Super-Resolution Posterior Ocular Microvascular Imaging Using 3-D Ultrasound Localization Microscopy With a 32X32 Matrix Array
Southern California, Los Angeles, CA, USA（南加州）；USC Roski Eye Institute（南加州大学罗斯基眼科研究所）；Department of Radiology, Mayo Clinic, College of Medicine and Science（梅奥诊所医学院放射系）；University of Rochester, MN, USA（罗切斯特大学）
利用区域依赖的SOS波束成形和时空去噪技术，实现高分辨率后眼超声定位显微镜成像，提升微血管检测精度和信号质量。
2025-12-16 physics.bio-ph physics.med-ph
3-D Stochastic Numerical Breast Phantoms for Enabling Virtual Imaging Trials of Ultrasound Computed Tomography
超声计算机断层成像（USCT）是一种新兴的乳腺成像方式，可以产生描述组织声学特性的定量图像。计算机模拟研究，也被称为虚拟成像试验，为研究人员提供了一个经济和方便的途径，系统地探索成像系统的设计和图像重建方法。在模拟临床使用的成像技术时，必须采用逼真的数字体模，以便于客观或基于任务的图像质量评估。此外，当计算客观图像质量测量时，应当采用这样的体模的集合，其显示代表待成像患者群组的解剖结构和对象属性的可变性。目前缺乏用于USCT临床相关应用的这种随机幻影。在这项工作中，提出了一种方法，用于生产逼真的三维（3D）数字乳房体模，使临床相关的计算机模拟研究的USCT乳腺成像。通过扩展和调整现有的随机3D乳房模型与USCT一起使用，建立了用于创建数值声学乳房模型的集合的方法。这些乳房体模将在乳房大小、组成、声学特性、肿瘤位置和组织纹理方面具有临床相关变化。为了演示虚拟USCT研究中使用的幻影，两个简短的案例研究，解决图像重建程序的开发和评估。通过使用所提出的方法和52组模拟USCT测量数据的集合产生的乳房体模的示例已被开源用于图像重建开发
2022-06-22 physics.med-ph
An anthropomorphic thyroid phantom for ultrasound-guided radiofrequency ablation of nodules
本文开发并验证了一种模拟甲状腺及周围关键结构的拟人化体模，通过多步骤模具浇铸和多种物理特性测试，证明其可用于超声引导下甲状腺结节射频消融的开发与培训。
2023-07-21 physics.med-ph
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
A gel wax phantom for performance evaluation in diagnostic ultrasound: assessment of image uniformity, geometric accuracy, and diameter of a hyperechoic target
目的：通过将目标嵌入凝胶蜡中来确定图像均匀性、横向和轴向分辨率以及不锈钢圆盘的直径，开发并确认诊断超声（US）扫描仪的体模。材料与方法：测定了凝胶蜡的声学特性，包括超声传播速度（cus）、声阻抗（Z）和衰减系数。使用脉冲回波技术估计cus和衰减系数。Z由样品密度（\r{ho}）和cus的乘积获得。使用聚四氟乙烯（PTFE）板构造两个矩形框架，所述矩形框架具有间隔5、10和20 mm距离的孔。将尼龙长丝和SS盘（直径= 16.8mm）穿过框架并适当地放置在熔化的凝胶蜡中以获得正交目标。使用计算机断层扫描（CT）和2-9 MHz US探头测量目标。结果：凝胶蜡的AP为cus=1418 m/s，\r{ho} = 0.87 g/cm 3，Z=1.23 MRayls，衰减系数为0.88 dB/cm/MHz。将目标的US成像结果与其物理尺寸进行比较，并作为扫描仪和探头的基线。体模US图像中距离测量的最大误差为7.1%，62周内体模体积减少了1.8%。结论：凝胶蜡可用于开发可广泛应用的价格合理、高度稳定和可定制的诊断性US体模。
2022-12-14 physics.med-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
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
Influence of bone microstructure on ultrasound loss through skull-mimicking digital phantoms
University of Utah（犹他大学）
研究探讨了骨微结构对超声衰减的影响，发现孔隙率和孔径影响插入损失，650kHz下衰减-HU关系不确定，影响CT衍生声学模型。
2025-08-06 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
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
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
Will pleural fluid affect surface wave speed measurements of the lung using lung ultrasound surface wave elastography: experimental and numerical studies on sponge phantom?
胸腔积液表现为胸腔积液压迫肺实质，导致低氧血症。医疗程序，如多种流体的引流，释放这种压缩并增加氧合。然而，胸腔积液对肺实质弹性的影响尚不清楚。应用肺超声表面波弹性成像技术（LUSWE）和有限元法（FEM），在海绵体模型研究中，通过测量表面波速度，评价胸腔积液对浅表肺实质弹性的影响。将不同厚度的超声传输凝胶模拟胸腔积液插入置于海绵和支架垫之间的避孕套中。使用机械振动器在海绵体模上产生100 - 300 Hz不同频率的振动，同时使用超声换能器捕获运动，以测量海绵的表面波速度。基于实验装置进行了有限元分析，并数值评估了胸腔积液对海绵表面波速度的影响。我们发现超声波传输凝胶的厚度的影响是统计学上不显着的海绵在100和150 Hz的表面波速度从实验的有限元。
2018-06-01 eess.SP 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
PRO-TIP: Phantom for RObust automatic ultrasound calibration by TIP detection
ImFusion GmbH（ImFusion有限公司）；Technische Universität München（慕尼黑工业大学）
我们提出了一种新的方法来自动校准跟踪超声探头。为此，我们设计了一个自定义体模，由九个不同高度的圆锥体组成。尖端用作多个扫描之间匹配的关键点。我们使用卷积神经网络来提取它们，以分割每个超声帧中的锥体，然后在扫描中跟踪它们。使用RANSAC稳健地估计校准，并随后采用基于图像的技术进行改进。我们的幻影可以3D打印，并提供了许多优于最先进方法的优势。体模设计和算法代码可在网上免费获得。由于我们的体模本身不需要跟踪目标，因此与当前使用的技术相比，易用性得到了改善。全自动方法推广到新的探头和不同的供应商，如我们的实验所示。我们的方法产生的结果可比的领域专家获得的校准。
2022-06-13 cs.CV cs.LG physics.med-ph
Evaluation of dental implant stability in bone phantoms: comparison between a quantitative ultrasound technique and resonance frequency analysis
背景共振频率分析和定量超声方法已被建议用于评估牙种植体初期稳定性。目的比较两种技术在不同骨模中植入同种牙种植体的效果。材料与方法采用不同的骨小梁密度和皮质厚度值来评价骨质量对相应指标（UI和ISQ）的影响。还研究了种植体插入深度和最终钻头直径的影响。结果随着骨小梁密度、皮质厚度和种植体旋紧程度的增加，ISQ值增加，UI值降低。当植入物直径变化时，所有最终钻头直径的UI值均显著不同（两个除外），而对于小于3.2 mm和大于3.3 mm的所有最终钻头直径，ISQ值是相似的。与RFA技术相比，QUS设备的参数估计误差在4到8倍之间。与RFA技术相比，提供了与种植体稳定性相关的不同参数的更好估计。
2019-05-20 physics.class-ph 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
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
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
Pixel-reassignment in Ultrasound Imaging
我们提出了一个适应的像素重新分配技术，从共聚焦荧光显微镜相干超声成像。该方法，超声像素重新分配（UPR），提供了一个分辨率和信噪比（SNR）的改善，超声成像通过计算重新分配使用传统的平面波复合超声采集的离焦信号。我们从理论上分析了像素重分配的光学和超声实现之间的相似性，并通过实验评估了仿组织声学体模的成像质量。我们证明了UPR在体外扫描中提供了$25\%$分辨率的改善和$3dB$ SNR的改善，而没有任何硬件或采集方案的变化。
2022-01-24 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
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
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
Coherent Multi-Transducer Ultrasound Imaging
扩展孔径具有极大地改善超声成像性能的潜力。这项工作通过相干复合从多个换能器接收的射频数据来扩展有效孔径尺寸。提出了一种由$N$同步矩阵阵组成的超声成像系统，每个阵具有部分共享的视场，轮流发射平面波。每次只有一个探头发送，而所有$N$探头同时接收。在不使用任何外部跟踪设备的情况下，实现了组合来自多个换能器的信息所需的亚波长定位精度。在这项研究中开发的方法是基于由相同的换能器接收到的背散射回波的研究，并导致在由系统的多个超声波探头的声介质中的目标散射体点。通过优化这些回波之间的互相关，推导出当前换能器位置以及介质中的声速。该方法在2-D使用超声点和无回声病变幻影和第一次演示的徒手实验也示出了实验证明。结果表明，相干多换能器成像具有改善超声图像质量，提高分辨率和目标可检测性的潜力。横向分辨率、对比度和对比噪声比分别从使用单个探头时的0.67 mm、-6.708 dB和0.702提高到相干多换能器成像情况下的0.18 mm、-7.251 dB和0.721。
2019-03-05 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
Ultrafast Ultrasound Imaging for 3D Shear Wave Absolute Vibro-Elastography
本工作将平面波成像引入三维S-WAVE，通过Verasonics系统同步采集，缩短采集时间83-88%，并应用三维旋度算子提高弹性估计精度，在体模和离体牛肝上验证了效果。
2023-07-25 eess.IV physics.med-ph
Pulse-echo ultrasound attenuation tomography
提出首个脉冲回波超声二维衰减成像技术，利用转向发射与互相关构建线性断层问题，经Tikhonov正则化求解，在体模中验证可高精度解析横向衰减变化，并可结合CUTE实现多模态成像。
2024-03-13 physics.med-ph
Functional Spectral Imaging by Ultrasound (FSIU): A Spectral-Theoretic Basis for Functional Ultrasound
提出FSI/FSIU谱理论成像框架，利用椭圆算子本征模偏移、Hadamard公式与正则化变分反演恢复组织功能参数，仿真实现亚毫米定位和毫克级检测。
2025-10-17 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
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
3-D Coherent Multi-Transducer Ultrasound Imaging with Sparse Spiral Arrays
相干多换能器超声（CoMTUS）通过多个阵列的相干组合产生扩展的有效孔径，从而产生具有增强的分辨率、扩展的视场和更高的灵敏度的图像。相干波束形成数据所需的多个换能器的亚波长定位精度通过使用从目标点反向散射的回波来实现。在这项研究中，CoMTUS首次在3-D成像中使用一对256个元件的2-D稀疏螺旋阵列实现和演示，该阵列保持低通道数并限制要处理的数据量。该方法的成像性能进行了研究，使用模拟和幻影测试。实验证明了自由手操作的可行性。结果表明，在一个单一的密集阵列系统相比，使用相同的总数量的有源元件，所提出的CoMTUS系统提高了空间分辨率（高达10倍）的方向，其中两个阵列对齐，对比度噪声比（CNR，高达30%），和广义CNR（高达11%）。总体而言，CoMTUS显示出更窄的主瓣和更高的对比度噪声比，这导致了更大的动态范围和更好的目标检测能力。
2022-11-06 physics.med-ph
Ultrasound Shear Wave Elasticity Imaging with Spatio-Temporal Deep Learning
Institute of Medical Technology and Intelligent Systems, Hamburg University of Technology（汉堡工业大学医学技术与智能系统研究所）
超声剪切波弹性成像是一种有价值的工具，用于量化组织的弹性特性。通常，剪切波速度被导出并映射到弹性值，其忽略诸如传播剪切波的形状或推动序列特性的信息。我们提出了3D时空CNN，用于从超声数据中快速估计局部弹性。这种方法是基于检索弹性性能的剪切波传播在小的局部区域。一个大的训练数据集，从均匀的明胶phantomenum范围从17.42 kPa到126.05 kPa与各种推动位置的机器人获得。结果表明，我们的方法可以估计弹性性能的像素的基础上，平均绝对误差为5.01 ± 4.37 kPa。此外，我们估计局部弹性独立的推动位置，甚至可以执行准确的估计内的推动区域。对于嵌入式夹杂物的幻影，我们报告了一个53.93%的低MAE（7.50 kPa）和85.24%（1.64 kPa）的背景相比，传统的剪切波方法。总的来说，我们的方法提供了快速的局部估计的弹性性能与小的时空窗口大小。
2022-04-28 cs.LG 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
3D Super-Resolution Ultrasound with Adaptive Weight-Based Beamforming
针对3D超分辨率超声中DAS波束形成主瓣大、旁瓣高导致微泡难以分离的问题，提出基于通道信号方差等自适应权重的相干波束形成器，以低成本显著缩窄主瓣并抑制旁瓣，在仿真和兔肾实验中取得最佳成像效果。
2022-08-25 eess.IV eess.SP physics.med-ph
open-UST: An Open-Source Ultrasound Tomography Transducer Array System
需要快速成像方法来促进超声断层扫描（UST）的广泛临床应用，并且更广泛可用的UST硬件可以支持新测量配置的实验验证。在这项工作中，开发了一个开源的256元件传感器环形阵列（morganjroberts.github.io/open-UST），并使用快速原型制造，仅需2k英镑。使用了新的制造技术，得到了1.17 $^{\circ}$的平均束轴偏斜角、104 $μ$ m的平均元件位置误差和$\pm$ 13.6 $μ$ m的匹配层厚度偏差。使用水听器扫描和水击数据测量标称声学性能，并且发现61.2 dB SNR、55.4 $^{\circ}$开度角、16.3 mm波束宽度和54%收发带宽（-12 dB）与现有系统相似，并且与全波形反演重建方法兼容。在不使用归一化的情况下，声学性能的元件间变化通常<10%，这意味着在图像重建期间可以对元件进行相同的建模，从而消除了基于水听器测量的单个源定义的需要。最后，从一个幻影实验的数据被成功地重建。这些结果表明，开放式UST系统是用户可访问的，适合于UST成像研究。
2023-02-20 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
SHEAR-net: An End-to-End Deep Learning Approach for Single Push Ultrasound Shear Wave Elasticity Imaging
超声剪切波弹性成像（USWE）与传统的B型成像表现出更好的性能在病变分割和分类问题。在这篇文章中，我们提出了一种端到端的深度神经网络--剪切网络，它可以从跟踪的组织位移数据中重建USWE图像，这些数据是由单个声辐射力（ARF）引起的，其能量是传统使用的100%或50%。剪切网络由一个称为S-网络的定位器组成，首先定位病变位置，然后使用递归层从使用不同时间帧的波模式中提取时间相关性，最后，使用估计器，从S-网络和递归层的级联输出重建剪切模量图像。该网络使用800模拟和有限数量的CIRS组织模拟体模数据进行训练，并使用多任务学习损失函数进行优化，其中任务是：包含定位和模量估计。建议的剪切网络的有效性进行了广泛的评估，定性和定量的125个测试集的运动数据从模拟和CIRS幻影。我们表明，所提出的方法始终优于目前最先进的方法，并实现整体4-5 dB的改善PSNR和SNR。此外，DSC和SSIM值的平均增益为0.15，表明剪切网络具有更好的包裹体覆盖面积和结构相似性的两种方法。所提出的基于实时深度学习的技术可以准确地估计0.5 $μ$ m的最小组织位移的剪切模量，并使用单次推送ARF对多个夹杂物进行成像。
2019-02-13 eess.IV 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
Optical quantification of harmonic acoustic radiation force excitation in a tissue-mimicking phantom
光学跟踪被用来表征声辐射力（ARF）引起的位移在仿组织体模。使用振幅调制（AM）3.3 MHz超声在植入10 μm微球的体模中诱发ARF，使用显微物镜和高速摄像机跟踪微球。对于正弦和平方AM的基波和二次和三次谐波频率的谐波分量进行了测量。位移幅值随ARF线性增加，直到10 μm，正弦调制的峰峰值比平方调制低19.5%。平方调制几乎没有产生二次谐波，但能量存在于三次谐波中。对于正弦调制，能量存在于二次谐波中，并且低能量存在于三次谐波中。有限元模型被用来模拟的变形，是定性和定量的测量一致。
2016-08-30 physics.med-ph physics.optics
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
Ultrasound modulated optical tomography in scattering media: flux filtering based on persistent spectral hole burning in the optical diagnosis window
超声调制光学层析成像（UOT）是一种功能强大的成像技术，可以根据其光学特征区分健康和不健康的生物组织。在众多的检测技术开发的声光成像，只有那些基于光谱滤波是本质上免疫散斑去相关。本文报道了在中等强度（200 G）的磁场中，利用Tm：YAG晶体的光谱烧孔进行UOT成像。深而持久的孔转化为更高效的UOT成像，具有更高的对比度和更快的成像帧速率。我们证明了这种方法的潜力成像校准幻影散射凝胶。
2018-08-28 physics.atom-ph physics.med-ph physics.optics
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
Development of a Novel Robot for Transperineal Needle Based Interventions: Focal Therapy, Brachytherapy and Prostate Biopsies
Grenoble University Hospital（格勒诺布尔大学医院）；TIMC-GMCAO Lab (CNRS UMR 5525)（TIMC-GMCAO实验室（CNRS UMR 5525））
目的：我们报告什么是我们所知的初步经验，一个新的三维超声机器人系统的前列腺近距离治疗援助，焦点治疗和前列腺活检。其在术中跟踪前列腺运动的能力使其能够管理运动并将针引导到预定义的目标。材料与方法：创建了一个机器人系统，用于经直肠超声引导的针植入术结合术中前列腺跟踪。实验是在总共9个移动的、可变形的合成前列腺体模中嵌入的90个目标上进行的。实验涉及试图将玻璃珠尽可能靠近多模态拟人成像体模中的目标。结果通过分割插入珠在计算机断层扫描体积的幻影。结果如下：机器人在体模中达到所选目标的中位精度为2.73 mm，前列腺运动中位精度为5.46 mm。心尖部的精度优于基底部（2.28 vs 3.83 mm，p <0.001），水平和倾斜针倾斜的精度相似（2.7 vs 2.82 mm，p = 0.18）。结论：据我们所知，这个用于前列腺病灶治疗、近距离放射治疗和靶向前列腺活检的机器人是第一个使用术中前列腺运动跟踪来引导针进入前列腺的系统。初步实验表明，尽管前列腺运动，它仍有能力达到目标。
2012-08-31 cs.RO physics.med-ph
Diffuse ultrasound computed tomography for medical imaging
提出了一种用于医学成像的超声计算机断层成像（USCT）的替代方法，目的是（i）缩短具有大量发射器的设备的采集时间，（ii）消除校准步骤，以及（iii）抑制仪器噪声。该方法受地震环境场干涉法的启发，基于扩散超声波场的主动激发和通过台站间相关提取确定性走时信息。为了减少随机误差和加速收敛，系综干涉图获得的相位加权叠加的观测和计算的相关图，产生相同的实现随机源。模仿乳房成像设置，作为发射器和随机实现的数量的函数的行进时间测量的准确性可以通过分析和用于现实乳房体模的光谱元件模拟来评估。结果保证层析重建与直或X射线的方法，其中固有的随机波动的影响可以显着小于主观选择的正则化的影响。这项工作构成了第一个概念性研究和必要的前奏，未来的实施。
2022-01-24 physics.geo-ph physics.med-ph
Experimental Validation of Ultrasound Beamforming with End-to-End Deep Learning for Single Plane Wave Imaging
Netherlands Cancer Institute（荷兰癌症研究所）；University of Twente（特文特大学）；Centrum Wiskunde & Informatica（数学和计算机科学中心）；Utrecht University（乌得勒支大学）；Radboudumc（拉德堡德大学医学中心）
本研究针对单平面波超声成像质量下降问题，提出将f-k migration作为可微分层纳入端到端深度学习网络，实验证明该方法在所有指标上提升图像质量且仅需少量训练数据。
2024-04-22 cs.LG eess.IV physics.med-ph
A Reconfigurable Pipelined-SAR ADC with Embedded Compression for Temporal Compressed-Sensing Ultrasound Imaging
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
该研究提出嵌入式压缩的可重构流水线SAR ADC，用于超声成像的RF数据时间压缩，在保留点目标几何的同时降低数据速率，且可通过压缩比权衡性能。
2026-09-01 eess.SP physics.med-ph
Volumetric ultrasound imaging with a sparse matrix array and integrated fiber-optic sensing for robust needle tracking in interventional procedures
Department of Anaesthesia, University College London Hospital（伦敦大学学院医院麻醉科）；School of Science and Engineering, University of Dundee（邓迪大学科学与工程学院）
本研究提出一种结合稀疏矩阵阵列和光纤传感的体积超声成像系统，用于实现介入手术中针具的三维跟踪，提升微创手术的安全性和有效性。
2026-01-10 physics.bio-ph physics.med-ph
A-SEE2.0: Active-Sensing End-Effector for Robotic Ultrasound Systems with Dense Contact Surface Perception Enabled Probe Orientation Adjustment
Worcester Polytechnic Institute（伍斯特理工学院）
本文提出A-SEE2.0机器人超声系统，利用双RGB-D相机和机器人控制算法实现探头对皮肤表面的自动正交对准，无需术前数据，体模和活体实验验证了其定位精度和临床可行性。
2025-03-07 cs.RO physics.med-ph
Ultrasound Autofocusing: Common Midpoint Phase Error Optimization via Differentiable Beamforming
本文提出一种基于可微波束形成优化共中点相位误差的超声自动聚焦方法，通过拟合声速场校正相位畸变，提升图像聚焦质量，并在模拟、体模和活体实验中验证了其有效性。
2025-08-28 eess.IV 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
Photoacoustic digital brain: numerical modelling and image reconstruction via deep learning
光声层析成像（PAT）是一种新兴的医学成像技术，它结合了超声成像和纯光学成像的优点，具有高对比度和深穿透深度的特点。最近，PAT在人脑成像中进行了研究。然而，当超声波通过人体颅骨组织时，会发生强烈的声衰减和畸变，导致光声信号失真。在这项工作中，我们使用10个磁共振血管造影（MRA）人脑体积，并手动分割它们，以获得用于PAT的2D人脑数字体模。该数字化模型包含头皮、颅骨、白质、灰质、血管和大脑皮层六种组织。对于每个数值模型，光学特性被分配给每种组织。然后，基于Monte-Carlo的光学模拟部署，以获得光声初始压力。在此基础上，我们进行了两种情况的k波模拟：一种是考虑介质不均匀和声速不均匀的情况，另一种是不考虑介质不均匀和声速不均匀的情况。然后将前一种方法的传感器数据作为U-网的输入，后一种方法的传感器数据作为U-网的输出，对网络进行训练。我们随机选取7幅人脑PA正弦图作为训练集，3幅人脑PA正弦图作为测试集。实验结果表明，该方法能较好地校正颅骨声像差，并能较好地获得人脑血管的分布。
2021-09-19 eess.IV 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
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
Ultrasound-Guided Real-Time Spinal Motion Visualization for Spinal Instability Assessment
Chair for Computer Aided Medical Procedures and Augmented Reality（计算机辅助医疗程序与增强现实主席职位）；Technical University of Munich（慕尼黑技术大学）；Munich Center for Machine Learning (MCML)（慕尼黑机器学习中心）；University of Hong Kong（香港大学）
本研究提出利用机器人超声与CBCT结合，实现低辐射的实时3D脊柱运动可视化，用于评估脊柱不稳定。
2026-02-13 cs.AI physics.med-ph
Real-time optoacoustic tracking of single moving micro-objects in deep tissue-mimicking phantoms
医学影像学在多种疾病的诊断和治疗中发挥着重要作用。这是一个不断发展的领域，寻求提高灵敏度和时空分辨率，以允许动态监测发生在微米和纳米级的各种生物过程。用于靶向诊断和治疗的新兴技术，如纳米治疗剂、微型植入物、导管和小型医疗工具，在人体内执行功能时，也需要精确定位和监测。在这项工作中，我们首次展示了使用多光谱光声层析成像（MSOT）对低于厘米厚组织模仿幻影的移动单个微物体的实时跟踪。该技术结合了超声成像在深度和分辨率方面的优势与光学方法的分子特异性，从而有助于区分微观物体的光谱特征与内在组织分子的光谱特征。通过用金纳米棒涂覆微物体表面，所得的MSOT信号在对比度和特异性方面得到进一步改善，具有独特的吸收光谱，这将允许它们在转化为体内设置时与周围生物组织区分开。
2019-04-29 physics.app-ph physics.chem-ph physics.med-ph
