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
Pulsed laser diode excitation for transcranial photoacoustic imaging
本文提出通过延长脉冲持续时间以提高经颅光电声成像信号，利用低峰值功率的PLD激发在厚颅骨中实现高灵敏度成像。
2025-03-12 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 forward-adjoint operator pair based on the elastic wave equation for use in transcranial photoacoustic tomography
光声计算机断层成像（PACT）是一种新兴的成像方式，其利用光学对比度和超声检测原理来形成光声诱导的组织内的初始压力分布的图像。PACT重建问题对应于一个逆源问题，其中的初始压力分布是从辐射波场的测量恢复。经颅PACT脑成像的主要挑战是补偿由于颅骨的存在而导致的测量数据中的畸变。当超声波传播通过颅骨时，它们经历吸收、散射和声波-剪切波模式转换。为了正确解释这些影响，应该采用基于波动方程的反演方法，该方法可以模拟颅骨的非均匀弹性特性。在这项工作中，建立了一个基于三维弹性波方程的时域有限差分离散的正演模型，并提出了计算相应的伴随算子的程序。这些运营商采用多个图形处理单元（GPU）的大规模并行实现也被开发。开发的数值框架进行验证和研究，在计算机模拟和实验体模研究，其设计的动机是经颅PACT应用程序。
2017-09-08 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
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
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
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
Stochastic numerical head phantoms to enable virtual imaging studies of transcranial photoacoustic computed tomography
针对经颅光声计算断层扫描中缺乏评估框架的问题，提出一种生成真实3D随机数值头部体模的框架，通过赋予其真实光学与声弹性属性加速成像方法开发。
2025-10-10 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
In vivo Adaptive Focusing for Clinical Contrast-Enhanced Transcranial Ultrasound Imaging in Human
以高空间和时间分辨率对人脑血管进行成像在当今的临床中仍然具有挑战性。经颅超声几乎不用于脑血管成像，这是由于低灵敏度和由颅骨引起的强相位畸变，即使使用超声造影剂注射（微泡），也只能进行主要脑血管成像。在这里，我们提出了一种自适应像差校正技术的颅骨像差的背散射信号来自静脉注射微泡的基础上。我们的像差校正技术被实施为通过颞和枕骨窗口对成年人的脑血管系统进行成像。对于每个病人，一个有效的声速，以及一个相位像差的配置文件，确定在几个等晕补丁遍布图像。该信息随后被用于波束成形过程。它提高了超快多普勒成像和超声定位显微镜（ULM）的图像质量，特别是在厚骨窗的情况下。对于超快多普勒图像，对比度平均增加了4dB，对于ULM，检测到的微泡轨迹数量增加了38%。因此，这项技术有望更好地诊断和随访脑病变，如动脉瘤或中风，并可能使经颅超声成像，即使在特别难以成像的患者。
2022-10-06 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
BabelBrain: An Open-Source Application for Prospective Modeling of Transcranial Focused Ultrasound for Neuromodulation Applications
BabelBrain 是一款开源 GUI 工具，用于经颅聚焦超声神经调控的声场与热效应模拟，支持多 GPU 后端，并通过数值研究优化声学属性映射以复现经颅压力传输效率。
2023-04-12 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
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
Observation of guided acoustic waves in a human skull
人类颅骨对超声波的传播构成了显著的障碍。因此，开发能够更有效地将超声传输到大脑和从大脑传输的方法对于超声介导的经颅成像或致动技术的进步至关重要。我们报告的第一次观察到的导声波在近场的离体人类头骨标本的频率范围在0.2和1.5 MHz之间。与先前在薄啮齿动物头骨中观察到的导波传播相反，在较高频率范围内观察到的导波对应于准瑞利波，主要局限于骨皮质层。新发现的人类头骨的近场特性有望促进基于经颅超声的更有效的诊断和治疗技术的发展。
2018-06-03 cond-mat.mtrl-sci 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
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
Transcranial Photoacoustic Imaging for Human Intracranial Pressure Evaluation
本文提出一种多波长经颅光声断层成像系统，通过颞骨实现大脑中动脉血氧饱和度的动态定量监测，建立氧合变化与颅内压之间的关系，为卒中诊断和神经介入提供非侵入性工具。
2025-08-22 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
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
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
3D transcranial Dynamic Ultrasound Localization Microscopy in the mouse brain using a Row-Column Array
本研究利用行列阵列（RCA）和动态超声定位显微镜（DULM）序列，在小鼠大脑中实现了高时空分辨率的3D经颅血流测量，验证了该方法在脑血管成像中的可行性与可重复性。
2024-06-03 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
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
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
Single-shot 3D photoacoustic computed tomography with a densely packed array for transcranial functional imaging
研究开发了一种配备3072通道密集半球形超声换能器阵列的PACT系统，实现20 Hz单次三维成像，成功克服颅骨声衰减与光穿透限制，在组织体模和人类受试者中验证了实时活体经颅功能成像的潜力。
2023-06-26 eess.IV physics.ins-det physics.med-ph
Prediction and near-field observation of skull-guided acoustic waves
在水或软生物组织中传播的超声波在遇到颅骨时被强烈反射，这限制了基于超声的技术在经颅成像和治疗应用中的使用。目前对颅骨声学特性的了解仅限于远场观测，而其近场特性尚未探索。我们报告存在的头骨引导声波，这是在此确认的近场测量光声诱导的反应，在离体小鼠头骨浸在水中。导波的色散被发现合理地同意与多层平板模型的预测。人们普遍认为，我们的研究结果可能会促进和扩大超声介导技术在脑诊断和治疗中的应用。
2016-09-15 cond-mat.other physics.med-ph
Inverse Problem Approach to Aberration Correction for in vivo Transcranial Imaging Based on a Sparse Representation of Contrast-enhanced Ultrasound Data
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
Wavefront Shaping of Ultrasound Vortex through the Human Skull Enabled by Binary Acoustic Metasurfaces
School of Engineering Medicine, Beihang University（北京航空航天大学工程医学院）；Beijing Advanced Innovation Center for Biomedical Engineering（北京生物医学工程高精尖创新中心）；Shenzhen Institute of Beihang University（北京航空航天大学深圳研究院）
本研究利用二进制声学超材料实现跨颅骨引导的超声涡流，通过时间反演技术校正颅骨相位畸变，生成可控的声学涡流，为生物医学应用提供新途径。
2026-01-18 physics.app-ph physics.bio-ph 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
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
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
Influence of bone microstructure on ultrasound loss through skull-mimicking digital phantoms
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
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
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
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
The choice of viscous or viscoelastic models affects attenuation and velocity determination in simplified skull-mimicking digital phantoms
研究探讨了粘性与粘弹性模型对颅骨模拟假体中衰减和相速度的影响，揭示不同模型在预测声学特性时的差异。
2025-12-09 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
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
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
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
Rapid MRI-Based Synthetic CT Simulations for Precise tFUS Targeting
提出完全无CT的tFUS模拟框架，通过深度学习从T1-MRI生成合成CT并结合全波与加速模拟方法，实现亚毫米级靶向精度并大幅节省模拟时间，支持无辐射临床规划。
2025-07-11 physics.bio-ph 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
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
