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
A deep-learning model for one-shot transcranial ultrasound simulation and phase aberration correction
针对经颅超声需在秒级完成高精度相位像差校正的问题，本文提出端到端深度学习模型TUSNet，可一次性快速预测压力场与相位校正，并在速度、压力估计和定位精度上显著优于传统模拟。
2024-10-25 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
Predicting skull lesions after clinical transcranial MRI-guided focused ultrasound with acoustic and thermal simulations
经颅MRI引导聚焦超声（TcMRgFUS）热消融是一种无创性功能性神经外科技术。先前的报告表明，颅骨中的骨髓损伤可在高声能下发生。虽然这种损伤是无症状的，但最好避免它。在这里，我们研究了声学和热模拟是否可以预测颅骨中可能发生的热损伤。在40例临床TcMRgFUS手术后3-15个月获得治疗后成像，并在16/40例治疗后观察颅骨病变。通过阈值为18.1-21.1 kJ（最大声能）和97-112 kJ（总声能）的声能预测病变的存在。病变的大小和程度并不总是由单独治疗期间使用的声能预测的。相比之下，通过声学和热模拟估计的加热可预测损伤程度。病变出现在预测高温的区域，当在3-15个月时获得薄层T2加权成像时，观察到预测和病变位置之间的良好一致性。虽然需要更多的工作来验证颅骨内和周围的绝对温度测量值，但是能够预测颅骨病变的位置和发作可以允许声能在颅骨上更好地分布。了解TcMRgFUS的颅骨吸收特性也有助于优化经颅聚焦。
2019-11-29 physics.med-ph
Pseudo-CTs from T1-weighted MRI for planning of low-intensity transcranial focused ultrasound neuromodulation: an open-source tool
工作背景：在低强度经颅超声刺激（TUS）研究中规划预期的经颅超声声场并估计机械和热安全性时，骨密度和几何形状的个体颅骨模型非常重要。计算机断层成像（CT）图像通常用于估计颅骨声学特性。然而，由于暴露于电离辐射和研究组内有限的CT扫描仪，在研究参与者中获得CT图像可能是禁止的。目的：我们为研究人员提供了一个经过验证的开源工具，可以从T1加权MR图像中获得个体颅骨估计值，用于声学模拟。方法：我们改进了先前训练和验证的3D卷积神经网络（CNN），以生成100 keV的伪CT。该网络在110名个体上进行了预训练，并在37名健康对照个体的数据库上进行了改进和测试。我们将基于参考CT的模拟与基于我们的伪CT和二元颅骨掩模的模拟进行了比较，二元颅骨掩模是在没有CT的情况下的常见替代方案。结果如下：与参考CT相比，我们的CNN产生的伪CT在整个头部的平均绝对误差为109.8 +/- 13.0 HU，在颅骨中为319.3 +/- 31.9 HU。在声学模拟中，基于参考CT和伪CT（分别为0.48 +/- 0.04 MPa和0.50 +/- 0.04 MPa）的模拟的局灶压力在统计学上相等，但二元颅骨面罩（0.28 +/- 0.05 MPa）的局灶压力不相等。结论：我们表明，我们的网络可以产生与健康个体的参考CT相当的伪CT，并且这些可以用于声学模拟。
2022-09-24 physics.med-ph
Evaluation of ultrasound sensors for transcranial photoacoustic sensing and imaging
本文通过测量人类颅骨的声学约束，评估并设计了平凹光学谐振器（PCOR）超声传感器，证明其在低频段具有高灵敏度和平坦频率响应，优于传统压电传感器，适用于经颅光声传感与成像。
2023-06-05 physics.app-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
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
Experimental Validation of Skull Acoustic Modelling Strategies for Transcranial Focused Ultrasound Simulation: A Cross-Comparison Study
University of York（约克大学）；University of Dundee（邓迪大学）
本研究实验比较了五种k-Wave颅骨模型在220-1000 kHz频率下的性能，发现峰值压力误差20%-31%，强度误差41%-77%，焦点体积误差11%-67%，定位偏差数毫米，线性映射模型压力误差最低但无模型在所有指标上一致占优。
2026-06-08 physics.med-ph
ITRUSST Consensus on Standardised Reporting for Transcranial Ultrasound Stimulation
ITRUSST专家小组提出低强度经颅超声刺激研究的标准化报告指南及清单，涵盖换能器、声学参数和脑内暴露估计等，以促进跨研究的比较与可重复性。
2024-02-15 physics.bio-ph physics.med-ph
An element-wise approach for simulating transcranial MRI-guided focused ultrasound thermal ablation
这项工作探索了一种元素明智的方法来模拟经颅MRI引导的聚焦超声（TcMRgFUS）热消融，一种无创的神经外科方法。相控阵换能器的每个元件都被单独模拟，并且可以同时加载到计算机存储器中，从而可以快速计算用于波束转向和像差校正的不同相位偏移的压力场。我们模拟了32名患者的431次声处理的压力分布，应用了治疗期间使用的相位和幅度值，并估计了由此产生的温升。我们系统地改变了CT导出的颅骨密度与声衰减和声速之间的关系，以获得预测与MR温度成像（MRTI）之间的最佳一致性。通过模拟40种额外治疗的396次超声处理验证了优化。优化后，预测和测量的产热一致（R2：0.74例患者1-32; 0.71例患者33-72）。模拟温度图中加热的尺寸和密度与MRTI相关性良好（R2：分别为0.62，0.74），但测得的加热在空间上更分散。实现消融所需的能量变化了一个数量级（3.3-36.1 kJ）。虽然这种逐元素的方法需要更多的计算时间，但它可以并行执行。它允许在阵列上的不同相位和幅度值的焦点处的三维加热的快速计算。我们还展示了如何使用这种方法来优化CT衍生的颅骨密度和声学特性之间的关系。虽然这里发现的关系需要在更大的患者群体中进一步验证，但这些结果证明了这种方法对TcMRgFUS建模的前景。
2019-09-05 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
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
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
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
MRI-Free CT-to-Ultrasound Skull Registration in Transcranial Focused Ultrasound using CMUT based Integrated Therapeutic and Imaging Arrays
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
提出一种无MRI的CT到超声颅骨配准框架，利用混合CMUT tFUS阵列结合治疗与成像，融合配准达到0.271毫米位移误差，支持全超声方法。
2026-10-07 physics.ins-det physics.med-ph
A Helmholtz equation solver using unsupervised learning: Application to transcranial ultrasound
University College of London（伦敦大学学院）
经颅超声治疗越来越多地用于脑部疾病的非侵入性治疗。然而，传统的数值波求解器目前在计算上太昂贵而不能在治疗期间在线使用以预测穿过颅骨的声场（例如，以说明受试者特异性剂量和靶向变化）。作为实现实时预测的一步，在目前的工作中，使用完全学习的优化器开发了2D异质亥姆霍兹方程的快速迭代求解器。轻量级网络架构是基于一个修改的UNet，其中包括一个学习的隐藏状态。该网络使用基于物理的损失函数和一组理想化的声速分布进行训练，完全无监督训练（不需要了解真正的解决方案）。学习的优化器在测试集上显示出优异的性能，并且能够在训练示例之外很好地泛化，包括更大的计算域以及更复杂的源和声速分布，例如，从颅骨的X射线计算机断层成像图像导出的那些。
2021-06-18 cs.LG eess.IV physics.comp-ph
ITRUSST Consensus on Biophysical Safety for Transcranial Ultrasound Stimulation
该共识由ITRUSST提出，为经颅超声刺激定义了非显著生物物理风险水平，涵盖机械指数和热效应阈值，旨在指导安全应用并补充而非替代监管标准。
2025-10-09 physics.bio-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
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
Classical and learned MR to pseudo-CT mappings for accurate transcranial ultrasound simulation
University College London（伦敦大学学院）；Fundación HM Hospitales de Madrid（马德里HM医院基金会）；CEU-San Pablo University（CEU圣巴勃罗大学）；University of Oxford（牛津大学）
用于经颅超声治疗的基于模型的治疗计划通常涉及从头部的X射线计算机断层成像（CT）图像映射颅骨的声学特性。在这里，三种方法生成伪CT图像从磁共振（MR）图像进行了比较，作为一种替代CT。在成对的MR-CT图像上训练卷积神经网络（U-Net），以根据T1加权或零回波时间（ZTE）MR图像（分别表示为tCT和zCT）生成伪CT图像。还实现了从ZTE到伪CT的直接映射（表示为cCT）。当比较测试集的伪CT和地面真实CT图像时，tCT、zCT和cCT图像的平均绝对误差在整个头部分别为133、83和145 Hounsfield单位（HU），在颅骨内分别为398、222和336 HU。还使用生成的伪CT图像进行超声模拟，并与基于CT的模拟进行比较。使用环形阵列换能器靶向视觉或运动皮质。对于基于tCT图像的模拟，模拟局灶压力、局灶位置和局灶体积的平均差异分别为9.9%、1.5 mm和15.1%，对于zCT为5.7%、0.6 mm和5.7%，对于cCT为6.7%、0.9 mm和12.1%。从ZTE映射的图像的改进结果突出了使用提高颅骨对比度的成像序列的优势。总体而言，这些结果表明，基于MR图像的声学模拟可以提供与基于CT的声学模拟相当的准确度。
2022-10-24 cs.LG physics.med-ph
The Use of Alendronate to Enhance Transcranial Transmission of Focused Ultrasound for Successful Ablations in Brain
本研究评估阿仑膦酸盐对既往MRgFUS消融失败患者的疗效，发现其可改善颅骨骨密度分布及超声通透性，提高重复MRgFUS成功率，扩大低SDR患者的治疗资格并优化决策。
2025-05-30 physics.data-an physics.med-ph
Biophysical effects and neuromodulatory dose of transcranial ultrasonic stimulation
针对经颅超声刺激参数选择难题，本文分析超声热与机械生物物理效应及其与安全性、有效性的关系，并借鉴放疗概念提出TUS剂量框架。
2024-07-03 physics.bio-ph 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
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
High resolution transcranial imaging based on the optoacoustic memory effect
已知软组织和骨骼之间的声阻抗失配会导致光声和超声图像中的强烈像差。特别重要的是人类头骨引入的严重扭曲，阻碍了这些模式的经颅脑成像。虽然通过颅骨的超声传播的建模原则上可以帮助校正一些颅骨引起的像差，但是这些方法通常受到颅骨的高度不均匀和分散的声学特性以及缺乏对其几何形状和内部结构的确切知识的挑战。在这里，我们证明了由颅骨引起的声失真的时空特性被保存为在邻近颅内位置处通过光声激励产生的信号源。利用这种光声记忆效应建立一个三维模型，准确地描述了时间分辨的宽带光声波形穿越头骨的产生，传播和检测。基于记忆的模型为基础的反演，然后示出，以准确地恢复颅骨内的光学吸收分布的空间分辨率和图像质量相比，在无颅骨介质中获得的。
2021-08-09 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
An Angular Spectrum Method for Nonlinear Propagation in Heterogeneous Tissue with Immersed Sources for 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生物医学工程联合兰珀系）
本文提出改进的角谱法（ASM），用于异质组织中超声非线性传播模拟，经颅超声与治疗超声场景，通过倾斜角校正、特殊离散化方案、源注入与边界处理优化，在精度相当的情况下较Fullwave 2显著降低内存与时间成本。
2026-08-10 physics.med-ph
An open-source framework for predicting ultrasound neuromodulation: bridging tissue elastomechanics and neuron firing dynamics
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生物医学工程系）
本研究提出开源计算框架，耦合多物理过程与多通路神经元模型，可预测超声神经调控的神经元放电区域，为超声神经调控的机制研究与安全评估提供空间分辨的可验证工具。
2026-08-07 physics.med-ph
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
Automatic skull-template alignment without a guidance image
Imperial College London（帝国理工学院）；Sonalis Imaging Limited（Sonalis成像有限公司）
MOFI通过优化全波形反演实现无需引导图像的颅骨模板对齐，提供了一种替代MRI引导的实用方法。
2026-01-20 physics.med-ph
Quantitative pulsatility measurements using 3D Dynamic Ultrasound Localization Microscopy
血流速度变化的增加（即，脉动性）与认知障碍和神经变性疾病有关。对这种现象的研究需要全脑范围的脉动测量，具有高穿透深度和高时空分辨率。基于ULM的动态超声定位显微镜（DULM）的发展，使啮齿动物大脑中的脉动测量成为可能。然而，2D成像仅访问大脑的一个切片并测量由于2D投影而导致的偏置速度。在这里，我们提出了3D DULM，它可以提取定量脉动测量在猫脑开颅手术和整个小鼠大脑通过颅骨，显示了广泛的流动血液动力学在大血管和小血管。我们强调了猫脑中血管树的脉动性降低，并通过显示小鼠脑中Willis环两侧之间的一致测量值对该方法进行了动物内验证。我们的研究为开发一种新的生物标志物迈出了第一步，该生物标志物将允许检测整个脑体积中微血管的动态异常，这可能与神经退行性疾病的早期迹象有关。
2023-03-25 physics.med-ph
Using phase data from MR temperature imaging to visualize anatomy during MRI-guided focused ultrasound neurosurgery
由于图像质量差，在经颅MRI引导聚焦超声（MRgFUS）热消融过程中识别丘脑中的神经外科目标可能具有挑战性。它们还邻近结构，如果损坏，可能会导致副作用。在这里，我们证明，在MRgFUS的MR温度成像（MRTI）的相位数据包含解剖信息，可能是有用的，在指导这一进程。在68例原发性震颤（ET）的丘脑切开术中评价了这种方法。我们发现，我们可以很容易地看到红核和丘脑底核，这些核团始终与超声处理目标坐标对齐。我们还可以持续地观察内囊，内囊需要受到热损伤的保护，以防止副作用。帕金森病患者的四个苍白球切开术的初步结果表明，这种方法也可能是有用的可视化视束除了内囊。总的来说，这种方法可以可视化解剖标志，这可能有助于完善基于图谱的MRgFUS靶向。由于相同的数据用于MRTI和解剖可视化，因此不存在由与先前获得的计划图像的配准或图像失真引起的误差，并且不需要额外的时间。
2020-05-22 physics.med-ph
A Practical Guide to Transcranial Ultrasonic Stimulation from the IFCN-endorsed ITRUSST Consortium
本文提出经IFCN认可的ITRUSST TUS实用指南，覆盖超声物理、设备、实验设计、安全规划及多技术联用，以促进规范、可重复的高质量研究。
2025-01-08 physics.bio-ph 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
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
Synthetic ultrasound images to benchmark echocardiography-based biomechanics
针对超声心脏运动估计缺乏跨供应商可复现基准的问题，本文提出由有限元生物力学模拟生成合成B-mode超声图像，提供位移、应变基准量以支持算法评估。
2024-09-06 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
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
Quantitative sub-resolution blood velocity estimation using ultrasound localization microscopy ex-vivo and in-vivo
超分辨率超声成像依赖于微泡造影剂的亚波长定位。通过跟踪单个微泡，可以估计微血管内的速度和流量。然而，2D超分辨率图像只能在成像平面中定位具有亚波长分辨率的气泡，而在仰角平面中的分辨率受到常规束宽物理的限制。由于超声成像在高度维度上整合回波，因此成像平面中单个位置处的速度估计包括贯穿成像切片厚度的信息。该切片厚度通常比超分辨率极限大几个数量级或数量级。这里示出，为了估计速度，必须考虑在仰角方向上的空间积分。该操作产生补偿高程积分的乘法校正因子。然后提出了一种基于相关的速度估计技术。校准微管体模实验被用来验证所提出的速度估计方法和所提出的高程积分校正因子。结果表明，速度测量与理论预测的流量范围内（10至90 $μ$ L/min）的考虑是一致的。然后，所提出的技术被应用到两个体内小鼠尾实验成像与人类临床浓度的微泡的低频人类临床换能器。在第一个实验中，静脉是可见的，其直径为140 $μ$ m，峰值流速为0.8 mm/s。在第二个实验中，在超分辨图像中观察到直径为120 μ $μ$ m且最大局部速度为$\approx$ ~4.4 mm/s的静脉。结果表明，这些微血管内的抛物线流动剖面是可分辨的。
2020-01-29 physics.med-ph
Enhancing Ultrasound Molecular Imaging: Toward Real-Time RPCA-Based Filtering to Differentiate Bound and Free Microbubbles
针对超声分子成像中结合态与游离微泡信号分离的难题，提出基于GPU的快速RPCA滤波方法，经仿真、仿体及小鼠体内实验验证，20帧方案兼具高精度与实时应用潜力。
2025-06-12 physics.med-ph
3D Monte Carlo Simulation of Light Distribution in Mouse Brain in Quantitative Photoacoustic Computed Tomography
光声计算机断层成像（PACT）是通过检测光致超声波来重建生物组织的光吸收对比度。由于其相对较深的穿透力（在软组织中几厘米），高空间分辨率和固有的功能灵敏度，PACT具有很大的潜力，可用于对小鼠大脑进行内源性和外源性对比成像，这引起了神经科学界的极大兴趣。然而，传统的PACT要么假设大脑内的均匀光通量，要么使用简化的衰减模型进行光通量估计。这两种方法都低估了注量异质性的复杂性，并可能导致定量成像准确性差。为了优化PACT的定量性能，我们首次探索了3D蒙特卡罗模拟，以研究在一个完整的小鼠脑模型中的光通量分布。我们在具有完整解剖信息的数字鼠标（Digimouse）大脑图谱上应用MCX蒙特卡罗模拟包。为了评估脑血管对光传递的影响，我们还将全脑血管纳入Digimouse图谱中。模拟结果清楚地表明，在小鼠大脑中的光通量是异质性的，在全球范围内，可以减少五倍，随着深度的增加。此外，脑血管的强吸收和散射也会引起局部水平的注量扰动。我们的研究结果表明，全球和局部能量密度的异质性有助于减少定量准确性的重建PACT图像的小鼠大脑。
2020-07-15 physics.bio-ph physics.med-ph physics.optics
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
Vector Flow Imaging in Layered Models With a High Speed of Sound Contrast Using Pulse-Echo Ultrasound and Photoacoustics
The University of Auckland（奥克兰大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本研究提出了一种基于折射校正的延迟求和算法，用于在具有高声速对比的分层模型中实现更准确的矢量流成像，适用于生物医学和非破坏性检测应用。
2025-12-16 eess.IV physics.med-ph
Acoustic Holography in the Megahertz Frequency Range with Optimal Lens Topologies and Nonlinear Acoustic Feedback
针对兆赫兹频段复杂声学全息图的透镜拓扑设计难题，本文提出异构角谱方法生成高保真透镜拓扑并解决波前像差问题，结合非线性低频反馈实现颅骨补偿对准与脑脊液监测，为高性能超声系统设计提供支持。
2025-08-24 physics.app-ph physics.med-ph
Super resolution imaging through the human skull
高分辨率经颅超声成像在人类一直是一个持续的挑战，超声由于成像退化的影响，从畸变和混响。这些机制在很大程度上取决于头骨形态，并且在个体之间具有很高的变异性。在这里，我们证明了人类经颅超分辨率成像的可行性，使用几何聚焦方法将能量集中在感兴趣的区域，并考虑到头骨形态的相位校正聚焦方法。结果表明，使用所提出的聚焦方法，我们可以成像一个208 $μ$ m微管背后的人颅骨幻影在两个平面外和平面内的配置。计算人颅骨颞区的个体相位校正轮廓，并将其应用于通过人颅骨体模发射-接收定制聚焦超分辨率成像序列，以2.5 MHz在68.5 mm深度处瞄准微管。将微泡造影剂稀释至1.6 $\times$ × 10 $^6$泡/mL的浓度，并通过微管灌注。它示出，通过校正颅骨像差，从管的RF信号幅度提高了1.6倍，在面外聚焦发射的情况下。在未校正的情况下，管位置的横向配准误差为990 $μ$ m，在校正的情况下，如在B模式图像中测量的，该误差减小到50 $μ$ m。在平面外成像情况下，相位校正情况下微泡检测的灵敏度增加了1.5倍，而在平面内情况下，它提高了1.3倍，同时实现了轴向配准校正，从未校正发射的初始1885 $μ$ m误差到校正对应物的284 $μ$ m误差。这些发现表明，超分辨率可以更普遍地用作大脑中的临床成像方式。
2018-11-26 cond-mat.soft 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
Centimeter-deep tissue fluorescence microscopic imaging with high signal-to-noise ratio and picomole sensitivity
本研究依托近红外超声开关荧光造影剂、高灵敏度成像系统及相关方法，首次在辐射安全阈值下实现3厘米深度组织的高信噪比、皮摩尔级灵敏度荧光显微成像，还达成多重成像，为深组织荧光显微研究开辟了新路径。
2015-10-07 physics.med-ph physics.optics
The-Bodega: A Matlab Toolbox for Biologically Dynamic Microbubble Simulations on Realistic Hemodynamic Microvascular Graphs
该研究提出Matlab工具箱The-Bodega，用于在真实血流动力学微血管图上模拟微泡动态，生成ULM基准数据，支持多种算法评估与新型成像应用。
2025-09-09 cs.SE physics.app-ph 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
Ultrathin, high-speed, all-optical photoacoustic endomicroscopy probe for guiding minimally invasive surgery
光声（PA）内窥镜在临床诊断和手术指导方面显示出巨大的潜力。多模光纤（Multimode Fibers，MMF）由于其体积小、成本低、波前整形技术可实现衍射受限的空间分辨率等优点，在微型内窥镜探头的开发中越来越受到人们的关注。然而，目前基于MMF的PA显微内镜探头要么受到笨重的超声检测器的限制，要么受到成像速度低的限制，这阻碍了它们的可用性。在这项工作中，我们报告了一种高度膨胀和高速PA显微内镜探头的开发，该探头集成在20号医用针头的套管内。该探头包括用于传递PA激发光的MMF和具有用于超声检测的平凹微谐振器的单模光纤。使用数字化激光器装置进行波前整形，能够对MMF远端的聚焦光斑进行快速光栅扫描，以进行组织询问。使用针探头以每秒约3帧的速度实现了覆盖直径为100微米的区域的小鼠红细胞的高分辨率PA成像。在纤维表征之后，通过平移针探针以实时放大视场来进行镶嵌成像。所开发的ECONOPA显微内镜探针通过实时提供组织的功能、分子和显微结构信息，有希望用于指导微创手术。
2022-05-06 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Image enhancement in acoustic-resolution photoacoustic microscopy enabled by a novel directional algorithm
声分辨光声显微镜（AR-PAM）是一种很有前途的微血管成像工具。在聚焦区域，AR-PAM的分辨率由超声换能器决定，并最终受到声衍射的限制。在离焦区域中，分辨率随着距焦平面的距离增加而劣化，这限制了焦深（DOF）。此外，分辨率和自由度之间存在折衷。先前，合成孔径聚焦技术（SAFT）和/或去卷积方法已经被证明可以增强AR-PAM图像。然而，它们遭受低分辨率、低信噪比（SNR）和/或差的图像保真度的问题。在这里，我们提出了一种新的算法AR-PAM，以提高图像的分辨率，信噪比和保真度。该算法由傅里叶累积SAFT（FA-SAFT）和基于方向模型的（D-MB）反褶积方法组成。FA-SAFT是受傅立叶去噪技术和方向SAFT的启发，主要对散焦效应进行补偿。此外，D-MB反卷积提高了分辨率，同时保持了图像的保真度，特别是对于具有线图案的物体，如微血管。用钨丝体模成像实验获得了半高宽为26-31 μ m，自由度为1.8 mm，最小分辨距离为46-49 μ m。此外，叶骨架模型的成像和小鼠血管的在体成像也证明了我们的算法是能够提供高分辨率，高信噪比，和良好的保真度的复杂结构和在体应用的结果。
2021-11-19 eess.IV physics.med-ph physics.optics
A Wireless, Multicolor Fluorescence Image Sensor Implant for Real-Time Monitoring in Cancer Therapy
University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of California, San Francisco（加州大学旧金山分校）
本文提出了一种无线多色荧光图像传感器，用于实时监测癌症治疗中的免疫细胞反应，通过无线超声波传输实现高分辨率的多色成像。
2024-06-27 cs.SY eess.SY physics.med-ph
Video-rate dual-modal forward-viewing photoacoustic and fluorescence endo-microscopy through a multimode fibre
本研究开发了一种基于多模光纤和高速数字微镜器件的视频率双模态前向视场光声与荧光内窥显微镜探针，通过波前整形实现高速高分辨率成像，并展示了其在微创医疗程序中的潜力。
2021-04-25 physics.med-ph physics.optics
