Design and Characterisation of Tissue-Mimicking Gel Phantoms for Diffusion Kurtosis Imaging
目的：这项工作的目的是创建适合于扩散峰度成像（DKI）的仿组织凝胶体模，用于质量保证、方案优化和序列开发。研究方法：产生了浓度范围分别为1.0%至3.5%、0.5%至3.0%和10%至20%的琼脂、琼脂糖和聚乙烯醇模型，以及每100 ml最多3 g的玻璃微球。扩散系数，过剩峰度值和弛豫率进行了实验测定。结果如下：普通凝胶的峰度值范围为0.05，$(0.029, 0.071)$至$0.216(0.185, 0.246)$的95%置信区间（CI），远低于文献中报告的各种组织的峰度值。玻璃微球的加入增加了凝胶的峰度，对于具有最高微球浓度的凝胶观察到高达$0.523(0.465, 0.581)$的值。在室温下储存超过6个月后，对一些凝胶的重复扫描表明扩散参数的变化小于10%。玻璃微球的加入降低了表观扩散系数（ADC）并增加了纵向和横向弛豫速率，但这些值仍与普通凝胶和组织的值相当，观察到的ADC范围为$818(585, 1053) \times 10^{-6}$ mm $^2$ /s至$2257(2118, 2296) \times 10^{-6}$ mm $^2$ /s，R1值范围为$0.34(0.32, 0.35)$ 1/s至$0.51(0.50, 0.52)$ 1/s，R2值范围为$9.69(9.34, 10.04)$ 1/s至$33.07(27.10, 39.04)$ 1/s。结论：…
2018-03-08 physics.med-ph
Anthropomorphic tissue-mimicking phantoms for oximetry validation in multispectral optical imaging
本研究提出拟人组织模拟体模，用于多光谱光学成像中血氧饱和度验证，通过3D打印和染料优化实现定量测试，结果显示高相关性，为sO$_2$成像标准化提供工具。
2025-03-29 physics.med-ph
Thermal Response of Dielectric Nanoparticle Infused Tissue Phantoms during Microwave Assisted Hyperthermia
热疗已经使用多年;作为癌症治疗的潜在替代方式。本文报道了利用国产微波炉对组织模体进行微波辅助加热的实验研究。还使用基于有限元方法的工具进行了计算机模拟，以支持实验观察和探针对组织模型内部深处的热传输方面的见解。预测温度和实测温度之间取得了良好的协议。此外，进行实验以研究介电纳米颗粒即氧化铝（Al 2 O3）和氧化钛（TiO 2）在纳米颗粒注入的肿瘤模型的MWATH期间的功效。在实验中专门模拟了注射纳米颗粒溶液的深层肿瘤。在纳米粒子注入组织模型的时空热历史方面获得了有趣的结果。由于纳米颗粒的存在，在靶向区域附近实现了温度分布的升高，并且温度的空间分布被严重变形。我们最终表明，使用实验和模拟，不像其他纳米粒子介导的热疗技术，直接注射的纳米粒子在肿瘤内导致增强的热量产生在邻近的健康组织。热疗事件的不均匀性分别从热点和冷点的局部发生是明显的。目前的研究结果可能有深远的影响，作为一个框架，在MWA预测温度分布。
2020-06-24 physics.app-ph physics.med-ph
Optical quantification of harmonic acoustic radiation force excitation in a tissue-mimicking phantom
光学跟踪被用来表征声辐射力（ARF）引起的位移在仿组织体模。使用振幅调制（AM）3.3 MHz超声在植入10 μm微球的体模中诱发ARF，使用显微物镜和高速摄像机跟踪微球。对于正弦和平方AM的基波和二次和三次谐波频率的谐波分量进行了测量。位移幅值随ARF线性增加，直到10 μm，正弦调制的峰峰值比平方调制低19.5%。平方调制几乎没有产生二次谐波，但能量存在于三次谐波中。对于正弦调制，能量存在于二次谐波中，并且低能量存在于三次谐波中。有限元模型被用来模拟的变形，是定性和定量的测量一致。
2016-08-30 physics.med-ph physics.optics
Effects of bone- and air-tissue inhomogeneities on the dose distributions of the Leksell Gamma Knife$^{\circledR}$ calculated with PENELOPE
用PENDENPE进行蒙特卡罗模拟（v.~ 2003）用于计算Leksell伽玛刀$^{\circledR}$的剂量分布。通常的球形水模是用模拟颅骨的球形骨壳和模拟额窦或上颌窦的充气立方体来改进的。伽玛刀的201源配置的不同模拟已经用最近针对单源和多源配置测试的伽玛刀的源通道的几何形状的简化模型进行。对于包括骨-和/或空气-组织界面的异质体模确定的剂量分布显示出相对于对于同质体模计算的剂量分布的不可忽略的差异，主要是当伽玛刀等中心接近分离表面时。我们的研究结果证实了一个重要的剂量不足（$\sim$ 10%）附近的空气-组织界面，根据先前的结果与PENTHAL PE代码与我们的程序不同。另一方面，模拟颅骨的球形壳体的存在在其所处的等中心处产生百分之几的剂量不足。
2005-10-19 physics.med-ph
Multi-frequency MRE for elasticity quantitation and optimal tissue discrimination: a two-platform liver fibrosis mimicking phantom study
在代数反演的框架内，根据提取的剪切速度（或弹性模量）评价磁共振弹性成像（MRE）的重复性、再现性和稳健性。在配备1.5 T和3 T临床MR扫描仪的两个研究中心实施了相同的激励系统。一组四个弹性的，各向同性的，均匀的校准幻影不同的弹性代表肝纤维化的严重程度的频谱进行机械表征。测量的重复性和两个平台之间的再现性被认为是优秀的平均变异系数为1.62%的剪切速度平均值和1.95%的相关标准偏差。MRE速度对位移场的振幅和模式变化具有鲁棒性，即使位移场振幅小6倍，在相同激励频率下两种磁体的结果之间也几乎没有差异。然而，MRE结果对记录的位移场的每个波长的体素数量非常敏感，相对偏差达到62%，精度损失高达23.5倍。对于两种磁场强度，MRE准确度和精确度在既定有效性条件（$6 \lesssim s \lesssim 9$）之外大幅下降，导致弹性增加的体模之间估计的剪切速度值没有显着差异。当满足空间采样条件时，无论是在采集中前瞻性地还是在重建前回顾性地，MRE产生的定量测量值都可以明确区分模拟肝纤维化严重程度增加的幻影之间的无穷小p值。
2021-09-06 physics.med-ph
Invasion depth estimation of gastric cancer in early stage using circularly polarized light scattering: Phantom studies
本研究利用圆偏振光散射的退偏振特性，通过双层光学仿体实验验证了基于圆偏振成像估计早期胃癌浸润深度的可行性，发现平均圆偏振值随癌变层厚度显著变化。
2025-04-24 physics.med-ph physics.optics
Mie scattering due to tissue structures in the terahertz regime: Experimental and Monte Carlo verification using diffused polarimetric imaging in highly attenuating tissue phantoms
本文通过蒙特卡洛模拟与组织仿体实验，研究太赫兹波段米氏散射引起的偏振和漫射强度变化，并在离体猪皮肤烧伤模型中验证了偏振太赫兹成像检测组织结构变化的潜力。
2024-12-31 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
Real-time optoacoustic tracking of single moving micro-objects in deep tissue-mimicking phantoms
医学影像学在多种疾病的诊断和治疗中发挥着重要作用。这是一个不断发展的领域，寻求提高灵敏度和时空分辨率，以允许动态监测发生在微米和纳米级的各种生物过程。用于靶向诊断和治疗的新兴技术，如纳米治疗剂、微型植入物、导管和小型医疗工具，在人体内执行功能时，也需要精确定位和监测。在这项工作中，我们首次展示了使用多光谱光声层析成像（MSOT）对低于厘米厚组织模仿幻影的移动单个微物体的实时跟踪。该技术结合了超声成像在深度和分辨率方面的优势与光学方法的分子特异性，从而有助于区分微观物体的光谱特征与内在组织分子的光谱特征。通过用金纳米棒涂覆微物体表面，所得的MSOT信号在对比度和特异性方面得到进一步改善，具有独特的吸收光谱，这将允许它们在转化为体内设置时与周围生物组织区分开。
2019-04-29 physics.app-ph physics.chem-ph physics.med-ph
Retinal fluorescence microscopy in artificial ophthalmic environment: the Humanized Phantom Eye
幻影眼装置被设计成模仿人眼的光学特性;然而，视网膜结构通常用合成组织来模拟。因此，目前不可能利用幻影眼装置对培养物或离体组织进行荧光显微镜实验，尽管这些眼科测量对于许多应用例如视网膜生物标志物的测试将是重要的。在这里，我们报告和描述了一个幻影眼的发展，旨在宿主生物样品，如视网膜培养分化的人诱导多能干细胞。我们表征了人源化幻眼在标准生物标志物如Alexa Fluor 532和Alexa fluor 594上的成像性能。
2022-11-22 physics.med-ph physics.optics
Quantification of dual-state 5-ALA-induced PpIX fluorescence: Methodology and validation in tissue-mimicking phantoms
King’s College London（伦敦国王学院）；King’s College London Hospital NHS Foundation Trust（伦敦国王学院医院NHS基金会信托）
本研究提出了一种用于量化胶质瘤中PpIX荧光的新方法，通过组织仿生假体验证，实现了高精度的PpIX荧光成像。
2026-01-28 eess.IV eess.SP physics.med-ph
Geant4 based Dosimetry Evaluation for Gamma Knife using Different Phantom Materials
本研究分析了可用于Leksell伽玛刀的各种体模材料的剂量差异。这些材料具有与不包括颅骨的人体组织非常相似的特性。Geant4用于分析4mm和8mm准直器头盔尺寸的剂量分布。体模的半径为80 mm。水、脑、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）和聚苯乙烯被用作材料类型。结果表明，根据材料类型的辐射剂量没有相当大的差异。此外，聚苯乙烯和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）体模也适用于测量伽玛刀单元的剂量分布。
2021-02-05 physics.med-ph
Effects of Tissue Material Properties on X-Ray Image, Scatter and Patient Dose Determined using Monte Carlo Simulations
随着患者和工作人员X射线辐射意识的提高，已经做出了许多努力来开发准确的患者剂量估计方法。迄今为止，蒙特卡罗（MC）模拟被认为是模拟X射线辐射与物质相互作用的金标准。然而，MC模拟结果对图像引导介入手术的实验或临床设置变化的敏感性仅进行了有限的研究。特别是，对患者材料成分的影响研究不足。这主要是因为这些方法通常在使用单个拟人化体模的体模研究中得到确认。因此，在本研究中，我们研究了患者材料参数映射对MC X射线剂量模拟结果的影响。一个计算体模几何构造和三种不同的常用材料组成映射。我们使用MC工具包Geant 4模拟介入装置中的X射线辐射，并比较了剂量沉积、散射分布和所得X射线图像的差异。评价显示，不同材料成分映射之间的差异高达20%，涉及直接辐照的器官。这些结果强调了临床设置中MC模拟的材料成分映射标准化的必要性。
2020-05-07 physics.med-ph
Multi-Frequency Reverberant Shear Waves for Assessing Tissue Dispersion in Optical Coherence Elastography
本文提出多频混响光学相干弹性成像方法，通过同时捕获多频剪切波并结合幂律模型，实现对组织粘弹性频散特性的高精度表征与验证。
2025-04-10 physics.med-ph physics.optics
Gold nanoparticles-based brachytherapy enhancement in choroidal melanoma using a full Monte Carlo modelling of human eye
采用蒙特卡罗模拟技术研究了金纳米粒子在125 I近距离治疗脉络膜黑色素瘤中的剂量增强效应。通常，蒙特卡罗眼科近距离放射治疗剂量测定是在水模体中进行的。然而，在这里，已经考虑了人眼的成分而不是水。用MCNP 5程序模拟了人眼和水的幻象。这些模拟是针对含有13个125I粒子的满载16 mm COMS眼斑进行的。在有和没有GNP的两种模型中计算了递送到肿瘤和健康组织的剂量。结果表明，植入COMS斑块的眼球中肿瘤的剂量随着靶内GNP浓度的增加而增加。因此，通过在治疗前加入GNP，减少了眼睛中肿瘤所需的照射时间。结果，当照射时间减少时，健康组织的剂量减少。此外，在GNP存在下，由水制成的眼模型和由人眼组合物制成的眼模型中的模拟数据之间的比较显示了利用眼睛的组合物进行眼科近距离放射治疗剂量测定的意义。通常，癌症患者的放射治疗旨在向肿瘤提供所需剂量，同时保留周围的健康组织。结果表明，使用GNP使我们能够克服这一挑战。此外，定义眼睛组成而不是水将导致更准确的计算GNP辐射效应在眼科近距离放射治疗剂量测定。
2015-01-13 physics.med-ph
Early Detection of Cancerous Tissues in Human Breast utilizing Near field Microwave Holography
这项工作证明了近场间接微波全息术的应用，在人体乳腺癌组织的检测在一个有效的方式。全息图是由两个定向天线沿彼此的bohemic对齐，同时执行光栅扫描的二维平面上利用XY线性电动平移台和一个统一的参考波。微波频率下的间接全息术提供了物体的全部信息，即振幅和相位。所提取的相位值用于确定介电常数值，所述介电常数值被进一步用于识别和验证乳房体模中的恶性组织的位置。对内部设计和开发的组织模拟3D打印乳房体模进行了实验评价。实验结果表明，使用定向天线的微波全息术在定位和识别肿瘤的能力，最小尺寸为4mm，最大深度为25mm的制造的幻影。初步结果提出了近场间接全息成像（NFIHI）的潜力，以开发一种有效和经济的工具，用于乳腺癌的检测。
2019-04-22 eess.IV physics.med-ph
Design and CT imaging of Casper, an anthropomorphic breathing thorax phantom
这项工作的目标是建立一个拟人化的胸部体模能够呼吸运动的材料模仿人体组织的X射线成像应用。名为Casper的胸部体模由树脂（主体）、泡沫（肺）、发光聚乳酸（骨）和天然聚乳酸（放置在肺中的肿瘤）组成。通过在台式系统上进行光子计数计算机断层成像（CT）成像，评价了所有材料在生产前的X射线衰减特性。呼吸运动通过止转轭机构实现，隔膜运动频率为10 - 20 rpm，位移为1 - 2 cm。Casper是通过3D打印模具和肋骨制造的，并在复杂的过程中组装。然后使用临床CT扫描仪扫描最终体模，以评价材料CT数和肿瘤运动程度。Casper CT值接近于软组织（46 HU）、肋骨（125 HU）、肺（~ 840 HU）和肿瘤（~ 45 HU）的人体CT值。对于2cm的隔膜位移，最大肿瘤位移为0.7cm。在静态CT图像中准确评估了5个肿瘤体积，平均绝对误差为4.3%。在动态CT图像中，由于运动模糊，与真实体积的平均绝对差异为10.3%，因此较小肿瘤的肿瘤大小被低估或较大肿瘤的肿瘤大小被高估。
2022-09-28 physics.med-ph
Ocular Brachytherapy Dosimetry for 103Pd and 125I in The Presence of Gold Nanoparticles: Monte Carlo Study
本蒙特卡罗研究的目的是评估近距离放射治疗源照射的人眼健康组织中能量沉积的变化，并与负载金纳米颗粒（GNP）的脉络膜黑色素瘤中产生的剂量增加进行比较。这些纳米粒子对正常组织的影响进行了比较103 Pd和125 I作为两个眼科近距离放射治疗源。肿瘤和健康组织中的剂量分布已被考虑到这两个提到的近距离放射治疗源。此外，在眼睛的某一点，计算了在GNP存在下正常组织的吸收剂量与在GNP不存在下相同点的吸收剂量的比率。此外，在GNP的存在下，在简单的水模型和实际模拟人眼的比较中观察到的差异也是本工作中考虑的感兴趣的问题。结果表明，计算的125 I在肿瘤中的剂量增强因子高于103 Pd。当在GNP存在下进行眼科剂量测定时，125 I与水模之间的差异比103 Pd更明显。当这些纳米颗粒被用于增强眼睛肿瘤的吸收剂量时，与103 Pd源相比，125 I近距离放射治疗源的使用将极大地放大肿瘤部位中的剂量增强因子（DEF）的量，而不会对健康器官造成太大损害。此外，在眼部近距离放射治疗的Monte-Carlo研究中，当我们使用125 I时，与考虑103 Pd时相反，更精确地定义眼模而不是水模将变得越来越重要。
2015-06-21 physics.med-ph
Fast and accurate dose predictions for novel radiotherapy treatments in heterogeneous phantoms using conditional 3D-UNet generative adversarial networks
新型放射治疗技术，如同步加速器X射线微束放射治疗（MRT），需要在亚毫米级准确的快速剂量分布预测，特别是接近组织/骨/空气界面。蒙特卡罗物理模拟被认为是预测靶组织中递送的剂量的最准确的工具之一，但是可能非常耗时，因此对于治疗计划是禁止的。更快的剂量预测算法通常仅用于临床部署的治疗。在这项工作中，我们探索了一种新的方法，用于快速准确的剂量估计，适用于使用临床前开发和现代机器学习技术中使用的数字幻影的新型治疗。我们开发了一个生成对抗网络（GAN）模型，它能够模拟等效Geant 4蒙特卡罗模拟具有足够的精度，并使用它来预测辐射剂量提供了一个广泛的同步辐射光束到各种幻影。用于训练GAN的能量沉积是使用通过体模的同步辐射宽光束的全Geant 4蒙特卡罗模拟获得的。能量沉积在尺寸为140 x 18 x 18的体素矩阵中进行评分和预测，体素边长为1 mm。GAN模型由两个相互竞争的3D卷积神经网络组成，它们以光子束和体模属性为条件。研究中的所有体模几何结构内的能量沉积预测显示，对于射束场中大约99%的体素，最大沉积能量与模拟的偏差小于3%。单次预测的计算时间从使用Geant 4模拟的几百小时减少到使用GAN模型的不到一秒。
2022-02-16 physics.med-ph
Investigation of the aptness of newly developed epoxy-based equivalent tissues for newborn and 5-years old in paediatric radiology
组织等效（TE）材料的各种放射学应用包括质量检查、诊断成像和剂量评估。然而，儿科患者组织的代表性化合物在较低诊断光子能谱中用于科学用途的可用性有限。在本研究中，开发了几种TE替代品，可在这些能量范围内复制人体组织的射线照相特征，即用于新生儿软组织（ESST-NB）、新生儿骨骼组织（ESTB-NB）和代表5岁儿童的等效组织类型（分别为ESST和ESBT）的TE材料。ORNL程式化计算模型系列用作所需元素比例的来源。为开发的组织替代物计算的密度、有效原子序数、CT数和电子密度接近用作参考的体模系统的密度、有效原子序数、CT数和电子密度。此外，为了与材料选择和生产限制保持一致，所有材料都与质量密度、质量衰减系数和质量能量吸收系数的参考数据实现了尽可能密切的相关性。在47 keV至66 keV的能量范围内，新生儿的TE替代品与ORNL参考样本相比，μ/ \r{ho}的最大差异为1.6%至-3.01%，μ_en/ \r{ho}的最大差异为1.15%至-1.4%。代表5岁儿童的TE材料的相应等效数据范围为1.09%至-3.02%和1.92%至-2.53%。鉴于新构建的TE材料与参考数据之间的良好一致性，这些化合物随后可用于创建代表新生儿和5岁儿童组织类型的物理模型。
2022-12-26 physics.med-ph
Long short-term memory networks for proton dose calculation in highly heterogeneous tissues
基于LSTM网络的应用设计了一种新的剂量计算方法，该网络将3D患者/体模几何结构处理为2D计算机断层成像输入切片序列，产生形成相应3D剂量分布的相应2D切片序列。LSTM网络可以在一个方向上有效地传播信息，从而产生一个可以正确模拟物质中质子相互作用机制的模型。该研究集中在预测单个笔形射束水平上的剂量，避免了由数千笔形射束组成的治疗计划中的平均效应。此外，这种方法允许直接集成到当今的治疗计划系统的逆向计划优化过程中。使用蒙特卡罗模拟，通过模拟从随机机架角度穿过患者几何结构撞击的不同笔形射束，为体模和患者研究准备了真实训练数据。对于模型训练，为体模研究准备了10'000个蒙特卡罗模拟，为患者研究准备了4' 000个模拟。经过训练的LSTM模型能够在体模研究的预留测试集上实现99.29%的伽马指数通过率（[0.5%，1 mm]）准确度，并且在患者研究的预留测试集上实现99.33%的伽马指数通过率（[0.5%，2 mm]）。每个笔形波束在6-23 ms内获得这些结果。使用Topas的平均蒙特卡罗模拟运行时间为1160 s。通过对5名以前未见过的肺癌患者进行测试，验证了模型的泛化能力。LSTM网络非常适合质子治疗剂量计算任务。然而，需要进行进一步的工作，以将所提出的方法推广到临床应用，主要是针对各种能量、患者部位和CT分辨率/扫描仪实施。
2020-06-10 physics.med-ph
Monte Carlo calculation of the organ equivalent dose and effective dose due to immersion in a 16N beta source in air using the ICRP Reference Phantoms
这项工作总结了欧洲雷达组织的比较结果，重点是ICRP参考计算量的使用。这项活动的目的是提供培训，以便在蒙特卡罗辐射传输代码中执行体素体模，并计算器官中的剂量当量和有效剂量。该特定病例描述了浸入分布在具有混凝土墙的房间空气中的16 N β源中的场景，其中体模位于该房间中。7名参与者参加了使用GEANT4、TRIPOLI-4和MCNP系列代码的结果比较，在计算骨骼组织和其余组织的剂量时发现了一个普遍问题。在与参与者进行反馈后，错误得到了纠正，最终结果达到了+/-5%的一致性。
2021-12-07 physics.comp-ph physics.med-ph
Dual-Input Dynamic Convolution for Positron Range Correction in PET Image Reconstruction
Univ. Brest, LaTIM, Inserm, U1101（布雷斯特大学，LaTIM，Inserm，U1101）；GE HealthCare GmbH（GE医疗有限公司）；Diagnostic Imaging Centre, Kuopio University Hospital（库奥皮奥大学医院诊断影像中心）
DDConv通过动态卷积技术实现PET图像中正电子范围校正，提高异质区域的分辨率和细节恢复能力。
2025-12-28 physics.med-ph
Realistic 3D printed imaging tumor phantoms for validation of image processing algorithms
医学成像体模广泛用于手术引导和放射肿瘤学过程中的成像系统和算法的确认和验证。特别是，对于医学成像领域中的新算法的性能评估，所制造的体模需要复制人体的特定属性，例如，组织形态学和放射学特性。增材制造（AM）技术为具有定制能力的精确解剖复制提供了廉价的机会。在这项研究中，我们提出了一种简单而廉价的协议，以制造逼真的肿瘤模型的基础上灯丝3D打印技术。制作放射密度均匀和不均匀的肿瘤模型。评价打印的肿瘤模型与肺癌患者CT图像的真实肿瘤数据之间的放射密度相似性。此外，还研究了在肿瘤患者数据中观察到的3D打印肿瘤模型的异质性是否对图像配准算法的验证产生影响。3D打印体模的密度范围在-217至226 HU之间;在人肺肿瘤组织中也观察到了该范围的辐射衰减。由此产生的HU范围可以作为研究人员和体模制造商的查找表，以创建具有所需放射密度范围的逼真CT肿瘤体模。3D打印的肿瘤模型还精确地复制了关于形态学的真实肺肿瘤患者数据，并且还可以包括肿瘤模型内放射密度的逼真异质性。没有发现异质性对图像配准算法的准确性和鲁棒性的影响。
2022-11-27 eess.IV physics.med-ph
Moving beyond simulation: data-driven quantitative photoacoustic imaging using tissue-mimicking phantoms
Cancer Research UK Cambridge Institute（英国癌症研究院剑桥研究所）；University of Cambridge（剑桥大学）；University of Oxford（牛津大学）
针对光声成像吸收系数恢复中模拟与实验的域差距问题，提出用实验表征的成像体模数据集训练U-Net实现逐像素估计，验证了实验数据训练的准确性与鲁棒性，展现深度学习推进定量光声成像的潜力。
2023-06-11 cs.AI cs.LG eess.IV
Ultrashort Echo Time Magnetic Resonance Fingerprinting (UTE-MRF) for Simultaneous Quantification of Long and Ultrashort T2 Tissues
目的：旨在证明一种超短回波时间磁共振指纹（UTE-MRF）方法，该方法可以同时量化肌肉骨骼系统中的肌肉和骨骼以及大脑中的组织成分的组织松弛测量，因此可以合成伪CT图像。方法：设计半脉冲激励、半轮辐径向采集的FISP-MRF序列，对快T2衰变信号进行采集。应用正弦回波时间（TE）模式以提高短和超短T2值组织的MRF灵敏度。通过模拟、体模和体内实验评价了UTE-MRF的性能。结果：在UTE-MRF中实现了0.05 ms的最小TE。模拟表明，TE采样的扩展增加了皮质骨和肌腱中的T2量化准确性，并且对长T2肌肉量化的影响很小。对于橡胶体模，UTE-MRF的平均T1/T2为162/1.07 ms，与IR-UTE的190 ms金标准T2和UTE序列的1.03 ms T2* 进行了很好的比较。对于长T2琼脂糖体模，T1和T2的UTE-MRF和金标准之间的线性回归斜率分别为1.07（R2=0.991）和1.04（R2=0.994）。在体实验显示了皮质骨和跟腱的检测，平均T2分别为1.0 ms和15 ms。头皮图像与CT吻合良好。结论：具有正弦TE变化的UTE-MRF显示其能够产生伪CT图像，并同时输出脑和肌肉骨骼系统中具有长T2和短/超短T2的组织的T1、T2、质子密度和B 0图。
2019-03-27 eess.IV physics.med-ph
FastCAT: Fast Cone Beam CT (CBCT) Simulation
fastCAT应用程序使用预先计算的Monte Carlo（MC）CBCT体模特定散射和探测器响应函数，以减少兆伏（MV）和千伏（kV）CBCT成像的模拟时间。将预先计算的X射线束能量谱、探测器光学扩散函数和能量沉积以及体模散射内核与GPU射线跟踪相结合，以产生CBCT体积。使用EGSnrc模拟了入射到各种靶材料上的2.5和6 MeV电子束的MV X射线束谱，并解析计算了具有钨阳极的X射线管的kV X射线束谱。探测器在Topas扩展的Geant 4中建模，并在反射器中包括光学传输。两个MV探测器，一个标准的Varian AS 1200 GOS探测器和一个新的CWO高检测量子效率探测器建模。kV CsI探测器也被建模。在Topas中为两个直径为16 cm的体模创建了能量相关散射核：Catphan 515造影体模和拟人头部体模。Catphan体模包含六种不同组织类型的直径为1-5 mm的插入物。FastCAT模拟保持了对测量和MC模拟的高保真度：CWO和GOS探测器的MTF曲线分别在测量值的3.5%和1.2%以内。对于所有组织，fastCAT Catphan 515模拟中的HU值和CNR均在等效MC模拟的95%置信区间内，HU值和CNR比较的均方根误差分别小于16 HU和1.6。Catphan 515模块的fastCAT模拟（图像大小为1024 x1024 x10体素）在GPU上花费了…
2021-02-16 physics.med-ph
MRI-based Material Mass Density and Relative Stopping Power Estimation via Deep Learning for Proton Therapy
本研究提出基于深度学习的仅MRI质量密度与相对阻止本领估计方法，通过体模和患者研究验证，可支持质子治疗计划，误差低于0.8%。
2022-10-11 physics.med-ph
Dosimetric characterization of single- and dual-port temporary tissue expanders for postmastectomy radiotherapy using Monte Carlo methods
本研究针对乳房切除术后放疗中临时组织扩张器的CT伪影问题，评估两种校正策略及三款扩张器的剂量学影响，发现采用含实际端口几何与材料的模板可降低计划与测量的剂量差异。
2023-05-05 physics.med-ph
Single-Shot Quantitative X-ray Imaging Using a Primary Modulator and Dual-Layer Detector
目的：传统的X射线成像和荧光透视由于包括散射、射束硬化和重叠组织在内的若干挑战而在定量方面具有局限性。在这项工作中，我们提出了单次激发定量成像（SSQI）通过结合使用的初级调制器（PM）和双层（DL）检测器，这使得运动自由双能量（DE）成像与散射校正在一个Single Shot。研究方法：SSQI算法允许使用来自PM编码的四个子测量同时恢复两个材料特定图像和两个散射图像。为了进行验证，我们在桌面系统上设置了SSQI，并对已知厚度的丙烯酸和铜板进行了成像，使用我们的SSQI算法估计了散射，并将两种材料的不同组合的材料分解（MD）与地面实况进行了比较。第二，我们对一个在冠状动脉中含有造影剂的拟人胸部体模进行成像，并比较了有和没有SSQI的MD。最后，为了评估SSQI在动态应用中的效果，我们构建了一个能够对碘造影剂进行动态成像的流动体模。结果：SSQI估计的均方根误差（RMSE）为0.13厘米的丙烯酸和0.04毫米的铜。对于拟人体模，直接MD导致对比度和软组织的错误解释，而SSQI成功区分它们，并将材料特定图像的RMSE降低了38%至92%。对于流动体模，SSQI能够执行准确的动态定量成像，将对比度与背景分离。结论：我们证明了SSQI用于稳健的定量X射线成像的潜力。SSQI的简单性可以使其广泛采用，包括放射摄影和动态成像，如实时图像引导和锥束CT。
2022-09-27 physics.med-ph
Decomposition of the absorbed dose by LET in tissue-equivalent materials within the SHIELD-HIT transport code
SHIELD-HIT输运代码，在几个版本中，已经被用于模拟治疗光束的光核与组织等效材料的相互作用很长一段时间。所有版本的代码都包括通过线性能量传递（LET）分解吸收剂量的有用选项，但迄今为止尚未描述和发布该选项。在这项工作中的吸收剂量的LET的分解过程中描述和说明使用的分解布拉格曲线的水幻影，照射的质子束，α粒子，离子锂，碳和氧。
2015-12-07 nucl-th physics.med-ph
Proton scattering power of some tissue-equivalent plastics
测量了部分水和组织等效体模材料的质子散射，以评价其对水和相应人体生物组织的模拟精度。测量在ITEP同步加速器的医疗设备上进行，质子能量为219 MeV，由3mm准直器形成窄束。一堆塑料板被设置为靠近准直器孔作为散射体。三种类型的塑料水（PW，PW LR和PW DT），肺，皮质骨，脂肪和肌肉塑料（CIRS Inc.，USA）作为研究对象，以液态水和PMMA平板作为参照材料。通过Gafchromic EBT膜的两个正交条带测量每个样品的剂量（强度）曲线。塑料板的总厚度为4至16cm，取决于材料。Gafchromic薄膜响应的非线性是考虑到一个额外的校准与吸收剂量在一个宽的质子束，时间辐照扫描依赖性也被占。每个角分布的中心部分由高斯函数拟合，并与用IThMC代码通过Monte Carlo技术计算的模拟介质的相应参数进行比较。
2010-11-21 physics.med-ph
Evaluation of plastic materials for range shifting, range compensation, and solid-phantom dosimetry in carbon-ion radiotherapy
目的：射束范围控制是重带电粒子放射治疗的本质。在传统的宽光束传输中，通过插入范围偏移和补偿材料来实现精细的范围调整。在剂量测定中，为了方便起见，常常使用固体体模。这些材料理想地应该等同于水。在这项研究中，我们评估了四种常见的塑料，高密度聚乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，PET和POM的剂量学水当量。研究方法：使用Bethe公式的能量损失，Gottschalk公式的多重散射，和Sihver公式的核相互作用，我们计算了这些相互作用的塑料的有效密度。我们实验测量的碳离子束的布拉格峰的变化，通过插入HDPE，PMMA和POM，这与分析模型计算进行了比较。结果如下：与水和其他塑料相比，理论计算导致HDPE的多重散射略有减少，核相互作用严重增加。实验测得HDPE、PMMA和POM的碳离子衰减增加量分别为8.9%、2.5%和0.0%，而PET的碳离子衰减增加量理论上介于PMMA和POM之间。测量值与计算值之间的一致性约为1%或更好。结论：对于碳离子束，POM在剂量学上与水没有区别，并且是本研究中检查的最好的塑料。最差的是高密度聚乙烯，它将减少布拉格峰0.45%，每1厘米的范围移位，虽然有边际优势减少多重散射。在两种透明塑料中，PET在剂量学水当量方面优于PMMA。
2016-09-30 physics.med-ph
Feasibility of dual-energy CBCT material decomposition in the human torso with 2D anti-scatter grids and grid-based scatter sampling
本研究通过二维防散射栅格和残余散射校正抑制散射，验证了双能CBCT在人体躯干中实现物质分解的可行性，将碘定量误差降至1.5 mg/ml以下，媲美多探测器CT。
2023-06-23 physics.med-ph
3D Ultrafast Shear Wave Absolute Vibro-Elastography using a Matrix Array Transducer
本文首次提出基于矩阵阵列换能器的三维超快S-WAVE弹性成像，实现实时体积采集，在0.05秒内获取100个RF体积，频率范围扩展至800 Hz，并在体模上验证了高精度弹性估计。
2023-05-22 eess.IV physics.med-ph
Calculations of the cell survival rate after irradiating with minibeams of protons and $^{12}$C
本研究利用Geant4模拟质子和$^{12}$C微束传播，结合微剂量学动力学模型计算细胞存活率，证明微束在保护健康组织上优于均匀照射，并提出存活体积直方图量化微束内外细胞存活差异。
2024-11-21 physics.med-ph
Cellular EXchange Imaging (CEXI): Evaluation of a diffusion model including water exchange in cells using numerical phantoms of permeable spheres
提出面向可渗透球形细胞的扩散MRI模型CEXI，并通过Monte-Carlo数值实验证明其相较BS模型可获得更稳定的细胞尺寸、细胞内体积分数及交换时间估计。
2023-06-07 eess.SP physics.med-ph
First ex-vivo positronium imaging of tissues with modular J-PET scanner using $^{44}$Sc radionuclide
Jagiellonian University（雅盖隆大学）；AGH University of Science and Technology（AGH科技大学）；Institute of Nuclear Chemistry and Technology（核化学与技术研究所）；University of Warsaw（华沙大学）；Cracow University of Technology（克拉科夫理工大学）；INFN, Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所，弗拉斯卡蒂国家实验室）
本研究首次使用模块化J-PET扫描仪和$^{44}$Sc放射性核素进行体外正电子对成像，验证了其在正电子对寿命成像中的应用潜力。
2026-02-07 physics.med-ph
Stopping power monitoring during proton therapy by means of prompt gamma timing: first experimental results with a homogeneous phantom
Universität zu Lübeck（吕贝克大学）；INFN sezione di Torino（都灵意大利国家核物理研究所）；State University of Santa Cruz（圣克鲁斯州立大学）；Fondazione CNAO（CNAO基金会）；Università degli Studi di Torino（都灵大学）
本文首次利用SER-PGT方法通过质子治疗中的即时伽马定时监测停止功率，实验结果显示在均质假体中能够有效恢复质子范围和停止功率信息，误差在8%以内。
2025-11-26 physics.med-ph
Characterizing the Reliability of a Novel Upright CT for Proton Therapy
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Leo Cancer Care（里奥癌症护理中心）
本研究评估了新型直立式CT在质子治疗剂量计算中的可靠性及简化模体配置用于快速QA的可行性，证实其具备优异稳定性和临床等效性，支持自适应质子治疗。
2025-11-03 physics.med-ph
Neutrons from fragmentation of light nuclei in tissue-like media: a study with GEANT4 toolkit
我们研究了轻核在组织样介质中的能量沉积，同时考虑了核碎裂反应，特别是次级中子的产生。在基于GEANT 4工具包的重离子治疗（MCHIT）蒙特卡罗模型内进行计算。对135 A-400 A MeV C-12和O-18束的深度-剂量分布的实验数据进行了很好的描述，而无需对模型参数进行任何调整。这为成功使用GEANT 4工具包进行光核束癌症治疗的MC模拟提供了信心。C-1 - 2和Ne-20射束在（40-50 cm）^[3]水模体中产生的次级中子引起的能量沉积估计为总剂量的1-2%，仅略高于200 MeV质子射束引起的中子贡献（~1%）。
2005-07-12 physics.bio-ph physics.med-ph
Improved Tactile Resonance Sensor for Robotic Assisted Surgery
本文提出了一种改进的触觉传感器使用压电双晶片能够区分软材料具有相似的机械特性。最终目标是开发使用集成传感器的脑肿瘤切除智能手术工具，以改善组织肿瘤描绘和组织分化。双压电晶片传感器的驱动使用一个随机的相位multisine和传感器的尖端和一定的负载之间的接触的属性进行评估的非参数频响函数的评价。的非线性贡献的分析表明，使用线性模型的测量条件是可行的。测试了一系列明胶模型。触觉传感器能够识别考虑粘弹性行为的测量样品的一致性的最小差异。进行方差分析，以评价传感器的可靠性，并确定由于体模制备方法不一致而导致的可能误差源。方差分析的结果进行了讨论，表明所提出的触觉传感器执行高质量的测量的能力。
2018-05-02 eess.SP physics.med-ph
Experimental Demonstration of Soft-Tissue Muon Scattering Tomography
CERN, European Organization for Nuclear Research（欧洲核子研究中心）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Instituto de Física Corpuscular (CSIC/Universitat de València)（粒子物理研究所（西班牙科学理事会/瓦伦西亚大学））
该研究首次实验验证缪子散射层析成像可应用于生物软组织，利用CERN质子同步加速器的2 GeV/c缪子束对拟人化胸部体模成像，重建的散射密度与模拟结果偏差达百分位水平，为医学成像提供了新的互补探针。
2026-10-14 hep-ex physics.ins-det physics.med-ph
Enhanced Instantaneous Elastography in Tissues and Hard Materials Using Bulk Modulus and Density Determined without Externally Applied Material Deformation
超声波是一种不断发展的技术，广泛用于从制造到生物医学等应用中的硬材料和软材料的快速，非破坏性机械性能检测。在这项研究中，一种新的单基地纵向超声脉冲弹性成像方法。现有的弹性成像方法需要声辐射或动态压缩外部施加的力来确定有效的体积模量或密度。这种新的被动M模式成像技术不需要外部应力，并且可以有效地用于软材料和硬材料。应变图成像和剪切波弹性成像是显示相对和绝对弹性信息的两个当前类别的M模式成像。新技术应用于硬材料和软材料组织模型，以证明有效体积模量和有效密度映射。与标准技术相比，对于硬材料和软材料，有效参数均在标准表征方法的10%以内。由于标准的A-模式成像技术，也不需要一个外部施加的力，该技术被应用到复合异质结构和研究结果进行比较。所提出的被动M模式技术被发现具有增强的分辨率超过标准的A模式模态。
2019-10-16 cond-mat.other physics.med-ph
Only-Train-Once MR Fingerprinting for Magnetization Transfer Contrast Quantification
磁化转移对比磁共振指纹（MTC-MRF）是一种新型的定量成像技术，可同时测量半固体高分子和自由水的多个组织参数。在这项研究中，我们提出了一个只训练一次MR指纹（OTOM）的框架，估计自由散装水和MTC组织参数的MR指纹，无论MRF的时间表，从而避免了耗时的过程，如生成的训练数据集和网络训练，根据每个MRF时间表。设计了一个递归神经网络来处理两种类型的MRF调度变体：1）各种长度和2）各种模式。数字模型和体内数据的实验表明，我们的方法可以实现准确的量化的水和MTC参数与多个MRF时间表。此外，该方法与传统的深度学习和拟合方法非常一致。灵活的OTOM框架可以是用于各种MRF协议的有效组织量化工具。
2022-06-09 eess.IV physics.med-ph
Nuclear Emulsion Film Detectors for Proton Radiography: Design and Test of the First Prototype
质子治疗目前正在成为癌症治疗中广泛应用的临床实践，并且复杂的治疗计划系统通常用于最好地利用带电粒子的弹道特性。关于射束质量和质子范围的信息是优化治疗的关键问题。为此目的，质子射线照相术可用于质子治疗中，以获得关于质子范围、关于用于治疗计划优化的组织的平均密度的直接信息，并且以对患者的可忽略剂量执行成像。我们提出了一种创新的方法，基于核乳胶膜探测器的质子射线照相术，在该技术中，通过测量的位置和质子通过病人的身体的剩余范围来获得图像。核乳胶膜与组织等效吸收体之间的相互作用可以有效地用于高精度的质子径迹重建。基于核乳胶的探测器的第一个原型已经构思，建造和测试与治疗质子束在PSI。在伯尔尼的LHEP进行了乳剂的扫描，在那里为OPERA的中微子振荡实验开发了全自动显微镜扫描技术。轨道重建后，第一个有希望的实验结果已通过成像一个简单的幻影由PMMA制成的一个步骤为1厘米。还对第二个体模进行了成像，该体模含有5个5 x 5 mm^2截面的铝棒，位于不同距离处，并嵌入PMMA结构中。目前正在进行进一步的研究，以提高分辨率，并对更复杂的幻影成像。
2010-01-06 physics.ins-det physics.med-ph
