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
Self-sensing with hollow cylindrical transducers for histotripsy enhanced aspiration mechanical thrombectomy applications
本研究提出利用空心圆柱换能器自传感电压信号检测管腔内空化，用于组织摧毁术增强抽吸取栓，实验验证了其高灵敏度可行性。
2024-05-24 physics.med-ph
Reconstructing effective ultrasound transducer models via distributed source inversion
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Bauhaus University of Weimar（魏玛包豪斯大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出分布式源反演方法，用于重建能复现实验测得波场的时空换能器模型，无需详细了解换能器结构，通过铝半圆柱直接性测量验证，并展示其在反演时间迁移和全波形反演中的重要性。
2026-03-25 cs.NA math.NA physics.med-ph
Design and fabrication of ultrasound linear array transducer used in ultrasound endoscope
本文构建基于TI EVM的32通道超声成像平台，并设计制造64阵元、5 MHz相控阵线阵超声内窥镜探头。
2025-07-24 cs.SY eess.SY 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
Towards a Novel Ultrasound System Based on Low-Frequency Feature Extraction From a Fully-Printed Flexible Transducer
本文提出基于全印刷无铅柔性聚合物换能器与硬件包络滤波的可穿戴超声系统，用于连续血流监测，可将带宽降低逾6倍并准确重建泵频。
2023-09-25 eess.SP physics.med-ph q-bio.QM
Boosting transducer matrix sensitivity for 3D large field ultrasound localization microscopy using a multi-lens diffracting layer: a simulation study
本研究通过仿真提出一种结合大多发散元件与校正延迟律波束成形及多透镜衍射层的新型3D成像方法，有效提升了经颅超声定位显微镜的灵敏度，在大型合成微血管体模中成功检测到93%的微泡，展现出实现大视场穿骨3D ULM的巨大潜力。
2023-04-11 physics.med-ph
Noninvasive Focused Ultrasound Spinal Cord Stimulation in Humans: A Computational Feasibility Study
本研究通过计算模型验证了经椎间声窗的聚焦超声可有效刺激人体脊髓，强度提升约2倍，为脊髓FUS临床应用提供了设计指南。
2025-07-08 physics.med-ph
Thermostatic Hyperthermia with Non-invasive Temperature Monitoring through Speed of Sound Imaging
热疗（HT）是通过高温加热来治疗疾病，通常与化疗和放疗等其他医学治疗方法结合使用。在这项研究中，我们提出了一种有前途的肿瘤热疗方法，使用高强度聚焦超声（HIFU）的临床肿瘤治疗结合诊断超声图像引导和无创温度监测通过声速（SOS）成像。HIFU加热是由256个单元的环形超声换能器阵列实现的。通过B型超声成像获得大腿组织的内部结构信息。由于不同人体组织中的温度和SOS之间的关系是可用的，因此将温度检测转换为通过全波反演（FWI）方法获得的SOS检测。仿真结果表明，我们的模型可以实现预期的肿瘤靶区的最大温度波动0.2度，持续5小时的低温热疗。该研究验证了所提出的热疗模型的可行性。此外，温度测量可以共享同一超声换能器阵列，用于HIFU加热和B型超声成像，这为临床应用提供了指导意义。
2021-09-13 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
On the Use of Singular Value Decomposition as a Clutter Filter for Ultrasound Flow Imaging
Imperial College London（帝国理工学院）；University College London（伦敦大学学院）
本文分析高帧率超声血流成像中SVD杂波滤波的正交子空间假设及其失效原因，阐明组织运动、阈值选择等因素诱发的图像伪影。
2023-04-25 cs.CE cs.CV eess.IV
Whole-skull acoustic transparency from a single time-reversal solve for reciprocity-based transducer placement and aperture optimization in transcranial focused ultrasound
Lampe Joint Department of Biomedical Engineering, University of North Carolina at Chapel Hill and North Carolina State University（北卡罗来纳大学教堂山分校与北卡罗来纳州立大学联合兰佩生物医学工程系）
本研究提出利用单次全波时间反演求解生成全颅骨透明度图，从而快速优化经颅聚焦超声的换能器放置与孔径，实验表明该方法可显著提高聚焦增益并校正颅骨畸变。
2026-09-24 physics.med-ph
A random phased-array for MR-guided transcranial ultrasound neuromodulation in non-human primates
经颅聚焦超声（FUS）是一种非侵入性的脑神经激活治疗和研究技术。在这里，我们报告的设计和表征的一种新的MR引导FUS传感器的神经调制在非人类灵长类动物在650 kHz。该阵列由128个单元组成，曲率半径为曲率半径7.2 cm，开口直径为10.3 cm（焦比为0.7）。仿真被用来优化换能器的几何形状方面的焦点大小，栅瓣，和方向性。在电子转向过程中的焦点大小和栅瓣进行了量化，使用水听器测量在水中和三轴阶段。光学跟踪和声学映射的新颖组合使得能够测量离体颅骨的皮质区域中的3D压力分布，其在表面的约3.5 mm内，并且允许通过非均匀3D声学模拟对实验进行精确建模。数据表明声聚焦超出颅骨，焦点略微扩大并向颅骨近端移动。该制造设计能够针对猕猴S1感觉运动皮质内的区域。
2017-12-19 physics.med-ph
A novel forward-looking ultrasound catheter for treating vascular occlusions
本研究开发了一种带径向极化空心圆柱换能器的新型前视超声导管，可容纳导丝并递送空化核与药物，经实验验证能产生足够前视声压并激发惯性空化，为血管闭塞治疗提供新方案。
2024-05-21 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
On the evaluation of the suitability of the materials used to 3D print holographic acoustic lenses to correct transcranial focused ultrasound aberrations
本研究针对经颅聚焦超声像差校正问题，系统分析3D打印全息声学透镜所用聚合物的声学特性与打印体素的关联，发现给定体素尺寸下透镜厚度与纵波速度存在与发射参数基本无关的最优范围。
2024-01-31 physics.med-ph
Ultrasound imaging of the human body with three dimensional full-wave nonlinear acoustics. Part 1: simulations methods
三维超声在非均匀介质中传播的模拟是计算密集型的，这是由于域的大尺寸（其为数百个波长的量级）和散射体的小尺寸（其远小于波长）引起的约束。因此，三维超声成像模拟目前基于简化传播物理的模型。在这里，全三维波物理模拟与有限差分生成人体的超声图像直接基于传播和后向散射的第一原理。可视人体项目，一个三维数据集的人体产生的0.33毫米冷冻切片的照片，转换成三维声学地图。使用全波非线性声学模拟工具，利用具有$6\times10^8$点的$93 \times 39 \times 22$ mm域中的2D肋间超声阵列将超声传播到肝脏中。成像指标，基于波束图，均方根相位像差，空间相干长度，和对比度噪声比被用来表征图像质量。结果表明，谐波图像质量优于基本图像质量，部分原因是由于较窄的光束轮廓。通过模拟体壁传播后的均方根估计的像差被证明是低的（23.4纳秒），与以前的报告一致，在人体壁实验测量的像差。在换能器表面处测量的空间相干性指示将需要$<0.81 λ$的换能器阵列元件尺寸来完全采样声场。这些直接基于传播物理学的模拟三维超声图像提供了一个平台来研究三维图像退化的来源（包括在第二部分中）。
2020-03-15 physics.med-ph
Sparse Delta Integration method for the calculation of spatiotemporal pressure fields of arbitrary ultrasound transducer geometries
Institute Physics for Medicine Paris, Inserm U1273, ESPCI Paris, PSL University, CNRS UMR 8063（巴黎医学物理研究所）
本文提出Sparse Delta Integration方法，实现了超声压力场模拟的高效计算，在保持高精度的同时，相对于Field II获得了显著加速，相关成果已集成至开源Python包eSDIva。
2026-08-28 math-ph math.MP physics.app-ph
3-D Motion Correction for Volumetric Super-Resolution Ultrasound (SR-US) Imaging
在所有医学成像模态中，图像采集期间的运动会导致图像退化。这在2-D超声成像中特别相关，因为平面外运动只能补偿小于换能器的仰角波束宽度的运动。基于定位的超分辨率成像由于需要大量的采集来形成单个超分辨率帧而产生甚至更具挑战性的运动校正任务。在本研究中，我们提出一种延伸的两阶段运动校正方法来进行三维运动校正。使用手持式探头对高容积率超声采集进行运动估计。所提出的方法的能力进行了演示与3-D微血管流动模拟，以补偿手持探头运动。结果表明，两阶段运动校正方法将平均定位误差从136微米降低到18微米。
2019-02-05 physics.med-ph
Ultra-high frequency ultrasound imaging and quantification of microvascular flow in xenograft renal cell carcinoma in an avian chorioallantoic membrane model
University of Toronto（多伦多大学）；Sunnybrook Research Institute（桑尼布鲁克研究所）
本文开发了用于鸡胚膜模型中超高速超声检测微血管流的成像流程，通过帧间减法抑制组织杂波，评估治疗对肿瘤血管反应的影响，验证了该方法在临床相关时间框架内的有效性。
2026-05-13 physics.med-ph
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
Effective Hyper-clutter Artifacts Suppression for Ultrafast Ultrasound Doppler Imaging
Mayo Clinic College of Medicine and Science（梅奥诊所医学院和科学学院）；Mayo Clinic（梅奥诊所）
本研究提出基于U-profile的去杂波方法，有效抑制超声多普勒成像中的超杂波 artifacts，提升血流信号对比度，具有计算高效、易于集成的特点。
2025-11-26 eess.SP physics.med-ph
Transcranial ultrasound simulation with uncertainty estimation
经颅超声模拟越来越多地用于预测脑中超声治疗的原位暴露参数。然而，在从计算机断层成像（CT）图像估计颅骨和大脑的声学介质特性时可能存在相当大的不确定性。在这里，我们展示了如何在模拟声场中产生的不确定性可以预测在计算上有效的方式使用线性不确定性传播。使用聚焦碗换能器在500 kHz的代表性经颅模拟的结果显示出良好的一致性与无偏的不确定性估计使用蒙特卡洛。
2022-12-08 physics.comp-ph physics.med-ph
Effects of skull properties on long-pulsed transcranial focused ultrasound transmission
本文通过多频率实验系统研究了颅骨厚度、密度比、曲率及换能器位置对经颅聚焦超声传输的影响，揭示了波叠加可导致颅内峰值压力30-40%的不确定性。
2025-02-06 physics.bio-ph physics.med-ph
Three-Dimensional Ultrasound Matrix Imaging
本文将超声矩阵成像从一维线性阵列扩展到二维探头的三维几何，以更精确估计传输矩阵，并通过离体组织仿体实验和经颅场景验证其潜力。
2023-10-17 eess.IV physics.app-ph physics.med-ph
Ultrasound imaging with three dimensional full-wave nonlinear acoustic simulations. Part 2: sources of image degradation in intercostal imaging
全波模拟应用于肋间成像的情况下，以确定基本和谐波图像退化的畸变和混响的来源。这些模拟是基于这两部分论文的第一部分，其中建立了全波模拟方法，直接基于波在人体中传播的第一原理生成逼真的超声图像。超声波图像是基于传播和反射的第一性原理产生的，它们描述了分布畸变和混响杂波之间的相互作用。三个成像方案，将无法实现在体内进行了研究，在硅片。首先，肋骨被完全切除，取而代之的是脂肪。然后，将肋骨保持在其解剖学上正确的构型以产生参考图像。最后，肋骨在高度上被放置得更靠近。基于传播的B模式图像显示，在这三种情况中，第二种情况（解剖学上正确的配置）具有最佳的对比度噪声比。这是由于两个相互竞争的影响。首先，肋有效地使基波和谐波波束变迹3- 5dB。仅此效应就可预测图像质量的改善。然而，通过对比度噪声比测量的B模式图像质量降低了8%。为了解释这些变化，它表明，第二个效果，多混响，必须考虑。点扩散函数分析表明，当肋骨放置得更靠近时，它们会产生明显更多的混响杂波（2.4至2.9 dB），即使波束图具有较低的旁瓣，也会降低图像质量。在这种肋间成像场景中，肋骨对波束形状和混响的影响因此在图像质量方面存在竞争，并且存在平衡它们的最佳声学窗口。
2020-03-15 physics.med-ph
Non contrast Doppler Microvessel Image Reconstruction by a semi Nonrigid Motion Compensation and Localized Clutter Filtering; a Qualitative and Quantitative Evaluation
血管网络可以提供关于肿瘤血管生成的宝贵信息。超快多普勒成像使超声能够通过对从平面波成像获得的时空数据应用组织杂波滤波方法来对微血管进行成像。然而，由于呼吸和血管脉动等各种原因，运动是微血管成像的固有部分。这样的运动的一部分是照顾通过使用时空杂波滤波。尽管如此，运动的其余部分表现为模糊或产生重影血管，应该使用另一级别的运动补偿来校正。本文提出了一种适用于超声微血管成像的运动补偿算法。我们成功地评估了该算法的性能通过仿真研究。最后，我们测试了所提出的运动补偿方法在体内数据的微血管在不同的器官，包括乳房和甲状腺。结果表明，模糊和鬼影血管的问题显着减少使用该算法。此外，我们的定量评估表明，在超快多普勒成像中的不同帧之间的图像相关性显着提高利用所提出的运动校正方法。
2020-11-04 eess.IV physics.med-ph
Repeated Acoustic Vaporization of Perfluorohexane Nanodroplets for Contrast-Enhanced Ultrasound Imaging
过热的全氟化碳纳米液滴是新兴的超声成像造影剂，具有生物相容性成分、独特的相变动力学和治疗负载能力。在暴露于足够高强度的声能脉冲时，纳米液滴全氟化碳核经历液体到气体的相变，并变成回声微泡，提供超声造影。可控的激活导致高对比度图像，而纳米液滴的小尺寸促进更长的循环时间和更好的体内稳定性。然而，一个缺点是纳米液滴只能蒸发一次，限制了它们的多功能性。最近，我们和其他人通过使用全氟己烷核心来解决这个问题，全氟己烷的沸点高于体温。因此，在蒸发之后，微泡再冷凝回到其稳定的纳米液滴形式。以前的工作与全氟己烷纳米液滴依赖于光学激活通过脉冲激光吸收的封装染料。这种策略限制了该方法的成像深度和时间分辨率。在这项研究中，我们克服了这些限制，证明声学液滴汽化与1.1兆赫高强度聚焦超声。聚焦超声的短持续时间、高振幅脉冲提供足够强的峰值负压以启动汽化。当使用具有高频换能器的定制成像序列时，可以在聚丙烯酰胺组织模拟体模中可视化全氟己烷纳米滴的重复声激活。我们证明了数百个汽化事件的检测，从个别nanodrops的激活阈值远低于组织空化限制。总的来说，这种方法有可能在临床相关深度产生可靠的对比增强超声成像。
2021-03-29 physics.med-ph
Focal Volume, Acoustic Radiation Force, and Strain in Two-Transducer Regimes
本文提出双1 MHz正交换能器方案，将TUS空间分辨率提升近40倍、靶体积降至0.24 mm³，并实现局域化定向声辐射力与选择性正负压力施加，为精细尺度神经调控研究提供新工具。
2024-09-05 physics.app-ph physics.med-ph
Full-Wave Modeling of Transcranial Ultrasound using Volume-Surface Integral Equations and CT-Derived Heterogeneous Skull Data
Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；University College London（伦敦大学学院）
本文提出基于体积-表面积分方程的高效方法，用于建模颅穿超声通过异质颅骨的全波传播，验证了颅骨异质性对超声束形变的影响。
2026-01-07 cs.NA eess.IV math.NA
Influence of shear waves on transcranial ultrasound propagation in cortical brain regions
本研究通过离体人颅骨实验和数值模拟，揭示忽略剪切波会导致经颅聚焦超声在皮层浅层区域的颅内声压平均高估约40%，并证明包含剪切波的固体模型在斜入射和位置扰动下更稳定准确。
2023-09-22 physics.med-ph
Deep Brain Ultrasound Ablation Thermal Dose Modeling with in Vivo Experimental Validation
Worcester Polytechnic Institute（伍斯特理工学院）；Albany Medical Center（奥尔巴尼医学中心）；GE Global Research Center（通用电气全球研究中心）；Charles E. Schmidt College of Medicine, Florida Atlantic University（佛罗里达大西洋大学查尔斯·E·施密特医学院）；Acoustic MedSystems, Inc.（声学医疗系统公司）
本文针对脑部NBTU热消融，构建融合声压场、生物热传递与损伤评估的FEM模型，并经体内MRTI验证，温度和消融体积误差及相关性指标均显示模拟准确。
2024-09-05 cs.RO 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
Simultaneous Acoustic Trapping and Imaging of Microbubbles at Clinically Relevant Flow Rates
使用微泡和超声的非侵入性靶向药物递送机制吸引了越来越多的兴趣。微泡可以装载治疗有效载荷，并通过超声成像进行跟踪，以在超声靶向位置选择性地释放其有效载荷。在这项研究中，提出了一种超声捕获的方法，同时成像和控制的微气泡在流动中的位置，通过使用声辐射力。预期靶向药物递送方法将受益于超声捕集器的使用，因为捕集将增加人体中所需位置处的MB浓度。通过使用超声研究系统UARP II和线阵换能器产生超声陷阱。阱被设计成不对称的，以在阱的入口处产生较弱的辐射力，以进一步促进微泡进入。生成可以在长持续时间捕获波形和短持续时间成像波形之间切换的脉冲序列。选择高帧率平面波成像用于在1 kHz下监测捕获的微泡。通过在直径为3.5 mm的血管中注入以80 mL/min流速流动的SonoVue微泡，在超声体模中解释和演示了超声陷阱的工作原理。
2019-02-05 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
Exploration and Comparison: Development and Implementation of Multiple Ultrasound Imaging Modalities
本文系统研究并实现了线阵、内窥和平面波三种超声成像模态，涵盖仿真处理、算法实现与真实数据验证，以深化对成像原理和流程的理解。
2025-07-21 cs.SY eess.SY physics.med-ph
Ultrasound Matrix Imaging-Part II: The distortion matrix for aberration correction over multiple isoplanatic patches
这是一系列的两篇文章中的第二篇，其中报告了异质介质中超声成像的矩阵方法。本文描述了像差的量化和校正，即由中等声速的空间变化引起的图像失真。自适应聚焦可以补偿像差，但仅在称为等晕斑的受限区域上有效。在这里，我们使用实验记录的反射声信号矩阵来合成一组虚拟换能器。然后，我们研究这些虚拟换能器和任意校正平面之间的波传播。这种波前由两个部分组成：（i）与衍射和输入聚焦点相关的理想几何波前，以及（ii）声速变化引起的相位失真。这些失真存储在所谓的失真矩阵中，其奇异值分解可以在任何点获得优化的聚焦定律。我们表明，通过解耦的传出和传入波所经历的像差，并应用迭代策略，甚至高阶和空间分布的像差的补偿，可以实现。在对该过程进行数值验证之后，将超声矩阵成像（UMI）应用于胆囊的体内成像。检索等晕模式的地图，并示出与构成介质的组织的安排强烈相关。相应的聚焦定律产生了对比度和横向分辨率大幅提高的超声图像。因此，UMI为计算超声提供了一条灵活而强大的途径。
2022-12-03 eess.IV physics.app-ph physics.med-ph
Fabrication and modeling of piezoelectric transducers for High-Frequency medical imaging
我们已经研究了压电厚膜的处理，使用电泳沉积（EPD）的高频超声应用。采用固相合成法合成了锆钛酸铅（PZT）粉体，用聚丙烯酸铵（PAA）将其分散在乙醇中。PZT颗粒的电泳沉积在恒流模式下进行。PZT厚膜沉积在1毫安60秒，在900 ℃烧结2小时，在PbO控制的气氛。扫描电子显微镜（SEM）分析表明，PZT层的厚度是均匀的，孔隙均匀分布在层内。测量了薄膜的复电阻抗，并采用KLM方法进行拟合，得到了薄膜的介电、力学和压电参数。以PZT厚膜的密度和厚度为输入，推导了厚度耦合因子kt、常应变下的介电常数和谐振频率。结果表明，均匀的PZT厚膜结构与定制的厚度和密度制备的EPD和烧结具有约20 MHz的谐振频率，可用于非侵入性医疗超声成像和诊断。
2013-04-24 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.med-ph
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
Ring Artifact and Non-Uniformity Correction Method for Improving XACT Imaging
针对 XACT 成像中信噪比低且存在伪影的问题，提出一种面向超声环形换能器的高效非均匀性校正方法，以提升成像质量。
2024-04-08 physics.med-ph
A Wavefield Correlation Approach to Improve Sound Speed Estimation in Ultrasound Autofocusing
Department of Electrical Engineering, Stanford University（电气工程系，斯坦福大学）；Department of Radiology, School of Medicine, Stanford University（放射学系，医学院，斯坦福大学）；Department of Applied Physics, Stanford University（应用物理学系，斯坦福大学）；Department of Biomedical Engineering, Columbia University（生物医学工程系，哥伦比亚大学）
本文提出利用波场相关技术优化声速估计，以提高超声自聚焦中图像质量，通过改进的波场相关成像方法减少杂波干扰，提升成像分辨率和对比度。
2026-05-07 cs.SD eess.IV physics.med-ph
High order pulse-echo (HOPE) ultrasound
在超声成像和诸如声纳的其他声学感测应用中，换能器和成像对象之间的多次反射可以自然地发生。发射波阵面与成像物体的重复相互作用传统上被认为是不希望的混响伪影，经常被误解为虚构的声学边界。在这里，我们介绍高阶反射脉冲回波（HOPE）超声，一种新的方法，利用高阶反射，以改善传统的超声成像的几个方面。实验证明，希望通过突破奈奎斯特分辨率限制来解决亚微米特征。高反射阶的主要对比度增强允许揭示常规扫描声学显微镜不可见的材料内的缺陷。该技术还被示出为提高来自生物组织的频率相关的超声衰减测量的准确度。HOPE超声不需要额外的硬件，易于实现，强调了其在广泛的生物医学成像，无损检测和其他声学传感应用中提高成像性能的潜力。
2021-06-16 physics.app-ph physics.ins-det physics.med-ph
A low-cost, arduino-like dev-kit for single-element ultrasound imaging
超声成像正在开发一个开源生态系统，特别是软件框架。在开放硬件方面几乎没有。因此，重点放在生产易于使用的技术（硬件和软件）套件，以允许任何人-科学家，学者，黑客，制造商以低成本在家中进行超声成像的实验设置，而不需要特定的设备。为此，开发了开源的类似arduino的模块来构建一个简单但完整的单通道模拟前端系统，其中所有中间信号都可以由用户轻松访问。单通道架构允许避免波束形成头，尽管它限制了所获得的图像的质量，并且为系统带来了鲁棒性。此外，复杂的RF处理被转移到模拟侧，限制了最终图像的质量。这些都与重新用途的超声机械扫描头，以及重新用途的医学成像换能器进行了测试，并提供了有趣的图像。此外，此类模块还可用于射频项目、非破坏性项目、低成本医学成像项目。
2017-02-13 physics.ins-det physics.med-ph
Bessel ultrasonic probe based on conical acoustic lens: simulation study
超声波换能器是实现超声波和电信号相互转换的传感器，在质量检测、生物医学成像等领域有着广泛的应用。常用的超声波换能器由于声波的衍射而具有小的检测范围和低的灵敏度。聚焦换能器用于提高检测灵敏度。不幸的是，聚焦换能器具有窄的景深。本文利用锥形声透镜研制了一种大景深贝塞尔超声换能器。一个声透镜连接到一个未聚焦的超声波。声透镜是一个底部带有凹锥的长方体棱镜，由熔融石英制成。类似于可以产生贝塞尔光束的轴棱锥，贝塞尔超声换能器可以产生无衍射贝塞尔超声束。因此，可以获得具有均匀高分辨率和高检测灵敏度的扩展景深。利用COMSOL软件对所设计的锥形声透镜的声场传输进行了仿真，并与球形聚焦超声换能器进行了比较。结果表明，贝塞尔超声换能器的景深约为传统球形聚焦超声换能器的8倍。通过调节锥形声透镜的锥角，可以进一步调节贝塞尔超声换能器的景深。贝塞尔超声换能器将有助于提高超声探头的性能，扩大其应用范围。例如，具有大景深的超声探头将扩展光声显微镜的成像深度，增强其在无损检测中的能力。
2020-10-04 physics.app-ph physics.med-ph
Refraction corrected specular beamforming applied to cortical bone enhances interface visibility of bone-soft tissues interfaces
本研究将一种考虑波折射和镜面反射物理学的镜面波束成形技术应用于皮质骨成像，通过DAS和自适应算法重建图像，显著提高了骨内膜界面的可见度（1至13 dB），增强了骨内解剖结构的可视化。
2025-07-11 physics.app-ph 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
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
Multi-scale volumetric dynamic optoacoustic and laser ultrasound (OPLUS) imaging enabled by semi-transparent optical guidance
提出基于半透明光纤涂层的光声与激光超声（OPLUS）同步成像方法，利用单次激光脉冲实现多尺度三维高分辨率深层组织解剖、功能成像与心脏动态评估。
2023-04-09 physics.med-ph physics.optics
Multi-modal transducer-waveguide construct coupled to a medical needle
全球每年消耗超过160亿支医用针头。然而，医用针的功能仍然限于切割和输送或抽吸材料通过针到达目标部位。超声波与皮下注射针相结合可能会增加许多医疗应用的价值，例如减轻疼痛，增加精度，减少组织偏转，甚至改善组织收集。在这项研究中，我们介绍了一种波导结构，使一个有效的方式转换的纵波模式弯曲模式，并耦合到一个传统的医疗针转换波模式，同时保持高的电声功率效率。波导的结构优化是通过使用有限元方法在计算机上实现的，然后对原型的构造和实验表征进行原型化。在30 kHz下的实验表明，弯曲尖端位移高达200 μm，低功耗（低于5 W），效率高达69%。换能器的高电声效率和小尺寸将有助于医疗针和活检装置的设计，潜在地实现便携性、电池化和低电功率的高患者安全性。
2022-03-28 physics.app-ph 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
UltraScatter: Ray-Based Simulation of Ultrasound Scattering
1 Chair for Computer Aided Medical Procedures (CAMP), School of Computation, Information；Technology, Technical University of Munich, Munich, Germany；2 Munich Center for Machine Learning (MCML), Munich, Germany；3 Institute of Biological；Medical Imaging, Bioengineering Center, Helmholtz Zentrum München, Neuherberg, Germany；4 Chair of Biological Imaging, Central Institute for Translational Cancer Research (TranslaTUM), School of Medicine；Health \& School of Computation, Information；Technology, Technical University of Munich, Munich, Germany Email
提出概率光线追踪框架UltraScatter，通过体积散射场与自由飞行delta tracking高效模拟超声散射，几秒内生成逼真B-mode图像，为波动方程方法提供可扩展替代方案。
2025-10-12 cs.CV 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
Discovery of Two Types of Twinkling Can Explain Contradictory Observations among Twinkling Artifact Investigators in Ultrasound Imaging
闪烁探测器是探测肾结石、结石等致密物体的有用工具，特别是当没有声学阴影并且强回声组织的存在阻碍了可视化时。这种现象还没有完全被理解。不同的科学团体有矛盾的发现，关于它的属性：他们中的一些人观察到在提高脉冲重复频率（PRF）的闪烁强度下降，而另一些人发现闪烁是独立的PRF等，在本文中，我们假设，这种矛盾可以部分解决的假设，有两种类型的闪烁。第一种类型可能是由微空化的随机相位反射产生的，即使在PRF高到足以抑制血流的情况下也可以记录。第二种是弹性振动，因为被调查对象在超声领域像钟摆一样摆动。这些振动可以与诸如肌肉收缩等的外部源或来自换能器发射的信号的声辐射力相关联。第二类闪烁在高PRF下消失，并且可以在硅树脂和聚氨酯体模中定期观察到，其中空化微泡的发生是极不可能的。关键词：超声成像、闪烁成像、结石检测、多普勒效应、彩色帧标测、声辐射力、弹性振动、超声体模、空化、微泡。
2019-12-05 eess.IV physics.app-ph 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
