目 錄
第1章 治療超聲的非線性聲場(chǎng)1
1.1 引言1
1.2 非線性聲場(chǎng)的理論基礎(chǔ)與計(jì)算模型1
1.2.1 超聲波傳播的非線性特性1
1.2.2 理想流體中有限振幅聲波的線性傳播方程3
1.2.3 黏滯流體中有限振幅聲波的非線性傳播方程6
1.3 聲波非線性傳播分析14
1.3.1 時(shí)域波形畸變15
1.3.2 線性與非線性聲壓分布對(duì)比16
1.3.3 聲波傳播非線性變化提升組織熱效應(yīng)17
1.4 高強(qiáng)度聚焦超聲非線性特性的影響因素18
1.4.1 換能器中心頻率對(duì)非線性特性的影響18
1.4.2 超聲波傳播深度對(duì)非線性特性的影響19
1.4.3 傳播介質(zhì)的聲衰減系數(shù)對(duì)非線性特性的影響20
1.5 本章小結(jié)20
主要參考文獻(xiàn)21
第2章 治療超聲中生物組織溫度場(chǎng)23
2.1 引言23
2.2 治療超聲中生物組織溫度場(chǎng)的理論與計(jì)算23
2.2.1 生物組織中超聲非線性傳播模型23
2.2.2 治療超聲中生物組織內(nèi)溫升與熱傳導(dǎo)24
2.2.3 治療超聲中生物組織熱劑量25
2.2.4 治療超聲中生物組織溫度場(chǎng)計(jì)算流程26
2.3 治療超聲中軟組織溫度場(chǎng)27
2.3.1 治療超聲中軟組織溫度場(chǎng)模型27
2.3.2 肌肉與脂肪組織中溫度場(chǎng)特性27
2.3.3 生物組織不同聲衰減系數(shù)和熱導(dǎo)率下的溫度場(chǎng)特性29
2.3.4 不同超聲換能器參數(shù)下生物組織溫度場(chǎng)特性32
2.3.5 治療超聲中軟組織熱損傷特性35
2.4 治療超聲中含血管軟組織溫度場(chǎng)39
2.4.1 含血管軟組織溫度場(chǎng)模型39
2.4.2 不同血管直徑下含血管軟組織溫度場(chǎng)特性41
2.4.3 不同血管位置下含血管軟組織溫度場(chǎng)特性42
2.4.4 不同血流速度時(shí)含血管軟組織溫度場(chǎng)特性43
2.5 治療超聲中骨-組織溫度場(chǎng)44
2.5.1 治療超聲中腿骨-軟組織界面溫度場(chǎng)模型45
2.5.2 不同的腿骨與超聲焦點(diǎn)相對(duì)位置下腿骨-軟組織界面溫度場(chǎng)特性46
2.5.3 不同超聲作用參數(shù)下腿骨-軟組織界面溫度場(chǎng)特性49
2.5.4 經(jīng)顱超聲治療中顱骨-腦組織溫度場(chǎng)模型54
2.5.5 不同超聲換能器參數(shù)下經(jīng)顱治療超聲中顱骨-腦組織溫度場(chǎng)特性56
2.6 本章小結(jié)59
主要參考文獻(xiàn)59
第3章 單微泡振動(dòng)與聲散射62
3.1 引言62
3.2 超聲場(chǎng)中單微泡振動(dòng)理論建模與仿真62
3.2.1 超聲場(chǎng)中微泡的線性和非線性特性62
3.2.2 無(wú)包膜自由微泡振動(dòng)的理論模型64
3.2.3 包膜微泡振動(dòng)的理論模型67
3.2.4 單微泡振動(dòng)模型求解與散射回波計(jì)算分析70
3.3 不同微泡參數(shù)對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響74
3.3.1 微泡初始半徑對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響74
3.3.2 微泡包膜厚度對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響76
3.3.3 包膜彈性對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響77
3.3.4 包膜黏性對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響78
3.4 不同介質(zhì)參數(shù)對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響79
3.4.1 介質(zhì)表面張力對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響79
3.4.2 介質(zhì)黏滯系數(shù)對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響80
3.5 不同聲場(chǎng)參數(shù)對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響83
3.5.1 聲驅(qū)動(dòng)幅度對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響83
3.5.2 聲驅(qū)動(dòng)相位對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響85
3.5.3 激勵(lì)頻率對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響87
3.5.4 聲驅(qū)動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)對(duì)微泡振動(dòng)特性及回波特性的影響90
3.6 本章小結(jié)92
主要參考文獻(xiàn)93
第4章 黏彈性介質(zhì)中的微泡動(dòng)力學(xué)95
4.1 引言95
4.2 黏彈性介質(zhì)中的微泡振動(dòng)模型研究95
4.2.1 基于Maxwell力學(xué)模型的微泡振動(dòng)研究95
4.2.2 基于Kelvin-Vogit力學(xué)模型的微泡振動(dòng)研究98
4.3 黏彈性介質(zhì)中微泡振動(dòng)的Yang-Church模型100
4.3.1 Yang-Church模型的形成100
4.3.2 黏彈性介質(zhì)中微泡振動(dòng)的共振頻率102
4.4 黏彈性介質(zhì)中微泡振動(dòng)特性分析102
4.4.1 激勵(lì)聲壓對(duì)微泡振動(dòng)特性的影響102
4.4.2 激勵(lì)頻率對(duì)微泡振動(dòng)特性的影響103
4.4.3 微泡初始半徑對(duì)微泡振動(dòng)特性的影響104
4.4.4 介質(zhì)表面張力對(duì)微泡振動(dòng)特性的影響105
4.4.5 介質(zhì)黏滯系數(shù)對(duì)微泡振動(dòng)特性的影響105
4.5 黏彈性介質(zhì)中的被動(dòng)空化檢測(cè)106
4.5.1 被動(dòng)空化檢測(cè)信號(hào)及頻譜分析106
4.5.2 次諧波信號(hào)分析106
4.6 本章小結(jié)109
主要參考文獻(xiàn)110
第5章 微泡群動(dòng)力學(xué)與聲散射111
5.1 引言111
5.2 理論基礎(chǔ)及計(jì)算原理111
5.2.1 液體中雙微泡模型及作用機(jī)制111
5.2.2 液體中微泡群模型構(gòu)建113
5.2.3 聲場(chǎng)中微泡群振動(dòng)模型與聲散射計(jì)算方法116
5.3 微泡間相互作用的Bjerknes力117
5.3.1 微泡初始半徑和微泡間距對(duì)Bjerknes力的影響117
5.3.2 Bjerknes系數(shù)及其影響因素120
5.4 液體中微泡群的動(dòng)力學(xué)特性123
5.4.1 微泡群模型的理論驗(yàn)證123
5.4.2 基于立方體和球體結(jié)構(gòu)的微泡群動(dòng)力學(xué)124
5.4.3 基于高斯分布的微泡群動(dòng)力學(xué)126
5.5 液體中微泡群的聲散射特性127
5.5.1 基于立方體結(jié)構(gòu)的微泡群的聲散射特性127
5.5.2 微泡數(shù)目、初始半徑和微泡間距對(duì)微泡群聲散射特性的影響129
5.6 本章小結(jié)131
主要參考文獻(xiàn)132
第6章 波束合成與控制134
6.1 引言.134
6.2 常用超聲波束合成技術(shù)135
6.3 超聲自適應(yīng)波束合成技術(shù)138
6.3.1 信號(hào)模型138
6.3.2 最小方差無(wú)失真響應(yīng)法140
6.3.3 空間平滑技術(shù)141
6.3.4 穩(wěn)健的波束合成技術(shù)144
6.4 改進(jìn)的超聲自適應(yīng)波束合成技術(shù)144
6.4.1 特征空間自適應(yīng)波束合成144
6.4.2 維納自適應(yīng)波束合成145
6.4.3 廣義相干系數(shù)自適應(yīng)波束合成146
6.5 聚焦波成像中的波束合成方法147
6.6 合成孔徑成像中的波束合成方法151
6.7 平面波成像中的波束合成方法153
6.8 弱聚焦寬波束成像中的波束合成方法158
6.9 本章小結(jié)161
主要參考文獻(xiàn)162
第7章 血管壁彈性模量重構(gòu)164
7.1 引言164
7.2 彈性成像理論基礎(chǔ)164
7.2.1 彈性力學(xué)基本理論164
7.2.2 彈性模量重構(gòu)165
7.3 血管壁彈性模量重構(gòu)有限元仿真170
7.3.1 血管壁彈性模量重構(gòu)算法170
7.3.2 血管壁斑塊模型的彈性模量重構(gòu)171
7.3.3 彈性模量重構(gòu)的評(píng)估和校正175
7.4 血管腔內(nèi)超聲（IVUS）成像的血管壁彈性重構(gòu)177
7.4.1 實(shí)驗(yàn)材料和方法177
7.4.2 結(jié)果178
7.5 本章小結(jié)179
主要參考文獻(xiàn)179
第8章 生物組織分?jǐn)?shù)階黏彈性測(cè)量與估計(jì)方法181
8.1 引言181
8.2 黏彈性理論及其應(yīng)用181
8.2.1 整數(shù)階黏彈性理論與模型181
8.2.2 分?jǐn)?shù)階黏彈性理論與模型184
8.3 黏彈性接觸理論188
8.3.1 彈性接觸理論基礎(chǔ)188
8.3.2 黏彈性Boltzmann積分189
8.4 壓痕試驗(yàn)192
8.4.1 試驗(yàn)材料制備192
8.4.2 松弛192
8.4.3 蠕變192
8.4.4 松弛和加載-卸載193
8.5 模型參數(shù)估計(jì)方法及參數(shù)物理意義193
8.5.1 模型參數(shù)估計(jì)193
8.5.2 KVFD模型參數(shù)物理意義197
8.6 本章小結(jié)198
主要參考文獻(xiàn)198
第9章 基于稀疏表達(dá)模型的超聲成像及GPU并行計(jì)算200
9.1 引言200
9.2 稀疏表達(dá)模型及GPU 并行計(jì)算200
9.2.1 稀疏表達(dá)模型及其應(yīng)用201
9.2.2 稀疏表達(dá)的計(jì)算202
9.2.3 串行計(jì)算及并行計(jì)算204
9.2.4 基于GPU 的并行計(jì)算204
9.3 基于稀疏表達(dá)模型的波束合成205
9.3.1 超聲成像的波束合成問(wèn)題205
9.3.2 頻域波束合成206
9.3.3 應(yīng)用稀疏表達(dá)模型恢復(fù)波束207
9.4 基于稀疏表達(dá)模型的解卷積208
9.4.1 超聲成像的解卷積問(wèn)題208
9.4.2 聯(lián)合稀疏表達(dá)模型提升超聲圖像的分辨率208
9.5 稀疏表達(dá)模型的結(jié)果與GPU并行計(jì)算的性能分析209
9.5.1 稀疏表達(dá)模型的建立及優(yōu)化問(wèn)題的求解209
9.5.2 稀疏表達(dá)模型在超聲波束合成的應(yīng)用212
9.5.3 稀疏表達(dá)模型在超聲成像解卷積的應(yīng)用212
9.5.4 GPU并行計(jì)算的實(shí)現(xiàn)與性能分析216
9.6 本章小結(jié)219
主要參考文獻(xiàn)219
第10章 基于聲輻射力的微球體操控221
10.1 引言221
10.2 基于聲輻射力的微球體操控的理論基礎(chǔ)222
10.2.1 聲輻射力計(jì)算的基本原理222
10.2.2 駐波場(chǎng)中聲輻射力的計(jì)算公式224
10.2.3 微球體與振動(dòng)微泡在操控聲場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)225
10.3 行波聲場(chǎng)中微球體聲輻射力的計(jì)算227
10.4 駐波聲場(chǎng)中微球體聲輻射力的計(jì)算228
10.4.1 微粒、微泡的聲輻射力對(duì)比228
10.4.2 入射聲束頻率對(duì)聲輻射力的影響231
10.4.3 微球體半徑對(duì)聲輻射力的影響233
10.5 超聲駐波場(chǎng)中微球體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的計(jì)算235
10.5.1 呈180°夾角入射的超聲駐波場(chǎng)中微球體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程235
10.5.2 呈120°夾角入射的超聲駐波場(chǎng)中微球體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程238
10.6 渦旋聲場(chǎng)中的微球體聲操控245
10.6.1 渦旋聲場(chǎng)的研究歷程245
10.6.2 圓周點(diǎn)聲源渦旋聲場(chǎng)的計(jì)算理論247
10.6.3 基于聲渦旋的聲輻射力和微粒操控249
10.6.4 渦旋聲場(chǎng)中聲操控過(guò)程的計(jì)算250
10.7 本章小結(jié)255
主要參考文獻(xiàn)256
第11章 超聲空化與聲致液滴相變259
11.1 引言259
11.2 超聲空化理論與計(jì)算原理259
11.2.1 成核機(jī)制259
11.2.2 振動(dòng)過(guò)程264
11.2.3 坍塌過(guò)程266
11.3 聲致液滴相變理論與計(jì)算原理267
11.3.1 聲致液滴聚焦高次諧波相變機(jī)制268
11.3.2 聲致液滴相變過(guò)程270
11.4 超聲空化過(guò)程中的影響因素275
11.4.1 Blake閾值275
11.4.2 異質(zhì)成核閾值275
11.4.3 空化坍塌閾值276
11.4.4 空化坍塌時(shí)間277
11.4.5 空化坍塌壓力279
11.5 相變液滴的聚焦效應(yīng)及影響因素280
11.5.1 相變液滴的聚焦效應(yīng)280
11.5.2 液滴內(nèi)部聲壓的頻率依賴性281
11.5.3 液滴內(nèi)部聲壓的入射聲壓依賴性282
11.5.4 液滴內(nèi)部聲壓的半徑依賴性283
11.6 相變液滴的相變動(dòng)力學(xué)過(guò)程283
11.7 本章小結(jié)284
主要參考文獻(xiàn)285
第12章 光聲空化286
12.1 引言286
12.2 光聲空化理論與計(jì)算原理286
12.2.1 純液體中的激光空化和光聲空化287
12.2.2 光聲空化成核理論基礎(chǔ)與計(jì)算方法288
12.2.3 光聲空化泡動(dòng)力學(xué)特征與計(jì)算方法297
12.3 光聲空化的成核過(guò)程299
12.3.1 激光誘導(dǎo)液體水的升溫過(guò)程299
12.3.2 光聲空化核的臨界半徑300
12.3.3 光聲空化的成核率301
12.3.4 光聲空化成核的聲閾值303
12.3.5 光聲空化成核的激光輻照度閾值304
12.3.6 激光脈沖持續(xù)時(shí)間對(duì)光聲空化成核激光閾值的影響305
12.3.7 數(shù)值孔徑對(duì)光聲空化成核激光閾值的影響305
12.4 光聲空化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程306
12.4.1 光聲空化泡動(dòng)力學(xué)過(guò)程特征306
12.4.2 激光輻照度對(duì)光聲空化泡動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響307
12.4.3 超聲幅值對(duì)光聲空化泡動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響308
12.4.4 光聲相對(duì)相位對(duì)光聲空化泡動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響309
12.4.5 光聲相對(duì)相位對(duì)光聲空化泡最大半徑的影響310
12.4.6 數(shù)值孔徑對(duì)光聲空化泡最大半徑的影響310
12.4.7 超聲聲壓對(duì)光聲空化泡最大半徑的影響311
12.5 本章小結(jié)311
主要參考文獻(xiàn)312