计算生物医学超声学
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作者万明习 等
出版社科学出版社
ISBN9787030591036
出版时间2018-12
版次1
装帧其他
开本其他
纸张胶版纸
页数328页
字数480千字
定价150元
货号SC:9787030591036
上书时间2024-05-07
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内容简介:
-2章着重介绍了生物医学超声非线性声场和热场的经典理论与计算；第3-5章针对不同介质中的单微泡和微泡群，通过建模仿真详细讨论了微泡动力学及声散射问题；第6章详细讨论了波束合成的经典和前沿计算问题；第7-8章针对弹性成像介绍了组织弹性模量重建和分数阶黏弹性参量成像；第9章介绍了稀疏表达模型在超声成像中的应用；0章着重介绍了超声辐射力与微粒声操控物理原理和计算结果；1-12章主要介绍生物医学超声空化、相变与多模空化物理机制和计算仿真。
摘要:
章 治疗超声的非线性声场
1.1 引言
超声波的医学应用可以分为两种：一种是诊断超声，它是利用脉冲回波获取组织的结构图像；另一种是治疗超声，主要是应用超声的生物学效应。在治疗超声应用中，非线性的有限振幅声波产生的物理效应有声辐射压力、声流和空化效应（程建春，2012）。传统非线性声传播理论认为声速随声压的增加而增加，从而使波峰传播快而波谷传播慢，导致波形产生畸变，此时声波中除了基波外，还会衍生出谐波的成分，介质中传播的声波声压并不能采用线性声传播方程确定，而需要通过建立非线性模型和方程来求解。声波非线性的作用会使得焦点处的能量显著提升、组织吸收等热效应明显增强。由于吸收系数与频率呈现幂律关系，谐波的产生增加了超声生物效应发生的可能性。高强度聚焦超声的治疗手段正是依赖于组织的这些生物效应。由于聚焦超声在不同的强度水平所产生的生物效应不同，相应的治疗模式也不同。传统的治疗模式主要利用超声的热效应，加热的速率取决于局部的声强，组织吸热产生蛋白质热凝固变性。将超声强度进一步提高，除了热效应增强，治疗模式还可以利用伴随的达到惯性空化阈值的微泡产生的机械效应。在超高强度的超声作用下，由于焦区非线性传播的影响，超声在焦点处会形成冲击波，并因此可能产生更加强烈的空化作用，造成细胞层面的机械损伤。在现代超声治疗领域中，非线性的效应不可忽视并且已经成为治疗应用的关键技术（章东等，2014）。
本章内容着眼于高强度超声的非线性变化及生物热效应，从理想流体质点运动方程逐步推导出适合于大振幅声波在黏滞流体中的非线性声场方程，在此基础上对方程进一步做抛物线近似处理得到目前应用很为广泛的KZK方程。而后，采用频域有限差分的方法求解该方程，仿真出声波的非线性变化、非线性声场分布及热效应结果，之后探讨影响非线性变化的因素，对比阐述线性与非线性传播的差异。这些结果可对超声治疗方案的选择和参数优化提供指导，是治疗超声，尤其是超声手术研究中很基础的内容。
1.2 非线性声场的理论基础与计算模型
1.2.1 超声波传播的非线性特性
单频平面声波在无边界的理想介质中传播时，如果幅值微小，可遵循线性声波的传播理论，不存在边界反射、能量耗散和声频散等现象，波形不会发生变化。但是当初始声压逐渐增大或超声频率增大，声波传播就会偏离线性声学的传播规律，衍生出谐波成分，波形会发生畸变，基波的能量转移到谐波成分上，这就使声波传播产生了非线性变化。由频谱分析可知，圆频率为w的周期有限振幅波在耗散介质中传播会产生波形失真，可以将此时的时域波形展开成频率为w，2w，3w， ，mw的一系列简谐函数，并且随着传播距离的增加，高频分量在总能量中所占比重
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目录:
目 录
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
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