超声相控阵多焦点、多频调幅辐射力HIFU损伤瞬态响应剪切波成像

主要研究：(1)提出和建立基于相控阵多焦点辐射力的适合高精度和高信噪比的动态剪切波成像激励工作模式，包括相控阵多焦点辐射力激发平面剪切波前的脉冲波激励方法和脉冲调幅波激励方法。(2)在成像基本方法方面：提出和建立基于相关技术的动态剪切波弹性和粘弹性成像方法, 包括建立相控阵多焦点辐射力剪切波3维瞬态位移分布模型和重构剪切弹性模量和剪切粘性系数参数成像方法。(3)在成像实验方面：分别实施在均匀和含椭球硬组织的非均匀仿体中脉冲波和脉冲调幅波相控阵多焦点辐射力工作模式的动态剪切波成像方法实验。(4)基于相控阵多焦点辐射力剪切波的脉冲波和脉冲调幅波成像模式用于HIFU焦点损伤前、中、后整个过程的分段、分离剪切弹性模量和粘性系数参数成像的研究，形成有效的HIFU损伤瞬态过程的超声动态剪切波粘弹性成像监控方法；本项目研究对推进超声图像引导和监控的HIFU高效、精细治疗研究具有重要的学术和应用价值。

项目按研究计划对声辐射力瞬态响应HIFU损伤剪切波成像的若干方法进行了深入研究。研究中首先对动态声辐射力剪切波在非均匀非耗散和非均匀耗散组织中传播特性进行了深入研究，揭示了非均匀非耗散组织中可能发生的剪切波压缩和伸张双向运动，该特征应用于损伤边界界定；研究还包括损伤组织声辐射力脉冲响应剪切波成像估计以及对组织内声辐射力3维分布特性提取和建模。其次针对分层组织进行粘弹性研究，用激光多普勒跟踪表面波和用全数字化超声平面波成像实时跟踪分层组织剪切波，从而建立了脉冲响应的粘弹特性分离方法和组织热损伤分离粘弹特性的应用，进一步的研究涉及脉冲响应HIFU损伤剪切波的光学和声学的精确测量成像并进行对比。课题组对提出的组合阵元相控阵实施二焦点动态辐射力剪切波激励，对剪切波振动位移分布分析、建立粘弹性分离方法和超声平面波成像实时跟踪方法，在成像数据的剪切位移的相关基础方法方面：建立了基于相关的时间峰值方法（Time-to-peak, TTP）、渡越时间方法（Time-of-flight, TOP）从而进行剪切波成像。本课题还拓宽研究内容发展了一种新型的声辐射力剪切波声-光成像（Acousto-Optic Imaging）模式的探索，建立了Monte Carlo 模型的声辐射力剪切波光散射子相位跟踪方法，用相位增量跟踪声辐射力剪切波前并估计剪切波速，用于鉴别HIFU损伤的硬度。最后，为了提高辐射力振动声成像深部组织图像对比度、图像质量、信噪比和抑制驻波建立了相位编码激励的动态辐射力弹性成像方法，其中包括线性调频、伪随机编码、Barker和Golay的相位编码，对相关辐射力的推导，成像点扩散函数PSF和硬度进行了研究；对提高辐射力振动声成像的成像速度的球面线阵相控阵方法进行了研究，采用球面阵元相控阵的声场计算方法以及矩阵和矩阵伪逆算法对球面线阵相控阵计算动态辐射力系统点扩散函数PSF的分布特性，对三种阵元分布(分隔型、交替型和随机交替型)的辐射力和剪切应力进行了研究。