计算生物医学超声学PDF格式文档图书下载

第1章 治疗超声的非线性声场 1

1.1引言 1

1.2非线性声场的理论基础与计算模型 1

1.2.1超声波传播的非线性特性 1

1.2.2理想流体中有限振幅声波的线性传播方程 3

1.2.3黏滞流体中有限振幅声波的非线性传播方程 6

1.3声波非线性传播分析 14

1.3.1时域波形畸变 15

1.3.2线性与非线性声压分布对比 16

1.3.3声波传播非线性变化提升组织热效应 17

1.4高强度聚焦超声非线性特性的影响因素 18

1.4.1换能器中心频率对非线性特性的影响 18

1.4.2超声波传播深度对非线性特性的影响 19

1.4.3传播介质的声衰减系数对非线性特性的影响 20

1.5本章小结 20

主要参考文献 21

第2章 治疗超声中生物组织温度场 23

2.1引言 23

2.2治疗超声中生物组织温度场的理论与计算 23

2.2.1生物组织中超声非线性传播模型 23

2.2.2治疗超声中生物组织内温升与热传导 24

2.2.3治疗超声中生物组织热剂量 25

2.2.4治疗超声中生物组织温度场计算流程 26

2.3治疗超声中软组织温度场 27

2.3.1治疗超声中软组织温度场模型 27

2.3.2肌肉与脂肪组织中温度场特性 27

2.3.3生物组织不同声衰减系数和热导率下的温度场特性 29

2.3.4不同超声换能器参数下生物组织温度场特性 32

2.3.5治疗超声中软组织热损伤特性 35

2.4治疗超声中含血管软组织温度场 39

2.4.1含血管软组织温度场模型 39

2.4.2不同血管直径下含血管软组织温度场特性 41

2.4.3不同血管位置下含血管软组织温度场特性 42

2.4.4不同血流速度时含血管软组织温度场特性 43

2.5治疗超声中骨-组织温度场 44

2.5.1治疗超声中腿骨-软组织界面温度场模型 45

2.5.2不同的腿骨与超声焦点相对位置下腿骨-软组织界面温度场特性 46

2.5.3不同超声作用参数下腿骨-软组织界面温度场特性 49

2.5.4经颅超声治疗中颅骨-脑组织温度场模型 54

2.5.5不同超声换能器参数下经颅治疗超声中颅骨-脑组织温度场特性 56

2.6本章小结 59

主要参考文献 59

第3章 单微泡振动与声散射 62

3.1引言 62

3.2超声场中单微泡振动理论建模与仿真 62

3.2.1超声场中微泡的线性和非线性特性 62

3.2.2无包膜自由微泡振动的理论模型 64

3.2.3包膜微泡振动的理论模型 67

3.2.4单微泡振动模型求解与散射回波计算分析 70

3.3不同微泡参数对微泡振动特性及回波特性的影响 74

3.3.1微泡初始半径对微泡振动特性及回波特性的影响 74

3.3.2微泡包膜厚度对微泡振动特性及回波特性的影响 76

3.3.3包膜弹性对微泡振动特性及回波特性的影响 77

3.3.4包膜黏性对微泡振动特性及回波特性的影响 78

3.4不同介质参数对微泡振动特性及回波特性的影响 79

3.4.1介质表面张力对微泡振动特性及回波特性的影响 79

3.4.2介质黏滞系数对微泡振动特性及回波特性的影响 80

3.5不同声场参数对微泡振动特性及回波特性的影响 83

3.5.1声驱动幅度对微泡振动特性及回波特性的影响 83

3.5.2声驱动相位对微泡振动特性及回波特性的影响 85

3.5.3激励频率对微泡振动特性及回波特性的影响 87

3.5.4声驱动脉冲个数对微泡振动特性及回波特性的影响 90

3.6本章小结 92

主要参考文献 93

第4章 黏弹性介质中的微泡动力学 95

4.1引言 95

4.2黏弹性介质中的微泡振动模型研究 95

4.2.1基于Maxwell力学模型的微泡振动研究 95

4.2.2基于Kelvin-Vogit力学模型的微泡振动研究 98

4.3黏弹性介质中微泡振动的Yang-Church模型 100

4.3.1 Yang-Church模型的形成 100

4.3.2黏弹性介质中微泡振动的共振频率 102

4.4黏弹性介质中微泡振动特性分析 102

4.4.1激励声压对微泡振动特性的影响 102

4.4.2激励频率对微泡振动特性的影响 103

4.4.3微泡初始半径对微泡振动特性的影响 104

4.4.4介质表面张力对微泡振动特性的影响 105

4.4.5介质黏滞系数对微泡振动特性的影响 105

4.5黏弹性介质中的被动空化检测 106

4.5.1被动空化检测信号及频谱分析 106

4.5.2次谐波信号分析 106

4.6本章小结 109

主要参考文献 110

第5章 微泡群动力学与声散射 111

5.1引言 111

5.2理论基础及计算原理 111

5.2.1液体中双微泡模型及作用机制 111

5.2.2液体中微泡群模型构建 113

5.2.3声场中微泡群振动模型与声散射计算方法 116

5.3微泡间相互作用的Bjerknes力 117

5.3.1微泡初始半径和微泡间距对Bjerknes力的影响 117

5.3.2 Bjerknes系数及其影响因素 120

5.4液体中微泡群的动力学特性 123

5.4.1微泡群模型的理论验证 123

5.4.2基于立方体和球体结构的微泡群动力学 124

5.4.3基于高斯分布的微泡群动力学 126

5.5液体中微泡群的声散射特性 127

5.5.1基于立方体结构的微泡群的声散射特性 127

5.5.2微泡数目、初始半径和微泡间距对微泡群声散射特性的影响 129

5.6本章小结 131

主要参考文献 132

第6章 波束合成与控制 134

6.1引言 134

6.2常用超声波束合成技术 135

6.3超声自适应波束合成技术 138

6.3.1信号模型 138

6.3.2最小方差无失真响应法 140

6.3.3空间平滑技术 141

6.3.4稳健的波束合成技术 144

6.4改进的超声自适应波束合成技术 144

6.4.1特征空间自适应波束合成 144

6.4.2维纳自适应波束合成 145

6.4.3广义相干系数自适应波束合成 146

6.5聚焦波成像中的波束合成方法 147

6.6合成孔径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弱聚焦宽波束成像中的波束合成方法 158

6.9本章小结 161

主要参考文献 162

第7章 血管壁弹性模量重构 164

7.1引言 164

7.2弹性成像理论基础 164

7.2.1弹性力学基本理论 164

7.2.2弹性模量重构 165

7.3血管壁弹性模量重构有限元仿真 170

7.3.1血管壁弹性模量重构算法 170

7.3.2血管壁斑块模型的弹性模量重构 171

7.3.3弹性模量重构的评估和校正 175

7.4血管腔内超声（IVUS）成像的血管壁弹性重构 177

7.4.1实验材料和方法 177

7.4.2结果 178

7.5本章小结 179

主要参考文献 179

第8章 生物组织分数阶黏弹性测量与估计方法 181

8.1引言 181

8.2黏弹性理论及其应用 181

8.2.1整数阶黏弹性理论与模型 181

8.2.2分数阶黏弹性理论与模型 184

8.3黏弹性接触理论 188

8.3.1弹性接触理论基础 188

8.3.2黏弹性Boltzmann积分 189

8.4压痕试验 192

8.4.1试验材料制备 192

8.4.2松弛 192

8.4.3蠕变 192

8.4.4松弛和加载-卸载 193

8.5模型参数估计方法及参数物理意义 193

8.5.1模型参数估计 193

8.5.2 KVFD模型参数物理意义 197

8.6本章小结 198

主要参考文献 198

第9章 基于稀疏表达模型的超声成像及GPU并行计算 200

9.1引言 200

9.2稀疏表达模型及GPU并行计算 200

9.2.1稀疏表达模型及其应用 201

9.2.2稀疏表达的计算 202

9.2.3串行计算及并行计算 204

9.2.4基于GPU的并行计算 204

9.3基于稀疏表达模型的波束合成 205

9.3.1超声成像的波束合成问题 205

9.3.2频域波束合成 206

9.3.3应用稀疏表达模型恢复波束 207

9.4基于稀疏表达模型的解卷积 208

9.4.1超声成像的解卷积问题 208

9.4.2联合稀疏表达模型提升超声图像的分辨率 208

9.5稀疏表达模型的结果与GPU并行计算的性能分析 209

9.5.1稀疏表达模型的建立及优化问题的求解 209

9.5.2稀疏表达模型在超声波束合成的应用 212

9.5.3稀疏表达模型在超声成像解卷积的应用 212

9.5.4 GPU并行计算的实现与性能分析 216

9.6本章小结 219

主要参考文献 219

第10章 基于声辐射力的微球体操控 221

10.1引言 221

10.2基于声辐射力的微球体操控的理论基础 222

10.2.1声辐射力计算的基本原理 222

10.2.2驻波场中声辐射力的计算公式 224

10.2.3微球体与振动微泡在操控声场中的运动 225

10.3行波声场中微球体声辐射力的计算 227

10.4驻波声场中微球体声辐射力的计算 228

10.4.1微粒、微泡的声辐射力对比 228

10.4.2入射声束频率对声辐射力的影响 231

10.4.3微球体半径对声辐射力的影响 233

10.5超声驻波场中微球体运动规律的计算 235

10.5.1呈180°夹角入射的超声驻波场中微球体的运动过程 235

10.5.2呈120°夹角入射的超声驻波场中微球体的运动过程 238

10.6涡旋声场中的微球体声操控 245

10.6.1涡旋声场的研究历程 245

10.6.2圆周点声源涡旋声场的计算理论 247

10.6.3基于声涡旋的声辐射力和微粒操控 249

10.6.4涡旋声场中声操控过程的计算 250

10.7本章小结 255

主要参考文献 256

第11章 超声空化与声致液滴相变 259

11.1引言 259

11.2超声空化理论与计算原理 259

11.2.1成核机制 259

11.2.2振动过程 264

11.2.3坍塌过程 266

11.3声致液滴相变理论与计算原理 267

11.3.1声致液滴聚焦高次谐波相变机制 268

11.3.2声致液滴相变过程 270

11.4超声空化过程中的影响因素 275

11.4.1 Blake阈值 275

11.4.2异质成核阈值 275

11.4.3空化坍塌阈值 276

11.4.4空化坍塌时间 277

11.4.5空化坍塌压力 279

11.5相变液滴的聚焦效应及影响因素 280

11.5.1相变液滴的聚焦效应 280

11.5.2液滴内部声压的频率依赖性 281

11.5.3液滴内部声压的入射声压依赖性 282

11.5.4液滴内部声压的半径依赖性 283

11.6相变液滴的相变动力学过程 283

11.7本章小结 284

主要参考文献 285

第12章 光声空化 286

12.1引言 286

12.2光声空化理论与计算原理 286

12.2.1纯液体中的激光空化和光声空化 287

12.2.2光声空化成核理论基础与计算方法 288

12.2.3光声空化泡动力学特征与计算方法 297

12.3光声空化的成核过程 299

12.3.1激光诱导液体水的升温过程 299

12.3.2光声空化核的临界半径 300

12.3.3光声空化的成核率 301

12.3.4光声空化成核的声阈值 303

12.3.5光声空化成核的激光辐照度阈值 304

12.3.6激光脉冲持续时间对光声空化成核激光阈值的影响 305

12.3.7数值孔径对光声空化成核激光阈值的影响 305

12.4光声空化的动力学过程 306

12.4.1光声空化泡动力学过程特征 306

12.4.2激光辐照度对光声空化泡动力学过程的影响 307

12.4.3超声幅值对光声空化泡动力学过程的影响 308

12.4.4光声相对相位对光声空化泡动力学过程的影响 309

12.4.5光声相对相位对光声空化泡最大半径的影响 310

12.4.6数值孔径对光声空化泡最大半径的影响 310

12.4.7超声声压对光声空化泡最大半径的影响 311

12.5本章小结 311

主要参考文献 312

查看更多关于计算生物医学超声学的内容