周　浩,郑音飞

(浙江大学 生物医学工程教育部重点实验室,浙江 杭州 310027)



非均匀组织医学超声非线性传播仿真

周浩,郑音飞

(浙江大学 生物医学工程教育部重点实验室,浙江 杭州 310027)

摘要:为了实现仿真医学超声波在非均匀组织中的传播过程,建立超声非线性传播计算模型.由软组织中一阶非线性波动方程推导得出“声压-质点振动速度”耦合超声非线性波动方程以降低求解复杂度.采用k空间方法对非线性波动方程组求解,在保证数值计算精度的同时降低计算的内存占用量和计算时间.通过与一维问题的解析解和二维问题的时域有限差分(FDTD)求解结果对比,验证所述模型的精度.在空间采样率为声波波长的1/9、Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)数为0.3的情况下,所述模型的平方误差为0.012 5%,而时域有限差分方法(FDTD)的平方误差为42.5%.利用体腹壁组织数字模型,进行医学超声谐波成像仿真,验证谐波成像较基波成像能够提高深部组织区域的图像质量.

关键词：非线性声学；波动方程；超声成像；k空间方法；谐波成像

临床医学中应用的医学超声通常处于较高频带范围(1～10 MHz),这导致超声波在生物组织的传播过程中伴随有显著的非线性现象.医学超声的非线性效应已被应用于医学超声成像、高强度聚焦超声治疗和低强度超声理疗等方面[1-4].生物组织中超声非线性传播仿真可应用于医学超声换能器设计、新型成像算法开发、声束畸变校正研究和医师培训等领域[5-9].相较于传统线性……