3-D Super-Resolution Ultrasound (SR-US) Imaging with a 2-D Sparse Array
高帧频三维超声成像技术结合超分辨率处理方法，克服了衍射极限分辨率的限制，可以在各个空间方向上显示三维微血管结构。然而，使用全2D阵列的3D超分辨率超声成像需要具有大量独立通道的系统，由于高成本、复杂性和产生的数据量，其设计可能是不切实际的。在这项研究中，一个2-D稀疏阵列的设计和制造与512个元素选择从一个密度锥形2-D螺旋布局。使用两台同步的ULA-OP 256研究扫描仪进行高帧速率体积成像。通过相干复合在3毫秒内以3000 Hz的脉冲重复频率采集的9角度平面波来构建体积图像。为了使微泡有足够的时间在随后的复合体积帧之间移动，在每次体积采集后引入7毫秒的延迟。这将有效体积采集速度降低到100 Hz，并将总采集数据大小降低了3.3倍。两个接触的亚波长管的基于定位的3-D超分辨率图像从60秒内采集的6000个体积中生成。总之，这项工作证明了使用定制的二维稀疏阵列换能器进行三维超分辨率成像和超分辨率速度映射的可行性。
2019-02-05 physics.med-ph
Volumetric and Simultaneous Photoacoustic and Ultrasound Imaging with a Conventional Linear Array in a Multiview Scanning Scheme
本文提出基于5 MHz常规线阵、旋转-平移多视角扫描与专用七参数校准的同步共配准三维PA/US断层成像方法，实现亚波长配准和波长量级均匀分辨率。
2023-04-21 physics.med-ph physics.optics
Preclinical Water-Mediated Ultrasound Platform using Clinical FOV for Molecular Targeted Contrast-Enhanced Ultrasound
本研究提出一种基于临床腹部矩阵超声探头的水介导临床前超声平台，改造硅胶杯实现小鼠下半身浸没成像，验证了单次造影剂注射即可完成全身三维动态超声造影与分子成像、同时获取多病灶定量信息的可行性。
2024-12-12 physics.med-ph
Revisiting XDoppler estimator for high spatiotemporal resolution volumetric axial velocity measurement using row-column arrays
Physics for Medicine Paris, INSERM U1273, ESPCI Paris, PSL University, CNRS, Paris, France（巴黎医学物理，INSERM U1273，ESPCI巴黎，PSL大学，CNRS）
本文提出基于行列阵列信号相位信息的新型XDoppler估计器，提升体积速度成像的准确性与性能，实验验证其在低速血流检测和动态血流跟踪中的优势。
2026-04-30 physics.app-ph physics.med-ph
A 240 Elements Matrix Probe with Aberration Mask for 4D Carotid Artery Computational Ultrasound Imaging
Erasmus MC University Medical Center（伊拉斯谟斯医学中心）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；Vermon SA（Vermon公司）
本文提出了一种具有240个元素矩阵探头和空间编码掩码的3D计算超声成像系统，用于实现高分辨率的4D颈动脉成像。
2026-01-05 eess.SP physics.med-ph
Helmet ultrasound for brain imaging in post-hemicraniectomy patients
研究提出一种基于定制头盔、扫描超声阵列和三维打印的头盔超声脑成像仪，可对去骨瓣减压术后患者进行亚毫米和毫秒分辨率的实时脑结构与血流成像，绕过颅骨限制，兼具高分辨率与可穿戴便利性。
2025-05-31 eess.SP physics.med-ph
4D Computational Ultrasound Imaging of Carotid Artery Flow
本研究将计算超声成像扩展至四维颈动脉血流成像，采用240阵元矩阵探头与频带匹配滤波，经体模和人体实验验证，成功重建血流结构及搏动动力学，证明其可行性。
2025-09-25 eess.SP physics.med-ph
Cross Fusion and Correlation Beamformer for Row-Column Array Based 3D Ultrasound Imaging
College of Biomedical Engineering, Fudan University（复旦大学生物医学工程学院）；State Key Laboratory of Integrated Chips and Systems, Fudan University（复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室）；Department of Applied Physics, The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学应用物理系）；Poda Medical Technology Co., Ltd.（波达医疗科技有限公司）
本文提出一种行列融合与相关（CFAC）方法，通过利用正交孔径和多方向角度集获取的数据集中的旁瓣伪影和噪声不相干性，有效抑制行列阵（RCA）成像中的旁瓣伪影和噪声，实现高对比度3D成像同时保持超快超声成像的高帧率能力。
2026-04-24 physics.med-ph
SUSHI: Sparsity-based Ultrasound Super-resolution Hemodynamic Imaging
识别和可视化器官和肿瘤内的脉管系统在管理心血管疾病和癌症方面具有重要意义。对比增强超声扫描检测缓慢流动的血液，促进非侵入性灌注测量。然而，它们有限的空间分辨率阻止了对微血管结构的描绘。最近，超定位超声技术已经超过了这个极限。然而，它们需要几分钟的长采集时间，从而阻止了血流动力学变化的检测。我们提出了一种快速的超分辨率方法，利用稀疏性在底层血管和测量信号内的统计独立性。与超定位技术类似，与标准扫描相比，这种方法将空间分辨率提高了一个数量级。与超定位方法不同，它只需要几十毫秒的采集时间。我们展示了25Hz的时间分辨率，这可以使组织内的功能超分辨率成像，超越当前超分辨率方法的时间分辨率限制，例如在神经成像中。亚秒级采集使我们的方法对运动伪影具有鲁棒性，简化了超分辨率超声的体内使用。
2018-09-17 physics.med-ph
MRI-Guided High Intensity Focused Ultrasound of Liver and Kidney
University Segalen Bordeaux（波尔多塞加朗大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Image Sciences Institute（影像科学研究所）；University Medical Center Utrecht（乌得勒支大学医学中心）
高强度聚焦超声（HIFU）可用于以非侵入性方式实现人体内部深处的局部温度升高。手术的MRI引导允许原位靶定义。此外，MRI可用于在HIFU期间提供连续的温度标测，用于加热程序的空间和时间控制以及基于接收到的热剂量预测最终病变。肾脏和肝脏等活动器官的温度映射以及用于HIFU过程的反馈控制的实时处理方法具有挑战性。在本文中，这些器官的MR温度映射，在运动补偿的HIFU束，在肋间的HIFU声处理，并在体积消融和反馈控制策略的最新技术进展进行了审查。最近的临床前研究已经证明了这些新方法的可行性。将这些进展转化为临床的观点得到了解决。可以得出结论，MR引导HIFU消融肝脏和肾脏似乎是可行的，但需要进一步的工作，整合技术先进的方法。
2020-11-21 cs.CV physics.med-ph
Time-Domain Reconstruction of the Speed of Sound in Ring-Array Ultrasound Computed Tomography with Randomized Super-Shots
本研究提出在环形阵列超声计算机断层扫描中，利用多重超射和随机集成进行时域随机重建，实验表明其图像质量可与频域确定性重建相媲美，尽管计算速度较慢。
2025-08-13 physics.med-ph
Hand-held 3D Photoacoustic Imager with GPS
作为一种新兴的医学诊断技术，光声成像技术已经在临床前和临床上得到了应用。为了临床的方便，提供3D成像能力的手持式自由扫描光声断层扫描（PAT）系统是必不可少的，它具有手术导航和疾病诊断的潜力。在本文中，我们提出了一个自由扫描三维PAT（fsPAT）系统的基础上，手持线阵超声探头。全球定位系统（GPS）应用于超声探头坐标采集。所提出的fsPAT可以同时实现实时2D成像和大视场3D体积成像，该体积成像由GPS获取的具有坐标信息的多个2D图像重建。为了形成高质量的3D图像，使用了专用的空间变换方法和重建算法，并通过所提出的系统进行了验证。仿真和实验研究证明了所提出的fsPAT的可行性。为了探索其临床潜力，还进行了人体手腕血管的体内3D成像，显示了具有高图像对比度的清晰皮下血管网络。
2022-03-17 physics.med-ph
Simultaneous 3D co-registered perfusion and oxygenation with ULM, photoacoustic imaging, and a planar matrix array
Sorbonne Université（索邦大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Inserm（法国国家健康与医学研究院）；Laboratoire d’Imagerie Biomédicale, LIB（生物医学成像实验室）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；Centre de Recherche des Cordeliers（科尔德洛耶研究中心）；Institut Cochin（科尚研究所）；Department of Nuclear Medicine, Hôpital Pitié Salpêtrière, APHP（皮蒂埃-萨尔佩特里埃医院核医学科）；PARCC（PARCC研究中心）；Service de Radiologie, AP-HP, Hôpital européen Georges Pompidou（乔治·蓬皮杜欧洲医院放射科）
本研究开发了基于平面超声矩阵阵列的双模态成像平台，同步实现共配准的三维组织氧合与微血管灌注成像，经体外仿体与小鼠体内验证，为相关生物医学研究奠定基础。
2026-08-21 physics.med-ph
3D Wave-Equation-Based Finite-Frequency Tomography for Ultrasound Computed Tomography
超声计算机断层成像（USCT）在乳腺声学组织特性的三维定量成像方面具有很大的潜力。典型的设备包括高频换能器，这使得基于数值波传播模拟的层析成像技术在计算上具有挑战性，特别是在3D中。因此，尽管超声波的频率有限，射线理论的透射层析成像方法仍然被广泛使用。这项工作介绍了有限频率走时层析医学超声。除了在高频下的3D成像计算上易于处理之外，该方法具有两个主要优点：（1）它正确地考虑了走时测量的频率依赖性和体积灵敏度，这与离射线路径散射和衍射有关。(2)它自然能够实现平面外成像和从2D逐切片采集系统构建3D图像。我们的方法依赖于在水中的校准数据的可用性，用于线性化的正演问题，并提供互相关走时灵敏度的解析表达式。作为有限频率含量的结果，灵敏度分布在多个菲涅耳体积中，从而提供平面外灵敏度。为了提高计算效率，我们开发了一个内存效率的实现编码的雅可比算子与一维参数化，这使我们能够扩展到大规模的域的方法。我们验证我们的层析成像方法，使用实验室测量收集的二维设置的传感器，并使用圆柱对称的幻影。然后，我们证明了它的适用性，通过模拟使用相同的数据集逐层采集系统的三维重建。
2019-08-09 eess.IV physics.med-ph
A fast full-wave solver for trans-abdominal high-intensity focused ultrasound treatment planning
高强度聚焦超声（HIFU）是一种很有前途的治疗方式，用于无创消融许多器官中的致病组织。基于高性能计算方法的最佳治疗计划策略有望成为成功临床结果的重要组成部分，其中健康组织得到保护并实现准确聚焦。告知这些策略的算法的实际应用取决于以最小的计算开销产生快速和准确的全波患者特异性模拟的能力。对于现实的临床场景，所有采用体积网格的模拟方法都需要在计算机集群上运行几个小时或几天。边界元法（BEM）是一种有效的方法来模拟波场，因为只有硬组织和软组织区域的边界需要离散化。本文提出了一种求解亥姆霍兹传输问题的多域边界元方法。进行数值实验以求解多个域中的HTP，所述多个域包括：i）暴露于由HIFU阵列换能器产生的声场的人肋骨、腹部脂肪层和肝组织，ii）人肾脏和肾周脂肪层。在单个工作站上求解与这些问题相关联的方程所需的时间为分钟量级。这些结果表明，这种新的BEM制定快速和准确的HIFU治疗计划的巨大潜力。
2019-10-01 physics.comp-ph physics.med-ph
Exploiting flow dynamics for super-resolution in contrast-enhanced ultrasound
超声定位显微镜为组织深处的血管成像提供了新的无辐射诊断工具。对血流中低浓度惰性微泡返回的回声进行顺序定位，揭示了具有毛细血管分辨率的血管系统。尽管其空间分辨率高，但低微泡浓度要求在几秒到几十秒的过程中采集数万张图像，以产生单个超分辨率图像。%，因为每个回波需要与相邻的微泡很好地分离。这种长的采集时间和对微泡浓度的严格限制在许多临床情况下是不期望的。为了解决这些限制，最近开发了基于稀疏性的方法。这些方法大大减少了总的采集时间，同时在具有相当大的微泡重叠的设置中保持良好的空间分辨率。然而，没有报道的方法利用微泡实际上在血流中流动的事实。%，以提高回收率。在这里，我们通过利用微泡的固有流动和利用它们的运动运动学来进一步改进基于稀疏性的超分辨率超声成像。在这样做的同时，我们还提供了微泡速度的定量测量。我们的方法依赖于以逐帧方式同时跟踪和超定位单个微泡，因此，可能适合于实时实现。我们证明了模拟和{ \it在体内}对比度增强的人前列腺扫描，获得了临床批准的扫描仪所提出的方法的有效性。
2018-04-07 physics.med-ph
Imaging the dynamics of cardiac fiber orientation in vivo using 3D Ultrasound Backscatter Tensor Imaging
本文提出三维超声背散射张量成像（3D-BTI）技术，以10毫秒时间分辨率在体非侵入性地绘制心肌纤维取向及其动态变化，并通过体外、动物和人体实验验证其可行性与准确性。
2023-04-19 physics.class-ph physics.med-ph
Histology to 3D In Vivo MR Registration for Volumetric Evaluation of MRgFUS Treatment Assessment Biomarkers
成像和早期癌症检测的进步增加了对用于癌症治疗的磁共振（MR）引导的聚焦超声（MRgFUS）技术的兴趣。MRgFUS消融治疗可降低手术风险，保护器官组织/功能，并改善患者生活质量。然而，手术切除和组织学分析仍然是评估癌症治疗反应的金标准。对于非侵入性消融治疗（如MRgFUS），必须通过MR成像生物标志物确定治疗反应。然而，目前的MR生物标志物是不确定的，并且尚未通过准确配准针对组织学进行严格评价。现有的配准方法依赖于解剖特征来直接配准体内MR和组织学。对于肝脏、肾脏或乳腺等解剖结构中的MRgFUS应用，独立于治疗特征的解剖特征通常不足以执行直接配准。我们提出了一种新的MR组织学配准工作流程，利用中间成像，不依赖于这些独立的功能。所呈现的工作流程产生的总体配准精度为1.00 +/- 0.13 mm。开发的配准管道用于根据组织学评价常见的MRgFUS治疗评估生物标志物。使用该注册管道根据组织学评价MR生物标志物将有助于验证新型MRgFUS生物标志物，以改善治疗评估，而无需手术干预。
2020-11-21 eess.IV physics.med-ph
Super-Resolution Ultrasound Localization Microscopy Based on a High Frame-rate Clinical Ultrasound Scanner: An In-human Feasibility Study
体内深部组织微血管改变的非侵入性检测为临床诊断和评估广谱病理提供了关键信息。近年来，超分辨率超声定位显微镜（ULM）的出现为微血管临床成像提供了新的可能性。目前，ULM在临床超声扫描仪上的临床应用受到技术限制的阻碍，例如长数据采集时间和与低成像帧速率相关的受损跟踪性能。在这里，我们提出了一个在人体ULM上的高帧速率（HFR）临床超声扫描仪，以实现超分辨率微血管成像使用短的采集时间（<10秒）。使用HFR临床扫描仪从不同的人体组织（肝脏、肾脏、胰腺和乳腺肿瘤）采集超声MB数据。通过利用HFR和先进的处理技术，包括亚像素运动配准、MB信号分离和基于卡尔曼滤波器的跟踪，可以在人体中相对高的MB浓度和有限的数据采集时间的情况下稳健地定位和跟踪MB，以成功实现ULM。通过单次屏气和徒手扫描获得的数据显示了微妙的形态学和血流动力学信息。与基于相同MB数据集生成的对比增强能量多普勒相比，ULM显示血管分辨率提高了5.7倍，并提供了与多普勒角度无关的宽范围流速测量。该研究证明了基于支持HFR成像的临床扫描仪在各种人体组织中进行超快人体ULM的可行性，并显示了在涉及微血管异常和病理的无数临床应用中实施超分辨率超声微血管成像的巨大潜力。
2020-09-28 eess.IV physics.med-ph
Super-Resolved Microbubble Localization in Single-Channel Ultrasound RF Signals Using Deep Learning
University of Twente（特文特大学）；INRIA（法国国家信息与自动化研究所）
近年来，超声定位显微镜（ULM）的超分辨率超声成像受到了广泛关注。然而，ULM依赖于血管中低浓度的微泡，最终导致长的采集时间。在这里，我们提出了一种替代的超分辨率方法，基于直接反卷积的单通道超声射频（RF）信号与一维扩张卷积神经网络（CNN）。这项工作的重点是低频超声（1.7 MHz）的单分散微泡（测量体积中高达1000个微泡，对应于94%的平均回波重叠）的密集云的深度成像（10 cm）。数据是用模拟器产生的，该模拟器使用大范围的声压（5-250 kPa），并捕获共振的脂质涂层微泡的完整的非线性响应。该网络是用一种新的双损失函数训练的，该函数具有分类损失和回归损失的元素，并提高了输出的检测定位特性。而施加定位容差为0会产生较差的检测度量，施加对应于波长的4%的定位容差会产生0.90的精确度和召回率。此外，检测随着声压的增加而改善，并且随着微泡密度的增加而恶化。所提出的方法的超分辨率超声成像的潜力证明了延迟和总和重建与反卷积的元素数据。所得到的图像显示了一个数量级的轴向分辨率的增益相比，未处理的元素数据的延迟和总和重建。
2022-04-09 cs.LG physics.med-ph
Bimodal intravascular volumetric imaging combining OCT and MPI
血管内光学相干断层扫描（IVOCT）是一种基于导管的成像模式，可对血管进行高分辨率成像。它基于轴向空间分辨率在5至10 μm范围内的A扫描的快速顺序采集，即，比传统方法如血管内超声或计算机断层成像血管造影术高一个数量级。但是，仅通过IVOCT测量无法获得导管在患者坐标中的位置和方向。因此，需要建立导管的姿态以正确地重建三维血管形状。磁粒子成像（MPI）是一种三维断层扫描，基于示踪剂和无辐射的图像模式，提供了高的时间分辨率和无限的穿透深度。容积MPI图像是血管造影图像，因此适合作为辅助模态补充IVOCT。我们研究了同时双峰IVOCT MPI成像，目的是基于3D MPI数据估计IVOCT回撤路径。我们提出了一种研究和评估不同形状血管模型的同时IVOCT和MPI图像采集的设置。首先，分析了MPI示踪剂浓度对IVOCT所需光学特性的影响。第二，使用允许同时成像的浓度，依次且同时采集IVOCT和MPI图像数据。第三，根据MPI图像体积建立管腔中心线，并用于估计IVOCT图像重建的导管回撤轨迹。将图像体积与体模的已知形状进行比较。我们能够确定适当的MPI示踪剂浓度为2.5 mmol/L，对IVOCT信号的影响可忽略不计。从MPI估计的回撤轨迹与体模的中心线一致。(...)
2019-11-21 physics.app-ph physics.med-ph
Deep-Learning Based Super-Resolution Functional Ultrasound Imaging of Transient Brain-Wide Neurovascular Activity on a Microscopic Scale
College of Biomedical Engineering, Fudan University（复旦大学 biomedical 工程学院）；Department of Neurosurgery, Huashan Hospital, Institutes for Translational Brain Research, Fudan University（复旦大学华山医院神经外科、转化脑研究院）；School of Psychology, Institute of Chinese Cultural Psychology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学心理学学院、中国文化心理研究所）
提出SR-fUS深度学习框架，从无对比剂超快多普勒数据重建超分辨率超声定位显微镜图像，实现25微米空间分辨率，在鼠脑中可视化瞬态疼痛诱发血流动力学响应并区分单胡须刺激特异性微血管激活模式。
2026-06-16 eess.SP physics.med-ph
A Unifying Approach to Inverse Problems of Ultrasound Beamforming and Deconvolution
波束形成是超声图像形成流程中的重要步骤，最近引起了越来越多的关注。波束形成的一个重要目标是提高图像的空间分辨率，或者换句话说，缩小系统的点扩展函数。与波束成形方法并行，在超声成像中也已经探索了去卷积方法以减轻PSF的不利影响。不幸的是，这两个步骤只是在一个连续的方法中分开考虑的。本文介绍了一种在超声图像重建中统一波束形成和去卷积的新框架。更具体地说，所提出的配方是一个正则化的逆问题，包括两个线性模型的波束形成和反卷积加上额外的稀疏约束。利用乘子算法的交替方向法求解联合优化问题。性能评价是一组公开的模拟，真正的幻影，在体内的数据。此外，所提出的方法相比，顺序的方法，以及单独的其他波束形成和反卷积方法的优越性也示出。结果表明，我们的方法结合了这两种方法的优点，并提供了优越的分辨率和对比度的超声图像。
2022-08-31 eess.IV physics.med-ph
Ensemble Learning for Microbubble Localization in Super-Resolution Ultrasound
Concordia University（康考迪亚大学）
本文研究利用集成学习提升超分辨率超声中微泡定位的检测灵敏度和精确率，并在Deformable DETR网络的体内与模拟输出上验证了其减少假阳性、改善检测性能的有效性。
2025-01-03 cs.AI eess.IV physics.med-ph
High contrast and resolution 3-D ultrasonography with a clinical linear transducer array scanned in a rotate-translate geometry
我们提出了一种新的解决方案，体积超声成像使用单侧访问三维合成孔径扫描的临床线阵。该解决方案基于先进的扫描几何结构和基于软件的超声平台。旋转-平移扫描方案通过使阵列围绕其阵列轴（沿着其元件行的轴）枢转[-45{ \textdegree }至45{ \textdegree }]来增加仰角孔径，然后通过垂直于旋转轴平移阵列来针对每个枢转角度扫描成像对象。提出了一个理论基础，使角度和平移扫描采样周期可以最好地调整任何线性换能器阵列。我们实验实现了扫描与5 MHz的阵列。使用设计用于测试分辨率和对比度的体模进行体外表征。基于来自分离微球的图像的全宽半最大值评估的空间分辨率从阵列的简单平移扫描沿着平移方向增加3倍。此外，分辨率在4.5 cm 2的横截面积上是均匀的。优化角度采样周期并逐渐减小，以减少扫描持续时间，同时保持图像对比度（对于4{ \textdegree }角度周期，5 mm囊肿中心的对比度约为-26 dB，对于9 cm 3体积，扫描持续时间为10 s）。我们证明，优越的三维超声成像可以获得与临床阵列使用我们的扫描策略。这种技术提供了一个有前途的和灵活的替代昂贵的矩阵阵列的发展，对敏感的体积超声的发展。
2021-01-26 eess.IV physics.class-ph physics.med-ph
Automatic Aberration Correction for Transcranial Functional and Super-Resolution Ultrasound Imaging in Rodents and Nonhuman Primates
Polytechnique Montréal（蒙特利尔高等工程学院）；Université de Montréal（蒙特利尔大学）；Centre interdisciplinaire de recherche sur le cerveau et l’apprentissage (CIRCA)（大脑与学习跨学科研究中心）；Montreal Heart Institute（蒙特利尔心脏研究所）
本文提出了一种可微的波束成形框架，用于自动校正颅内超声成像中的像差，提升了小鼠和非人灵长类动物的成像分辨率和功能测量灵敏度。
2026-05-06 eess.IV eess.SP physics.med-ph
Transcranial FUS Therapy and Monitoring using Nonlinear Acoustics
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Emory University（埃默里大学）
本文提出一种基于声学全息图的经颅超声聚焦新框架，通过频域拓扑优化实现高保真聚焦，利用非线性参量阵效应实现无成像配准，并展示其在脑积水颅内压监测中的应用。
2026-06-04 math-ph math.MP physics.app-ph
UNICORN: Ultrasound Nakagami Imaging via Score Matching and Adaptation
Kim JaeChul Graduate School of AI, KAIST（金在哲人工智能研究生院，韩国科学技术院）
针对现有超声Nakagami成像方法窗口选择难、估计不稳定、分辨率低的问题，提出UNICORN方法，通过超声包络分数函数实现闭式Nakagami参数估计，实验验证其在精度和分辨率上优于传统方法。
2024-03-10 cs.AI cs.CV cs.LG
