In-vivo blood pressure sensing with bi-filler nanocomposite
针对PDMS基导电纳米复合材料易发生电学漂移的问题，提出掺入微量SiO$_2$纳米球以解耦HOPG隧穿-渗流网络与基体粘弹性恢复，实现了压阻的近乎完全恢复，并制成体内血压传感器。
2024-01-09 physics.med-ph
The First In Vitro and In Vivo Validation of the Hessian-Free Ray-Born Inversion for Quantitative Ultrasound Tomography
University of Tehran（德黑兰大学）
本研究提出了一种高效且准确的海森堡自由射线-生 inversion 方法，用于体外和体内超声数据的声速定量重建。
2025-11-20 physics.med-ph
A CMUT-Based Transcranial Focused Ultrasound Platform for Blood-Brain Barrier Opening in Small Animal Models
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CMUT的颅内聚焦超声系统，用于血脑屏障开放的治疗和监测，通过模拟和体外实验验证了其性能，并展示了相位反转技术在抑制谐波和增强微泡检测中的作用。
2026-04-24 physics.med-ph
Ultrafast ultrasound coded vector Doppler imaging of blood flow velocity and resistivity
本文提出超快脉冲编码矢量多普勒（PC-UVD）成像方法，利用Hadamard矩阵编码提高低信噪比下血流速度估计精度，并在螺旋流模拟和大鼠脑实验中验证其优于传统UVD，可动态测量脑血流速度并区分动静脉。
2025-04-24 physics.med-ph
In vivo exposure of the bladder using a non-invasive high intensity focused ultrasound toroidal transducer
本研究在猪模型中验证手持式环形HIFU换能器无创消融膀胱壁的可行性，并通过光学跟踪靶向和术后组织学评估确认其全层消融效果及安全性。
2024-01-19 physics.med-ph
ULMShare: A Large-Scale In Vivo Ultrasound Localization Microscopy Dataset for Microvascular Imaging
Polytechnique Montréal（蒙特利尔理工大学）；Mila - Quebec Artificial Intelligence Institute（米拉-魁北克人工智能研究所）；Montreal Neurological Institute, McGill University（麦吉尔大学蒙特利尔神经学研究所）；Université de Montréal（蒙特利尔大学）
本文介绍ULMShare，一个包含99次全脑经颅超声定位显微镜采集的开放数据集，旨在为微血管成像方法开发、验证和基准测试提供标准化资源。
2026-06-05 physics.med-ph
3D Quasi-Static Ultrasound Elastography With Plane Wave In Vivo
本研究首次开发了一种基于平面波的三维准静态超声弹性成像方法，通过2D矩阵阵列探头在高体积速率下获取整个体积内的轴向应变分布，并在体模、离体肝脏及活体小腿肌肉中验证了其准确性与可行性。
2023-04-11 physics.class-ph physics.med-ph
Effect of acoustic streaming on tissue heating due to high-intensity focused ultrasound
研究了高强度聚焦超声（HIFU）消融肝脏肿瘤过程中血管和聚焦位置对温度分布的影响。采用三维声-热-液力偶合器模型计算肝癌区域的温度场。该模型是基于线性Westerpyruvate和生物热方程以及非线性纳维-斯托克斯方程的肝实质和血管。在目前的HIFU模拟研究中也考虑了声流的影响。研究了不同血管直径和焦点位置。我们发现，从这个三维数值研究，在大血管的对流冷却和声流可以改变相当大的温度场和热损伤附近的血管。如果血管位于波束宽度内，则应考虑声流和血流冷却效应。在靠近血管壁的区域，考虑声流效应和不考虑声流效应的情况下的预测温差为54%。当考虑声流效应时，坏死体积可减少约30%。
2011-11-12 physics.flu-dyn physics.med-ph
Ultrasound matrix imaging for 3D transcranial in vivo localization microscopy
针对经颅超声成像中颅骨衰减、像差及波前畸变限制ULM微泡检测与定位的问题，本研究采用超声矩阵成像，通过三只麻醉绵羊实验验证其可增强ULM对比度与分辨率，为脑微血管病变观察提供新途径。
2025-10-03 eess.IV physics.app-ph physics.med-ph
Extracting single- and multiple-scattering components in laser speckle contrast imaging of tissue blood flow
随机矩阵理论为研究随机介质中的多次散射提供了新的思路。在最近的一项研究中，我们展示了基于Wishart随机矩阵的单散射和多散射分量的统计分离。一阶和二阶矩估计通过一个Wishart随机矩阵构造使用动态背散射散斑图像。在这项研究中，这种新的策略被应用到激光散斑衬度成像（LSCI）在体内血流。采用电场蒙特卡罗模拟和体外血流体模实验对基于随机矩阵的方法进行了调整和参数化。新方法被进一步应用在体内实验中，证明了分离的单散射和多散射成分的好处，并与传统的时间LASCA方法进行了比较。更具体地说，新方法捕获刺激引起的浅表层和深层血流和组织灌注的功能变化。新方法扩展了LSCI成像功能和病理变化的能力。
2021-12-01 physics.med-ph
Inverse Problem Approach to Aberration Correction for in vivo Transcranial Imaging Based on a Sparse Representation of Contrast-enhanced Ultrasound Data
Polytechnique Montréal（蒙特利尔高等理工学院）；Université de Montréal（蒙特利尔大学）；Montreal Heart Institute（蒙特利尔心脏研究所）
针对经颅超声成像受颅骨像差限制的问题，提出像差校正反问题方法IPAC，利用微泡信号稀疏性构建正向模型并采用最小二乘反演校正像差，显著提升了CEUS和ULM图像的对比度与分辨率。
2025-03-26 eess.IV 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
Noninvasive In vivo Estimation of HbA1c Based on Beer Lambert Model from Photoplethysmogram Using Only Two Wavelengths
针对糖尿病控制中HbA1c的无创测量需求，本文基于比尔-朗伯模型，仅用615和525 nm两个波长的光电容积脉搏波，结合比率校准及额外HbA1c值校准，实现了与三波长方法性能相当的无创HbA1c估算。
2024-12-04 physics.med-ph
Ultrasound Characterization of Oral Soft Tissues in vivo Using the Burr Speckle Model
本研究首次将定量超声（QUS）结合双参数Burr散斑模型应用于体内猪口腔软组织表征，发现Burr参数能有效区分附着龈与牙槽黏膜，且与组织学胶原染色结果一致，为牙周组织非侵入性临床评估提供了新方法。
2024-09-24 physics.med-ph
Spectral Ultrasound Imaging of Speed-of-Sound and Attenuation Using an Acoustic Mirror
超声波的声速和衰减在组织中变化。在文献中存在允许使用来自定位在距换能器已知距离处的声镜的反射来空间重建群声速（SoS）和频率相关超声衰减（UA）的分布的方法。这些方法利用在脉冲回波模式下操作的常规超声换能器和在水中测量的校准协议。在这项研究中，我们介绍了一种新的方法，通过傅立叶域分析和拟合线性和幂律依赖模型的封闭形式，重建当地的SoS和UA地图作为声波频率的函数。频率相关的SoS和UA一起在所利用的换能器带宽内的谱域中全面表征组织。在仿真中，我们提出的方法被示出产生低的重建误差：衰减系数为0.01 dB/cm.MHz^y，频率指数为0.05。对于组织模拟体模和离体牛肌肉样品，实现了高重建对比度。明胶-纤维素混合物和离体牛肌肉样品中的衰减指数平均分别为1.3和0.6。明胶-纤维素混合物和离体牛肌肉样品中SoS的线性分散被发现分别为平均1.3和4.0 m/s.MHz。当交换夹杂物和基质材料时，这些发现是可重现的。牛肌肉样品中的体积损耗模量计算为明胶-纤维素混合物中体积损耗模量的约4倍。因此，SoS和UA的这种频率依赖性特征以及体积损耗模量可以将组织区分为潜在的诊断生物标志物。
2022-01-07 physics.med-ph
Equivalent-Time-Active-Cavitation-Imaging Enables Vascular-Resolution Blood-Brain-Barrier-Opening-Therapy Planning
本文提出BP-ETACI技术，结合带通采样与双频对比成像，在聚焦超声血脑屏障开放中实现血管分辨率空化映射，可用于治疗监测、规划与靶点验证。
2023-08-07 physics.med-ph
In Vivo Quantitative Analysis of Anterior Chamber White Blood Cell Mixture Composition Using Spectroscopic Optical Coherence Tomography
前葡萄膜炎是眼内炎症的最常见形式，其主要体征之一是前房（AC）中存在白细胞（WBC）。临床上，细胞的真实组成目前只能使用AC穿刺术获得，AC穿刺术是一种需要将针插入AC中以获得AC流体的侵入性程序。我们以前开发了一种光谱光学相干断层扫描（SOCT）分析方法，以区分红细胞和白细胞的亚型，包括粒细胞，淋巴细胞和单核细胞，在体外和切除的猪眼的AC之间的群体。我们已经表明，不同类型的白细胞具有不同的特征尺寸分布，提取单个细胞的后向散射反射光谱使用米氏理论。在这里，我们进一步发展我们的方法来估计血细胞混合物的组成，在体外和体内。为此，我们通过将使用SOCT观察到的分布与使用核密度估计计算的每种WBC类型的参考尺寸分布的加权组合拟合来估计未知细胞混合物的尺寸分布。我们在体外研究中验证了我们的估计的准确性，通过比较我们的结果，为一个给定的白细胞样本混合物与细胞浓度测量的血细胞计数器和SOCT图像混合前。我们还进行了一项小规模的体内定量细胞混合物验证初步研究，证明了我们的方法与两名葡萄膜炎患者的AC穿刺术之间的一致性。基于SOCT的方法似乎有希望提供葡萄膜炎患者AC中细胞反应的定量诊断信息。
2021-01-11 physics.med-ph physics.optics
Equivalent Time Active Cavitation Imaging
针对聚焦超声打开血脑屏障缺乏有效监测的问题，提出等效时间主动空化成像方法，利用平面波序列与微泡信号过滤实现压力场时空表征，体内外实验证明其与水听器测量高度相关，为脑部疾病治疗提供更安全精确的监测手段。
2023-10-19 physics.med-ph
Real-time Adaptive and Localized Spatiotemporal Clutter Filtering for Ultrasound Small Vessel Imaging
针对超声小血管成像中特征值杂波滤波难兼顾自适应、高灵敏度与实时性的问题，提出基于EVD和高斯窗局部处理的快速时空滤波方法，结合GPU实现实时成像，经体模和体内实验验证具备临床应用潜力。
2024-05-17 physics.med-ph
Portable Devices for In-Vitro Characterization Based on Ultrasound
我们提出了一个便携式墨盒的芯片实验室平台。主要传感机制使用高频声波。研究了两种不同换能器用于生物测量的可行性。我们使用氧化锌（ZnO）为基础的压电换能器的血液凝固时间测量。该方法是基于从充满血液的微流体通道的声反射的振幅的测量。微流体通道的体积可以低至1微升。设计了一种低成本的一次性玻璃盒来进行测量。墨盒由两个玻璃基板和一个双面胶带层组成，其中定义了通道。其中一个玻璃基板具有基于ZnO的微加工换能器，该换能器在盒的外表面上以400 MHz工作，其中还提供了电连接。换能器与通道对准以在填充通道的流体中产生声脉冲。来自通道顶部的反射通过液体传播，因此它们的振幅和相位受流体性质的影响。在实验中，使用全血而不进行任何样品制备。血液的粘度在凝固期间改变，因此通过监测来自通道顶部的反射的幅度，可以测量凝固时间。该方法只需要1微升的血液，已经用钙和活化部分凝血活酶（aPTT）试剂进行了测试。所提出的方法有可能被用于低成本的便携式凝血时间测量系统的患者自我测试。第二换能器由CMUT（电容式微机械超声换能器）制成。我们介绍这种技术浸入液体作为生物传感器的粘度测量。
2017-10-13 physics.med-ph
Lens-Aware Differentiable Beamforming for In Vivo Distributed Aberration Correction with Curvilinear Transducers
Stanford University（斯坦福大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本研究提出透镜感知可微分波束形成方法，将超声自动聚焦扩展至曲线阵列，通过321次人体肝脏采集验证，显著提升图像质量，为临床分布式像差校正技术提供潜力。
2026-08-10 physics.med-ph
Pointwise Encoding Time reduction with Radial Acquisition (PETRA) to pseudo-CT mapping for precision Focused Transcranial Ultrasound Applications
本研究提出基于PETRA磁共振序列的伪CT转换方法，通过主成分分析建立仿射映射关系，验证其可替代CT用于经颅超声治疗规划的精准声场预测，减少受试者电离辐射暴露。
2025-08-01 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
Intravital imaging and cavitation monitoring of antivascular ultrasound in tumor microvasculature
聚焦超声刺激的微泡已被证明能够在称为抗血管超声或机械消融的方法中诱导一系列组织类型中的血流关闭和坏死。在肿瘤学中，这种方法已经证明了肿瘤生长抑制，以及与传统的化疗、放疗和免疫治疗平台相结合时的显著协同抗肿瘤作用。然而，所采用的暴露方案一直是广泛的，潜在的机制仍然不清楚，关于暴露、所涉及的血管类型和尺寸以及气泡行为的性质及其导致血管损伤的声发射的基本问题，阻碍了标准方案的建立。在这里，超声波发射器和接收器集成到鼠背窗室肿瘤模型的活体显微镜研究能够实时的视觉和声学监测在抗血管超声。在较高压力条件（1、2和3 MPa）下评估血管类型（正常和受肿瘤影响）、口径和活力，并将空化特征与生物效应联系起来。血管事件优先发生在肿瘤受累血管中，在较小血管中发生率更高，并且随着压力增加，严重程度更高。发现血管血流关闭是由于局灶性中断事件和网络相关血流变化的组合所致。随着压力的增加，声发射显示出升高的宽带噪声和明显的次谐波和超谐波及其相关的三阶峰值。所观察到的血管事件与所识别的空化特征一起提供了对微尺度下的抗血管超声的更好的机械理解，并对建立特定的治疗方案和控制平台产生了影响。
2022-10-14 physics.med-ph
Disposable Opto-Acoustic Window Enabled Cost-effective Photoacoustic-Ultrasound Dual-modal Imaging
本文提出一种带一次性光声窗口的同轴光声-超声双模态成像系统，通过单次激光脉冲同时产生光声和超声信号，实现双模态成像，分辨率达215微米和91.125微米，信噪比分别达37.48分贝和29.75分贝，为现有光声系统低成本扩展超声功能提供了方案。
2024-11-10 physics.med-ph
Ultrafast 3-D Super Resolution Ultrasound using Row-Column Array specific Coherence-based Beamforming and Rolling Acoustic Sub-aperture Processing: In Vitro, In Vivo and Clinical Study
本研究开发了一种结合行-列阵列特定相干性波束形成与滚动声学子孔径处理的超快三维超分辨率超声方法，有效减少伪影和噪声，提高帧率，并在体外、体内及临床中验证其性能。
2023-11-15 eess.IV physics.med-ph
Prediction of nanobubble-assisted focused ultrasound-induced blood-brain barrier opening with machine learning
提出基于受激纳米泡声发射信号与mSVDD模型预测FUS诱导BBB开放效果及安全性的方法，在大鼠实验中优于传统空化剂量指标并显示临床转化潜力。
2023-06-07 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
Fluorescence Imaging In Vivo at Wavelengths beyond 1500 nm
与在低于900 nm的可见光和近红外区域中的成像相比，在第二近红外窗口（NIR-II，1000-1700 nm）中的成像是用于体内深层组织高分辨率光学成像的有前途的方法，这主要是由于穿过生物组织的光子的散射减少。本文中，具有大直径的半导体单壁碳纳米管用于在长波长NIR区域（1500-1700 nm，NIR-IIb）中的体内荧光成像。用这种显像剂，可以分辨出3-4 μ m宽的毛细血管，深度约为3 mm。同时，可以同时映射多个单独血管中的血流速度。此外，还探索了活体小鼠的NIR-IIb肿瘤成像。NIR-IIb成像可以推广到发射高达1700 nm的荧光团的广泛范围，以实现高性能的体内光学成像。
2015-11-02 physics.bio-ph physics.med-ph
Dual-Mode Volumetric Optoacoustic and Contrast Enhanced Ultrasound Imaging with Spherical Matrix Arrays
球形矩阵阵列可以说代表了一种有利的断层成像检测几何形状，用于血管网络的非侵入性深部组织映射和体积光声断层成像（VOT）的氧合。由于球形阵列的相对大的元件间间距，VOT与超声（US）成像的混合在这种配置下仍然很困难。我们提出了一种新的方法相结合的VOT和美国对比增强成像采用注射临床批准的微泡。能量多普勒（PD）和US定位成像采用稀疏US采集序列和基于全变差下卷积（ICTV）正则化的基于模型的反演。在组织模拟体模和小鼠体内的实验证明了新的双模式成像系统的强大功能，用于血流速度映射和解剖成像，具有增强的分辨率和对比度。
2021-01-03 physics.med-ph
Determining the utility of ultrafast nonlinear contrast enhanced and super resolution ultrasound for imaging microcirculation in the human small intestine
本研究首次在健康志愿者中验证超快CEUS与SRUS/ULM可无创在体成像人体小肠微循环，量化餐后灌注升高幅度与微血管血流速度，证实其用于肠道血流评估的潜力。
2025-05-16 eess.SP physics.med-ph
In Vivo Quantification of Clot Formation in Extracorporeal Circuits
Oregon Health and Science University（俄勒冈健康与科学大学）；Doernbecher Children's Hospital（多恩贝彻儿童医院）；Bar-Ilan University（巴伊兰大学）
凝块形成是体外循环中的常见并发症。在本文中，我们描述了一种新的方法，使用图像处理的血块形成分析。我们组装了一个封闭的体外回路，并以不同的速度循环血液。将血液过滤器放置在流动的下游，并将凝血剂添加到回路中。随后拍摄过滤器的数字图像，并应用图像分析来计算凝块的密度。我们的研究结果表明，凝块的累积尺寸、基于图像分析的凝块密度测量值和系统中的流动持续时间之间存在显著相关性。
2012-12-21 cs.CV physics.med-ph
On the Echogenicity of Natural Starch-Based Blood Mimicking Fluids for Contrast Enhanced Ultrasound Imaging: Preliminary In-vitro Experiments
本文通过体外实验比较了玉米、马铃薯、木薯和小麦四种天然淀粉基血液仿体在不同浓度下的回声特性，发现马铃薯淀粉基BMF回声最高，并指出高浓度淀粉BMF可用于体外造影增强超声成像。
2024-03-10 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.med-ph
Holographic intravital microscopy for 2-D and 3-D imaging intact circulating blood cells in microcapillaries of live mice
活体显微镜是一种重要的工具，可以在接近自然生理状态的条件下揭示活细胞的行为。到目前为止，虽然已经提出了各种方法在体内成像细胞，大多数需要使用标记，也只提供定性成像信息。然而，基于测量细胞的折射率分布的全息成像方法规避了这些问题，并提供定量和无标记的成像能力。在这里，我们展示了在体内的二维和三维全息成像的循环血细胞在完整的微毛细血管的活小鼠。测量的血细胞的折射率分布提供形态学和生物化学性质，包括三维细胞形状，血红蛋白浓度和血红蛋白含量在单个细胞水平。利用本方法，还研究了健康小鼠和脓毒症模型小鼠的血流动力学变化。
2016-07-01 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
First Standard Quantification of Ultrasound Attenuation in Healthy Periodontal Soft Tissues In Vivo
University of Michigan（密歇根大学）；University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）；University of Iowa College of Dentistry & Dental Clinics（爱荷华大学牙学院与牙科诊所）；Sun Nuclear Corporation（太阳核能公司）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本文首次量化活体中健康牙周软组织的超声衰减，采用验证标准技术，为牙科定量超声成像奠定基础，揭示了牙龈组织的衰减特性及潜在生物标志物价值。
2026-06-04 physics.bio-ph 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
Non-invasive Deep-Brain Imaging with 3D Integrated Photoacoustic Tomography and Ultrasound Localization Microscopy (3D-PAULM)
本研究提出3D-PAULM系统，将光声计算机断层扫描与超声定位显微镜集成，实现无创小鼠全脑血流动力学成像，成功量化缺血性中风导致的脑缺血、缺氧及血流减少。
2023-07-27 physics.bio-ph physics.ins-det physics.med-ph
Attenuation Imaging with Pulse-Echo Ultrasound based on an Acoustic Reflector
超声衰减是由组织中的吸收和散射引起的，因此是组织成分的函数，因此其成像为筛查和鉴别诊断提供了巨大的潜力。在本文中，我们提出了一种新的方法，允许重建的空间衰减分布在组织的基础上计算机断层扫描，使用从被动声反射器的反射。这需要在脉冲回波模式下操作的标准超声换能器，因此它可以在传统的超声系统上进行微小的修改。我们使用校准与水测量，以规范化的衰减定量成像的测量。与早期的技术相比，我们在这里表明，衰减重建是可能的，没有任何几何之前的夹杂物的位置或形状。我们提出了一个定量评估的基础上重建模拟，明胶幻影，和离体牛骨骼肌组织，实现了高达2.3的对比度噪声比的包含在离体组织。
2019-07-24 eess.IV eess.SP physics.bio-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
Non-invasive assessment by B-mode ultrasound of arterial pulse wave intensity and its modification during ventricular dysfunction
动脉脉搏波包含临床有用的信息：其强度随心脏性能而变化，其速度（脉搏波速度; PWV）取决于动脉硬度，其反射受管道动脉张力的影响。在这里，我们展示了一种新的方法，非侵入性评估波的属性。该分析基于心动周期内血流速度和动脉壁直径的变化。速度和直径的确定通过跟踪运动的散斑在连续的B型超声图像采集在高的时间频率与超快平面波扫描仪。在没有造影剂的情况下，通过使用奇异值分解来检测血液斑点，并且通过互相关技术来处理血液斑点，该互相关技术校正超声成像测速中的偏差。将在兔主动脉中获得的结果与基于血流速度和压力的常规分析进行比较，采用动脉内导管获得的测量值。基于导管的测量具有较差的频率响应和较大的滞后，但传统方法和新方法之间的前向和后向行波模式是一致的。PWV的误差幅度也相似，但方向相反。当心室功能不全时，两种方法检测到的波强度和波到达延迟的减少是相当的。将非侵入性方法应用于健康人受试者的颈动脉，并给出与早期测量一致的PWV和波强度模式。新系统可能具有临床实用性，例如在心力衰竭的筛查和监测中。
2022-05-29 physics.med-ph q-bio.QM
Incorporating Gradient Similarity for Robust Time Delay Estimation in Ultrasound Elastography
基于能量的超声弹性成像技术最小化由数据和连续性项组成的正则化代价函数，以基于射频（RF）帧之间的局部时间延迟估计（TDE）获得局部位移估计。与现有技术相关联的数据项仅考虑幅度相似性，因此对于所考虑的RF帧中存在的离群值样本不够鲁棒。该缺点在应变图像中产生明显的伪影。为了解决这个问题，我们建议制定的数据函数的幅度和梯度相似性约束的线性组合。我们估计的自适应权重关于每个相似项以下的迭代方案。最后，我们以有效的方式优化非线性代价函数，将问题转化为稀疏的线性方程组，求解数百万个变量。我们称我们的技术为rGLUE：GLOBAL超声弹性成像中的鲁棒数据术语。已使用模拟、体模、体内肝脏和乳腺数据集对rGLUE进行了验证。在我们所有的实验中，rGLUE在视觉上和定量上都大大优于最近的弹性成像方法。对于模拟数据集、体模数据集和体内数据集，rGLUE与GLUE（一种最近发表的弹性成像算法）相比，信噪比（SNR）分别提高了107%、18%和23%，对比度噪声比（CNR）分别提高了61%、19%和25%。
2022-03-30 eess.IV 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
Machine learning enabled multiple illumination quantitative optoacoustic imaging of blood oxygenation in humans
光声（OA）成像是用于在各种生物医学应用（诊断、器官功能监测或甚至肿瘤治疗规划）中量化血氧饱和度（sO $_2$）的有前景的模式。我们提出了一种准确和实际可行的实时定量成像的sO $_2$的基础上结合多光谱（MS）和多照明（MI）OA成像与学习光谱脱色（LSD）的方法。为此，我们开发了一种具有超声（US）成像能力的混合实时MI MS OA成像设置;我们在由通用蒙特卡罗模拟生成的MI光谱着色吸收能谱上训练梯度增强机器，并使用训练模型来估计真实OA测量的sO $_2$。我们验证了MI-LSD在硅片和在体内的桡动脉和伴随静脉的五个健康的人类志愿者的图像序列。我们将该方法的性能与先前的LSD工作和传统的线性解混进行了比较。MI-LSD在计算机模拟中提供了高度准确的结果，并在体内提供了一致的合理结果。这项初步研究表明，定量OA血氧定量成像的潜在高适用性，使用我们的方法。
2022-02-03 eess.IV physics.med-ph
Optimizing In Vivo Data Acquisition for Robust Clinical Microvascular Imaging Using Ultrasound Localization Microscopy
本研究在猪和人体模型中调查了团注注射期间微泡信号的时间变化，通过开发定量指标优化临床超声定位显微镜的数据采集时序与设置，利用短时采集在肾脏中实现了稳健成像，为ULM的标准化和临床应用奠定基础。
2024-12-24 eess.IV physics.med-ph
Feasibility of cmOCT angiographic technique using 200 kHz VCSEL source for in vivo microcirculation imaging applications
光学相干断层扫描（OCT）血管造影术是一种成熟的体内成像技术，用于评估组织的整体血管形态，并且是评估血流动力学和功能参数（如氧饱和度）的新兴研究领域。在这项研究中，我们提出了一种改进的扫描相关映射OCT（cmOCT），使用200 kHz的高速扫频源OCT系统在1300 nm下工作，并证明其在眼血管造影研究的宽视场成像能力。
2019-07-01 eess.IV physics.med-ph
Ultrasound Strain Imaging using ADMM
超声应变成像描绘机械特性以检测组织异常，涉及估计在组织变形之前和之后收集的两个射频（RF）帧之间的时间延迟。现有的基于正则化优化的时间延迟估计（TDE）技术遭受以下缺点中的至少一个：1）由于仅考虑一阶位移导数，正则化器与组织变形物理不一致。2)位移导数的L2-范数作为正则化子，使估计的时滞过平滑。3)为了便于L1-范数的优化，绝对值函数应该用一个光滑函数来逼近。在这里，为了解决这些缺点，我们提出采用交替方向的乘法器（ADMM）优化一个新的代价函数组成的L2范数的数据保真度项和L1范数的一阶和二阶空间连续性条款。ADMM使所提出的算法能够使用不同的技术来优化代价函数的不同部分，并获得具有平滑背景和清晰边界的高对比度应变图像。我们将我们的技术命名为ADMM，用于超声应变成像中的全变差调节（ALTRUIST）。在广泛的模拟，体模和体内实验中，ALTRUIST大大优于GLUE，OVERWIND和L1-SOUL，三个最近发表的TDE算法，定性和定量。对于模拟、体模和体内肝癌数据集，ALTRUIST与L1-SOUL相比，对比度噪声比分别提高了118%、104%和72%。我们将在接受本文后在http://code.sonography.ai上发布ALTRUIST代码。
2022-09-13 eess.IV physics.med-ph
Supramolecular Stacking of Doxorubicin on Carbon Nanotubes for in vivo Cancer Therapy
基于碳纳米管的化疗制剂提供了许多治疗优点，例如延长血液循环、增加肿瘤药物摄取、增强治疗功效和显著降低毒副作用。在该体系中，阿霉素（DOX）通过超分子π-π堆积被负载到功能化的单壁碳纳米管的侧壁上。
2009-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph q-bio.TO
Simultaneous estimation of attenuation and structure parameters of aggregated red blood cells from backscatter measurements
聚集红细胞的超声频率依赖性后向散射系数的分析揭示了血液结构特性的信息。在体内应用该技术的困难是由于由中间组织层引起的频率依赖性衰减，其使来自血液微结构的后向散射特性的光谱内容失真。提出了一种同时估计组织衰减和血液结构因子的优化方法。在离体实验中，当衰减在0.101 ~ 0.317 dB/cm/MHz之间，信噪比>28 dB，kR<2.7（k为波数，R为聚集半径）时，该方法给出了满意的估计，相对误差小于22%。
2008-12-20 physics.bio-ph physics.med-ph
Functional Assessment of Cerebral Capillaries using Single Capillary Reporters in Ultrasound Localization Microscopy
本研究提出用于经颅超声定位显微镜的单毛细管报告分子方法，通过仿真优化采集方式，实现体内单毛细管可视化与功能评估，为神经疾病研究和诊断提供新工具。
2024-07-11 eess.IV 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
Towards accurate quantitative photoacoustic imaging: learning vascular blood oxygen saturation in 3D
重要性：2D全卷积神经网络已经被示出能够从简单组织模型的2D模拟图像产生sO $_2$的图。然而，它们在体内产生准确估计的潜力是不确定的，因为当问题本质上是3D时，它们受到训练数据的2D性质的限制，并且它们没有用真实图像进行测试。目标：证明深度神经网络处理整个3D图像并从真实组织模型/图像输出血管sO $_2$的3D图的能力。方法：训练两个独立的完全卷积神经网络，以从组织模型的多波长模拟图像中生成血管血氧饱和度和血管位置的3D图。结果如下：40例样本的真实平均血管sO $_2$与网络输出之间的绝对差平均值为4.4%，标准差为4.5%。结论：3D完全卷积网络被示出能够使用在模拟真实成像场景的条件下生成的3D图像内包含的全部空间信息来产生精确的sO $_2$图。这项工作表明，网络可以处理实像中存在的一些混淆效应，如有限视图伪影，并有可能在体内产生准确的估计。
2020-05-03 eess.IV physics.med-ph
Retinal blood flow reversal quantitatively monitored in out-of-plane vessels with laser Doppler holography
激光多普勒全息术是近年来在眼科领域发展起来的一种平面血流成像技术，可以对视网膜和脉络膜血流进行无创成像。在这里，我们提出了一种数字方法的基础上的多普勒频谱不对称性，揭示了局部方向的血流相对于光轴在平面外的血管。该方向信息覆盖在标准灰度血流图像上，以红色描绘朝向相机移动的血流，并且以蓝色描绘远离相机移动的血流，如在超声彩色多普勒成像中那样。我们表明，由于后向散射对平面外血管多普勒频谱的强大贡献，可以以高时间分辨率揭示血流的局部轴向方向，这使我们能够证明病理性血流逆转。我们还演示了使用光学多普勒频谱定量监测视网膜血流逆转。
2021-08-07 eess.IV physics.med-ph
Frequency-Dependent Attenuation Reconstruction with an Acoustic Reflector
超声波的衰减随组织成分而变化，因此其估计为组织表征和病理诊断和分期提供了巨大的潜力。我们最近提出了一种方法，允许空间重建的整体超声衰减的分布在组织的基础上计算机断层成像，使用从被动声反射器的反射。这需要在脉冲回波模式下操作的标准超声换能器和使用水测量的校准协议，因此它可以在常规超声系统上实现，只需进行微小的调整。在这里，我们扩展了这种方法，另外估计和成像的局部超声衰减的频率依赖性的第一次。重建衰减系数和指数的空间分布，从而实现精细和表达的组织特异性表征。仿真结果表明，该方法在1 MHz时衰减系数和频率指数的重建误差分别为0.04dB/cm和0.08。与组织模仿幻影和离体牛肌肉样品，一个高的重建对比度以及再现性被证明。明胶-纤维素混合物和离体牛肌肉样品的衰减指数被发现分别为平均1.4和0.5，一致地从它们的异质组合物的不同图像。这种频率相关的参数化可以实现新的成像和诊断技术，以及促进其他基于超声的成像技术的衰减补偿。
2020-10-10 eess.SP physics.app-ph physics.med-ph
Multifunctional in vivo vascular imaging using near-infrared II fluorescence
以单壁碳纳米管（SWNTs）为荧光团，在第二近红外区（NIR-II，1.1~1.4 μ m）对小鼠后肢血管进行了在体实时荧光成像。由于有益的NIR-II光学窗口提供了深解剖穿透和低散射，因此在组织中1-3 mm深处实现了小血管成像的高空间分辨率（~30微米）和时间分辨率（<200 ms/帧）。这种空间分辨率是传统的近红外成像（NIR-I，0.75~0.9微米）或显微计算机断层成像（micro-CT）无法达到的，而时间分辨率远远超过扫描显微成像技术。基于动脉和静脉血管不同的血流动力学，使用动态对比增强NIR-II成像技术明确区分动脉和静脉血管。此外，NIR-II成像的深组织穿透、高空间和时间分辨率允许对正常和缺血股动脉中的血流速度进行精确定量，这超出了超声检查在较低血流速度下的能力。
2012-11-18 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
