to 1,000 N with the step of 100 N. Statistical analysis was performed to evaluate the difference between n BUA measured with and without loading, and the relationship between n BUA and the parameters measured by micro-CT. Results: While the loading exerted on bone lugher than 200 N, the measured nBUA significantly higher than n BUA measured without loading. With the increasing of loading, which exerted on bone, the values of nBUA also increased. A new parameter, the slope of the linearity fitted curve of nBUA values measured under different loading conditions, was introduced to evaluate BMD. The correlation coefficient between the slope and BMD is-0.869(P=0.001). Conclusion: Physical loading substantially influences bone QUS measurement. QUS measurement performed under loading condition may be a new ultrasound method for osteoporosis diagnosis.     

高强度聚焦超声治疗中空化效应的研究进展

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)作为一种新技术已经成功的应用于临床治疗,其治疗机制一直是研究热点。本文就HIFU治疗中空化效应进行综述。     

宽带超声衰减成像的研究

介绍了宽带超声衰减（BUA）的测量与计算方法,讨论了现有BUA测量的不足,提出了BUA投影成像,并通过实验进行了成像验证。实验表明利用BUA参数进行成像是可行的,其结果具有一定的临床应用价值。