基于回波能量的HIFU治疗区声阻抗测量方法

在高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中,组织声阻抗对于超声成像、表征组织特性具有重要意义.治疗区域一般位于组织内部,难以直接测出其声阻抗.本文通过建立离体猪肉组织模型,模拟超声信号在组织中的传播路径,推导出声阻抗与回波信号能量差的数学关系并应用于HIFU治疗区声阻抗的测量.为验证该方法的有效性,将上述测量的声阻抗与利用水浴锅直接测量的组织声阻抗值进行对比.实验结果表明:利用回波能量差测得的治疗区组织声阻抗与直接测量法测得的同一温度下组织声阻抗值相差较小,相对误差控制在0.5%以内,且两者随温度变化趋势表现出良好的一致性,即都随温度升高呈非线性增加趋势.     

高强度聚焦超声热疗中组织损伤的一种监测方法

用特定频率和功率的高强度聚焦超声（HIFU）照射离体猪肉组织,研究了焦点区域的B超图像变化与HIFU导致的组织损伤之间的关系,并研究了M超信号变化和温度的相关性。结果表明：逐渐增加HIFU照射次数,焦点区域组织变性,B超图像发生明显改变。靶区内灰度超过设定的阈值的区域面积增大,区域内灰度升高,两者均与照射次数成近似线性关系;模拟加热实验中M超信号也随温度升高而变化,其变化较B超更显著。与以往的方法相比,实验系统可以实时地检测到组织损伤的程度和范围,提供了一种新的可视化的HIFU治疗实时监测方法。     

腔内高强度聚焦超声肿瘤治疗的实验研究

本文作者对于利用高强度聚焦超声（ＨＩＦＵ）进行肿瘤腔内治疗作了许多理论计算和试验工作,比较了两种换能器的聚焦特性并研制了一种既能监视又能治疗的高强度聚焦超声换能器,利用此换能器对人工模及活体肿瘤进行了一系列加热实验,验证了高强度聚焦超声治疗肿瘤的可行性。为加热治疗机的开发提供了依据。     

高强度聚焦超声作用下的组织温度场测量技术的研究进展

高强度聚焦超声是近年来兴起的一种肿瘤无创治疗新技术,而温度监控是该治疗的关键,故温度场检测成为超声医学工程学研究的热点。该测量方法中的有损测温对实验操作要求较高,且易引起肿瘤细胞的转移;无损测温方法包括超声、微波辐射、电阻抗成像和MRI(磁共振)等,文章对这些新技术的优点和局限性作出综述。     

高度聚焦超声立体定向治疗并联机器人定位损伤离体猪肝组织的初步探讨

目的探讨自主研制的高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人对离体猪肝组织的定位损伤效果及其影响因素.方法采用自主研制的高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人,对离体猪肝进行定点脉冲辐照,工作频率1.0MHz,辐照深度分别定位于猪肝组织表面下10mm、20mm,辐照时间分别为5s、10s、15s、20s和40s.热电偶探针测温系统测量凝固性坏死区中心温度.测量凝固性坏死区体积、坏死区中心距组织表面距离.取材病检进行光镜观察.结果该仪器定位辐照离体猪肝,可在目标区内形成灰白色凝固性坏死区.在相同声强作用下,辐照时间分别为5s、10s、15s、20s和40s,辐照深度为10mm时,凝固性坏死区体积分别为78.50±3.14mm3、198.54±42.27mm3、650.04±54.17mm3、941.96±94.25mm3、2861.71±460.12mm3.坏死区中心距组织表面的距离为10.98±3.14mm,与预定辐照深度10mm间差异无显著性意义(P>0.05);辐照深度为20mm时,凝固性坏死区体积分别为65.42±13.04mm3、85.82±35.22mm3、133.23±20.90mm3、153.16±28.86mm3、714.80±60.81mm3.坏死区中心距组织表面的距离为21.04±2.67mm,与预定辐照深度20mm间差异无显著性意义(P>0.05).凝固性坏死区中心最高温度平均为76.0±1.4°C.结论高强度聚焦超声立体定向治疗并联机器人在同一声强作用下,对离体猪肝进行定点辐照所形成的凝固性坏死区体积,随辐照时间的增加而增加,随辐照深度的增加而减小,对离体组织的定位损伤准确、有效.     

高强度聚焦超声换能器的新型设计

采用高强度聚焦超声（HIFU）治疗局部肿瘤，如何增强对病变区域的辐照效果，而尽量减少对健康区域的辐照损伤是一个很重要的问题。文章基于目前常用的凹球面自聚焦换能器，提出了解决上述问题的方案，设计了新型的换能器，对其工作方式及声场特性进行了研究。结果表明：采用多换能器轮流发射的方式进行治疗是一种行之有效的解决方案。     

准实时高强度聚焦超声背向散射积分监控成像

提出一种基于超声背向散射积分(IBS)参数估计的减影成像方法,用于检测高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中的组织损伤.在构建的HIFU/B超准实时治疗监控成像系统上,进行了离体猪肝组织实验.得到了不同组织深度下,IBS值随治疗时间的增加而变化的情况,以及不同治疗时间的IBS减影图像.比较了两种获得减影图像的方法,讨论了空化效应对IBS值的影响.此外还采用了一种双向彩色编码模式用以识别组织运动伪像.结果表明,IBS值能够较好地检测组织的损伤,还能一定程度地反映空化效应的情况,采用时间相邻的序列减影图像的叠加所获得的减影图像效果较好,双向彩色编码模式能够较有效地识别组织运动伪像.     

超声治疗中耦合液对声聚焦影响的研究

本文推导了凹球面聚焦换能器产生的声波经耦合液进入软组织后的声场计算公式，并对不同耦合液，耦合层厚度，温度对声聚焦的影响进行了研究，得到一一些对超声热疗具有指导意义的结果。     

超声影像方法在预测HIFU治疗子宫肌瘤疗效中的应用

子宫肌瘤是育龄期女性最常见的良性肿瘤,高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)作为一种微创治疗技术,已经广泛运用于子宫肌瘤的治疗,但是对于某些特殊类型的肌瘤消融效率较低,并导致很多严重的并发症.这类肌瘤在二维灰阶超声、多普勒超声、超声造影方面有特殊的表现.对上述超声...     

高强度聚焦超声作用下体模组织温度上升研究

为研究高强度聚焦超声(HIFU)作用下组织温度上升规律,建立了高强度聚焦声场和组织温度场有限元仿真模型,并通过体外辐照实验对仿真模型进行了验证。通过仿真对水和组织域中的聚焦声场进行建模,计算吸收声能并将其用作热源以计算组织内的温升。进一步制备仿生物组织凝胶体模,利用热电偶进行HIFU作用下体模组织焦点处的测温。结果表明:该模型可有效预测HIFU治疗时的温度上升,与实验所得温度误差不超过 3℃;体模组织受到超声辐照时温度会立即升高,起初温升速率较快,随着辐照时间延长,温升速率逐渐降低,停止辐照后温度立即下降。     

基于PC的超声射频回波采集系统

本文介绍了一种基于PC的全数字化超声射频回波采集系统.全数字化是近年来B型超声显像仪的发展方向.全数字化超声显像仪的核心技术是数字式波束控制系统、射频回波采样以及数字信号处理技术.而PC技术在数字化信号处理领域扮演着越来越重要的地位.本文把PC技术与全数字化超声技术结合起来,在提高系统性能的同时也降低了成本.本文详细解构了整个超声射频回波采集系统的软硬件组成,并给出了一个实际使用的例子;同时,对系统中可能出现的一系列关键问题和技术瓶颈进行了有益的阐述,并分析了各种参数对系统整体性能的影响.最后,本文指出了全数字化超声诊断系统的发展趋势.     

基于神经网络的损伤构件及损伤程度识别

确定损伤构件及其损伤程度是分阶段损伤识别的最后一步,同时又是进一步制定结构安全运行决策的前提和基础。研究了在确定了结构损伤区域的条件下,应用反向传播(BP)神经网络同时实现对具体损伤构件及其损伤程度识别的方法。探讨了针对上述神经网络训练数据的构造和训练策略。应用提出的方法对汲水门斜拉桥桥面结构进行了损伤识别仿真模拟。基于模态参数对损伤的灵敏度分析,选取了12个自振频率和损伤区域附近的6个振型分量作为构造网络输入的基本数据。网络的输出向量同时指示了损伤构件及其损伤程度。就模拟的10种损伤情况,当损伤程度达到60%以上时,有9种实现了正确的构件识别,半数以上给出了可以接受的损伤程度描述。     

基于板材超声散射方法的研究

对于板材焊接接头常用的超声检测方法是脉冲反射法,而超声反射法对于一些垂直于入射面的面状缺陷难于检出,并且上下表面的缺陷有一定的盲区。基于这些局限性,研究超声散射法能够很好的解决。由于超声束近似球面散射,提出一种散射模型为斜发直收同侧。试验证明,采用这种方法能够容易识别垂直于入射面的面状缺陷。     

基于经验模态分解的管道超声回波信号噪声消除

在管道超声无损检测中,超声回波信号往往受到电子噪声、结构噪声等噪声的影响,所以在分析缺陷回波信号时,必须对回波信号进行去噪处理.本文提出了一种新型的基于经验模态分解的方法对超声回波信号进行了良好的消噪处理.通过计算,超声回波信号的信噪比大约提高了11 dB.     

基于超声能量扩散的CFST界面剥离损伤检测方法与验证

钢管混凝土(CFST)构件因其具有良好的抗压、抗弯、抗剪能力,近年来被广泛用于各类型工程结构之中。鉴于CFST施工过程中,钢管与内部混凝土之间可能出现离析、剥离等缺陷,会降低或破坏钢管与混凝土的协同作用,导致承载力降低等问题。在受到极端荷载下,严重时会导致较大安全隐患和失效可能。因此,开展CFST剥离损伤检测十分必要。该文试制了采用超声能量扩散进行构件损伤检测的测试平台;对一批预设界面剥离损伤的方形截面CFST柱进行了不同频率超声波、考虑不同剥离尺寸影响的实测研究,得到归一化扩散及耗散系数,并以此作为管壁与内部混凝土剥离的检测指标;基于最佳激发频率提出CFST界面损伤判定依据,并采用COMSOL软件进行数值模拟验证。结果表明：归一化扩散及耗散系数对剥离损伤尺寸较敏感,可作为探明损伤规律性的重要参数。提出的CFST界面损伤判定模型与仿真试验吻合良好,最小误差为3.03%,平均误差小于10%,表明损伤判定模型能准确、有效定量识别钢管与核心混凝土间的界面剥离损伤,可拓展应用于同类型构件的损伤诊断和预判。     

基于超声回波能量峰值点拟合的气体超声波流量计信号处理方法

针对气体超声波流量计信号处理中难以找到稳定特征点的问题,从回波信号能量的角度出发,研究了回波信号能量的变化规律。回波能量信号轮廓的上升段中间部分比较稳定且中间部分包络线斜率相对较大,近似一条直线。因此,提出一种基于回波能量峰值点拟合的信号处理方法,即连接回波能量信号上升段相邻的峰值点并求得各连线的斜率,选取斜率较大的4条连线作为特征直线,将这4条特征直线对应的右端点作为特征峰值点,并拟合成一条直线,以该直线与x轴的交点作为特征点,从而计算出超声波的传播时间。在基于FPGA和DSP的双核心系统上实时实现该信号处理方法,并在国家认可的检测机构进行标定实验,结果表明:基于回波能量峰值点拟合信号处理方法的双声道气体超声波流量计系统达到1级精度,可测流量范围为30~1200m³/h。     

仿生物组织模型对高强度聚焦超声焦域影响的研究

运用有限元仿真分析了生物组织声学特性对高强度聚焦超声(HIFU)焦域的影响,为HIFU治疗安全性和可靠性提供理论依据。应用超声传播方程以及频域有限元算法(FEM)仿真HIFU治疗过程中因组织特性和厚度引起的焦域变化,并制作仿生物组织模型,进行实验验证焦域变化,分析讨论组织特性和厚度对聚焦区域、位置的影响。结果表明:随着声速增大,焦域尺寸不变,焦域向换能器一侧靠近;随着厚度增大,焦域尺寸基本不变,如果组织声速大于水的声速,则焦域向换能器一侧靠近;如果组织声速小于水的声速,则焦域向远离换能器一侧移动。     

基于频谱能量的材料晶粒尺寸表征方法

研究了利用超声频谱能量对材料晶粒尺寸进行表征的方法。通过不同的热处理方式获得了不同晶粒尺寸的奥氏体不锈钢材料,再分别利用衰减系数法、声速法和频谱能量法对材料的晶粒尺寸进行表征。结果表明:频谱能量法得到的衰减系数与平均晶粒尺寸呈非线性关系,晶粒尺寸的预测误差在4%~15%以内,优于传统的分析方法,证明了新方法的有效性。     

HIFU治疗裸鼠皮下移植瘤超声和磁共振变化的初步观察

目的初步探讨高强度聚焦超声对裸鼠卵巢癌皮下移植瘤治疗前后的超声和磁共振变化.方法HIFU治疗裸鼠卵巢癌模型12例,高强度聚焦超声治疗肿瘤外侧1/2,治疗前后进行超声和磁共振检查.结果(1)治疗前肿瘤组织超声表现为低回声,彩色和能量多普勒检测肿瘤内部及周边均有少许血流信号;治疗后肿瘤组织回声增强,彩色和能量多普勒检测肿瘤治疗区域内部及周边均无血流信号.(2)磁共振检查治疗区域肿瘤组织增强后未见明显强化.结论HIFU能准确破坏卵巢肿瘤,治疗过程中超声定位准确、方便,治疗后磁共振有助于评价其疗效,为临床应用提供实验依据.