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
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
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
Transurethral ultrasound therapy of the prostate in the presence of calcifications: A simulation study
目的：经尿道超声治疗是一种研究性治疗方式，可能用于前列腺癌的局部治疗。这种治疗的限制因素之一是前列腺钙化。这些衰减和反射超声波，从而降低加热的功效。本研究的目的是调查前列腺钙化如何影响治疗效果，并确定钙化时的最佳超声治疗策略。研究方法：在临床患者数据上使用真实的计算模型，以模拟具有自然发生的钙化以及不同尺寸（1-10 mm）和距离（5-15 mm）的人工钙化的不同治疗情况。此外，测试了不同的超声处理策略，以便将治疗递送到钙化后面的未治疗组织区域。结果如下：在超声场前面的钙化的存在下，发现平均增加100%的峰值压力，而最高温度仅上升了9%，在20秒的超声处理。超声能量的损失是由于前列腺组织和钙化之间相对较大的声阻抗失配（1.63 vs 3.20 MRayl）和高衰减系数（0.78 vs 2.64 dB/MHz ^1.1/cm），这两个因素共同导致钙化后面的未治疗组织区域。此外，在换能器和钙化之间的区域观察到温度升高。较低的超声频率（1-4 MHz）不能有效穿透钙化，但使用选择性换能器元件的较长超声持续时间（20-60 s）可有效治疗钙化后面的组织区域。
2019-09-29 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
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
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
High-intensity focused ultrasound therapy in the uterine fibroid: a clinical case study of poor heating efficacy
摘要本研究以高强度聚焦超音波治疗子宫肌瘤为例。在治疗过程中，观察到加热效果较差，这可能归因于几个因素，例如局部灌注率、患者特定解剖结构或超声场声学参数的变化。为了确定发热减少的原因，使用治疗的磁共振成像（MRI）数据进行灌注分析和超声模拟。灌注分析显示，与周围子宫肌层（233.8 ± 16.2 mL/100 g/min）相比，肌瘤（301.0 ± 25.6 mL/100 g/min）的局部灌注率较高。当倾斜换能器时，超声模拟没有显示出焦点形状或声压（2.07 ± 0.06 MPa）的大的差异。然而，观察到焦点轴向位置的微小偏移（-2.2 +-1.3 mm）。加热减少的主要原因可能是由于肌瘤位置较深而导致的局部高灌注和超声衰减。
2019-10-27 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
Exploiting Spatial Degrees of Freedom for High Data Rate Ultrasound Communication with Implantable Devices
我们提出并演示了一种使用空间自由度的超声波通信链路，以提高深度植入式医疗设备的数据速率。低衰减和毫米波长使超声波成为小型化低功率植入物的理想通信介质。虽然小的频谱带宽极大地限制了常规超声植入物中可实现的数据速率，但是可以通过在多输入/多输出系统中使用多个换能器来利用大的空间带宽，以提供空间复用增益，而无需额外的功率、更大的带宽或复杂的封装。我们通过实验验证了矿物油中的通信链路，发射器和接收器相距5厘米，每个外壳都有两个定制设计的毫米大小的压电换能器，以相同的频率工作。在两个信道上同时发送和接收用125 kbps的正交相移键控调制的两个数据流，有效地将数据速率加倍到250 kbps，测量的误码率低于1 e-4。我们还评估了信道分离网络的性能和鲁棒性，通过测试引入位置偏移后的通信链路。这些结果表明，空间复用的潜力，使更复杂的植入应用需要更高的数据速率。
2017-02-16 cs.IT math.IT 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
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
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
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
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
Nonlinear 3-D simulation of high-intensity focused ultrasound therapy in the kidney
肾癌是一种严重的疾病，可以使用高强度聚焦超声（HIFU）治疗进行非侵入性治疗。然而，换能器前方的组织和肾脏的深部位置可能导致治疗效率的显著损失。利用非线性超声仿真模型研究了不同组织类型对HIFU治疗肾脏的衰减、折射和反射的影响。该组织的几何形状源自患者的计算机断层成像（CT）数据集，该数据集已经针对水、骨、软组织、脂肪和肾进行了分割。发现不均匀衰减和声速的组合效应导致肾脏中的空间峰时平均（SPTA）强度与纯水相比下降11.0 dB。没有折射效应的模拟显示出6.3 dB的降低，表明衰减和折射都对焦点强度的损失有贡献。由于软组织界面处的反射引起的损耗小于0.1 dB。由于折射效应引起的焦点移位分别导致在x、y和z方向上的-1.3、2.6和1.3 mm位移。此外，观察到焦点分裂成几个较小的子体积。次级焦点的总体积约为最大初级焦点的46%。这可能会导致目标位置以外的非预期加热和更长的治疗时间。
2016-08-31 physics.med-ph
Histotripsy of blood clots within a hollow cylindrical transducer for aspiration thrombectomy applications
本研究针对抽吸血栓切除术难提取顽固血凝块的问题，提出用中空圆柱换能器内的组织碎裂术降解血凝块，通过不同脉冲方案实验验证了可行性，为增强抽吸式机械血栓切除效果提供了新方向。
2024-05-20 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
Modeling ultrasound propagation in the moving brain: applications to shear shock waves and traumatic brain injury
在活体人脑上进行创伤性脑损伤研究在实验上是不可行的。我们提出了一种模拟方法，模拟超声波在人脑中的传播，而它是由于复杂的剪切冲击波变形的创伤性影响。有限差分仿真可以对诸如人体组织的复杂介质中的超声传播进行建模。最近，我们已经表明，有限差分方法可以用来表示位移是远远小于网格的大小，如从超声弹性成像剪切波传播中遇到的运动。然而，这种次分辨率位移模型，称为阻抗流，只实施和验证随机分布的散射体组成的声介质。在这里，我们提出了一个概括的阻抗流方法，描述了连续的亚分辨率运动的结构化声学地图，特别是人类大脑的声学地图。结果表明，与波长相比，亚分辨位移法的平均误差较小。该方法被施加到一个移动的人脑的声学地图，施加的剪切冲击波的传播。然后使用全波仿真工具对基于L7-4成像换能器的发射-接收成像序列进行建模。模拟的射频数据使用传统的延迟和求和方法进行波束形成，并且使用针对冲击波跟踪设计的归一化互相关方法来确定组织运动。结果表明，所提出的广义阻抗流方法准确地捕捉剪切冲击波的运动。该方法可以导致图像序列设计的改进，该图像序列设计考虑了来自大脑的畸变和多次反射，并且可以导致跟踪算法的设计的改进，该跟踪算法可以更准确地捕获在创伤性冲击期间发生的复杂的大脑运动。
2020-03-13 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
Enhanced 3D-printed holographic acoustic lens for aberration correction of single-element transcranial focused ultrasound
经颅聚焦超声畸变的校正是增强各种非侵入性医学治疗的相关问题。近年来，通过多元件相控阵发射一直是最广泛接受的减少像差的方法;然而，最近提出了一种基于3D打印声透镜的新的颠覆性技术，其成本较低，精度相当。相控阵配置中换能器的数量和尺寸是限制聚焦精度的瓶颈，但是一旦最新一代3D打印机的亚毫米精度克服了这一限制，现在的挑战是提高设计透镜所需的数值模拟的精度。本研究介绍和评估两个改进的数值模型应用在以前的作品中，提出了3D透镜，其中包括在直接计算的相位图案从复杂形式的振荡幅度的传播，并在引入的吸收现象到一组方程，描述了流体和固体介质中的波的动力学。数值实验进行分析的质量像差校正的焦点在不同的配置。所获得的结果表明，吸收的包括显着改善聚焦，特别是在颅骨的厚度是更不规则的。
2018-05-25 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
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
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
Ultrasound Matrix Imaging-Part I: The focused reflection matrix, the F-factor and the role of multiple scattering
这是第一个系列的两个处理矩阵的方法，在超声成像像差量化和校正。先进的合成波束形成依赖于在介质的每个点上的发送和接收的双聚焦操作。超声矩阵成像（UMI）在于解耦这些发射和接收的焦点的位置。这些虚拟换能器之间的响应形成所谓的聚焦反射矩阵，其实际上包含比共焦超声图像更多的信息。在本文中，这个矩阵的时间-频率分析进行，突出了单次和多次散射的贡献，以及在单色和宽带制度的影响像差。有趣的是，该分析使得能够测量该图像的任何像素处的非相干输入-输出点扩散函数。拟合过程使得能够量化图像中的单次散射、多次散射和噪声分量。从单个散射贡献，定义聚焦标准，并且其演变用于量化整个超声图像中的像差量。与最先进的相干因子相比，这种新指标对多次散射和电子噪声具有鲁棒性，从而以更好的横向分辨率提供聚焦质量的对比图。在基于时域模拟的概念验证验证之后，UMI被应用于人小牛的体内研究。除了这个具体的例子，UMI还为超声成像中的声速和散射量化开辟了一条新的途径。
2022-12-03 eess.IV physics.app-ph physics.med-ph
Detecting nonlinear acoustic waves in liquids with nonlinear dipole optical antennae
超声是用于生物系统的重要成像模态。高频超声也可以（例如，通过声学非线性）用于通过导管插入提供血管结构的深穿透和高分辨率成像。后者是血管健康的重要诊断。通常，超声需要大于声波波长或与声波波长大小相同的源和换能器。在这里，我们设计和理论上证明，单一的银纳米棒，作为光学非线性偶极天线，可用于检测超声波通过布里渊光散射从线性和非线性声波在散装水中传播。与使用基本等离子体共振的通常方法相比，纳米棒被调谐为在高阶等离子体模式下操作。高阶操作也会引起增强的光学三次谐波产生，这为激发偶极天线的高阶Fabry-Perot模式提供了重要方法。
2015-09-07 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experiments and simulations demonstrating the rapid ultrasonic rewarming of frozen beef cryovials
安全地复温大体积冷冻保存的生物样品的方法的开发仍然是广泛采用冷冻保存的障碍。在这里，进行了实验和模拟，以证明超声可以增加复温率相对于单独的热传导。超声复温设置的基础上定制的444 kHz的管状压电换能器的设计，其特征在于，并与2毫升冷冻小瓶填充冷冻碎牛肉进行测试。复温率在-20 $^{\circ}$ C至5 $^{\circ}$ C范围内表征。将基于热传导的复温与热传导加超声复温进行了比较，表明应用超声时复温率增加了10倍。超声波的最大记录复温速率为每分钟57 $^{\circ}$ C，比单独热传导快约2.5倍。耦合的声学和热模拟的开发，并显示出良好的协议与实验证明的加热速率，也被用来证明空间加热分布与小（$<$ 3 $^{\circ}$ C）的温度差在整个样品时，样品低于0 $^{\circ}$ C。在这项工作中进行的实验和模拟表明，超声作为冷冻保存组织的复温方法的潜力，因为更快的复温速率可以提高冷冻保存组织的活力，并减少细胞恢复正常功能所需的时间。
2022-11-08 physics.bio-ph physics.med-ph
