一种基于边界积分和有限元素的合的跨膜超声波焦点校正的有效方法

科学领域:

• 医学物理 医学物理
• 计算声学 计算机声学
• 生物医学工程 生物医学工程

背景情况:

• 跨的聚焦超声波为大脑疾病提供了非侵入性治疗.
• 精确的手术内聚焦对于治疗成功至关重要.
• 头骨诱导的超声波偏差使得数字模拟复杂化,因为计算成本很高.

研究的目的:

• 开发一种有效的计算策略,以补偿头骨引起的超声波偏差.
• 为了实现实时超声波模拟,以改善跨的聚焦超声波治疗.
• 为了减少在基于头骨的模拟中解决声波方程的计算负担.

主要方法:

• 将边界积分方程方法 (BIEM) 与有限元素方法 (FEM) 结合起来.
• 使用BIEM在骨边界上推导罗宾到迪里奇莱特地图.
• 采用双插值来将BIEM地图与FEM矩阵相结合,用于减少计算领域.

主要成果:

• 拟议的BIEM-FEM方法确保了与元素尺寸减少的趋同,减少了压力误差.
• 在桌面上实现了显著更快的模拟时间:0.47s (2D) 和43.72s (3D).
• 在经过相位校正的情况下,经过骨对焦的准确性有所提高 (例如,3D中的0.28mm误差与没有校正的3.07mm相比).

结论:

• 结合的BIEM-FEM策略有效地克服了模拟间聚焦超声波的计算挑战.
• 这种方法可以在线进行超声波模拟,在治疗过程中促进实时调整.
• 这种方法在推进非侵入性脑疾病治疗方面具有重大潜力.