基于鲁棒水听器特征参数反演的HIFU脉冲波形重建研究
随着超声医疗器械市场在国内外的快速发展，高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)因其无创、非侵入性以及在肿瘤治疗方面的技术优势而逐渐受到公众的关注。在医疗超声领域，准确计量HIFU声场参数对于制定临床方案和保障治疗效果至关重要。近年来，水听器测量法是全球范围内应用最广泛的声场测量方法之一。然而，由于HIFU高强度的聚焦超声可能会损坏普通水听器，因此研究人员通常使用带有保护层的鲁棒水听器进行声压测量。但因带有保护层的鲁棒水听器存在非平坦的频率响应和空间平均效应问题，这可能会导致HIFU脉冲波形的畸变。因此，本文旨在探究鲁棒水听器的特征参数对HIFU脉冲波形的影响，并进一步对HIFU脉冲波形进行重建。具体完成工作如下: 1、目前，水听器声压灵敏度校准主要分为初级校准和基于参考水听器的二级校准，通过研究发现初级校准相较于二级校准存在操作过程繁琐、耗时长的缺点，为实现水听器的快速校准，论文采用二级校准比较法对水听器声压灵敏度的校准进行了研究。首先针对目前比较法校准中因相位缺失而造成的非平坦频率响应问题进行了理论分析，并通过在最小相位系统下对声压灵敏度进行希尔伯特变换获得相位信息。进一步针对比较法校准中水听器因孔径引起的空间平均效应问题进行了探讨，通过对超声场的声束宽度和水听器有效半径的分析，建立了空间平均效应修正模型。最后通过对不同类型不同孔径的水听器进行实验，修正后的平均相对误差较修正前减小9.2％,且测量不确定度接近证书值。 2、通过鲁棒水听器特征参数的反演对HIFU脉冲波形进行了重建研究。针对传统幅频反卷积重建脉冲波形方法会因为相位信息的缺失而造成计量HIFU声场参数低估，提出了复频反卷积重建脉冲波形的方法。通过对声压灵敏度频率响应和空间平均效应的定征，建立了 HIFU脉冲波形重建模型，通过实验最终确定基于复频反卷积的重建方法与传统幅频反卷积方法相比，峰值压缩声压提高了 12.4％、峰值稀疏声压提高了 16.4％、脉冲强度积分提高了 25.5％。
高强度聚焦超声;鲁棒水听器;声压测量;脉冲波形重建;特征参数反演
北京化工大学
硕士
电子信息
杨博;邢广振
2023
中文
TB551
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）