信息學院蔡夕然課題組提出基于螺旋波譜傳播的快速被動空化成像新方法

發布時間2024-01-19文章來源 信息科學與技術學院作者責任編輯劉玥

基于聲空化效應的聚焦超聲治療方法,可非侵入地暫時性開放生物屏障(例如,血-腦屏障、血管-腫瘤屏障),促進藥物在病灶內富集,或碎片化清除病變組織(如腫瘤),在腦疾病和腫瘤疾病的治療中有重要的應用價值。被動空化成像是可視化聲空化活動,確保治療安全和有效的關鍵技術。當前,被動空化成像主要基于逐像素點對超聲信號延時求和的波束形成方式重建圖像,在需要使用凸陣探頭進行大視野范圍成像的場景中面臨著算法復雜度過高的問題。

為解決這個難題,信息科學與技術學院智能醫學信息研究中心(SMIRC)蔡夕然課題組提出了一種新型的基于螺旋波譜傳播的快速被動空化成像方法,實現了毫秒級的圖像重建速度。在柱坐標下,該方法首先計算凸陣探頭所在柱面測量的螺旋波譜,并利用已知的傳遞函數依次向外傳播計算其他柱面的螺旋波譜,每次傳播可計算一個柱面的時諧聲場,實現圖像的快速重建(圖1),并在仿真和離體實驗中得到了驗證。


1基于螺旋波譜傳播的快速被動空化成像方法概述。


此外,該方法具有頻率選擇性,可以通過選擇不同頻率成分重建圖像,實時繪制不同空化狀態(穩態或慣性空化)的微氣泡活動的時空分布?;谠摲椒ǖ目焖俪上衲芰?,本工作將其與傳統B超成像相結合形成雙模態成像方法,在肝臟仿體實驗中展示其在大視野場景下實時定位和監測微泡聲空化活動所在解剖位置的能力(圖2)。該方法可以應用于使用凸陣探頭實時監測聲空化活動的場景中,為聲空化治療技術形成安全、高效、可靠的治療方案積累關鍵技術。

此項工作由上??萍即髮W獨立完成,得到了學校機電能源與電子器件科研平臺的大力支持。該研究成果以“Passive Acoustic Mapping for Convex Arrays with the Helical Wave Spectrum Method”為題在線發表于醫學影像領域知名期刊IEEE Transactions on Medical Imaging。信息學院2022級博士研究生朱卉為第一作者,2022級碩士研究生曾一為共同作者,蔡夕然教授為通訊作者。

全文鏈接:https://ieeexplore.ieee.org/document/10387410


2 被動空化成像與B超結合的雙模態成像方法監測肝臟仿體中的聲空化活動情況。HWS:螺旋波譜法;FD-DAS:頻率域延時求和法;TD-DAS:時域延時求和法。