通过骨进行实验和模拟超声波束传播的比较研究

科学领域:

• 声学 声学 在声学上
• 生物医学工程 生物医学工程
• 医疗成像医学成像

背景情况:

• 跨焦超声波 (FUS) 对于神经调节和血脑屏障开放等疗法至关重要.
• 通过头骨传播超声波的精确的数值模拟对于安全有效的FUS治疗计划至关重要.
• 现有的模拟方法需要验证,以预测人类头骨内的FUS场.

研究的目的:

• 调查数值建模的准确性,以预测通过人类头骨骨的聚焦超声波传播.
• 评估开源k-Wave模拟工具箱用于跨 FUS应用程序的性能.
• 评估头骨特性对超声波场预测准确性的影响.

主要方法:

• 在超声波传播通过四个人类头骨样本 (270 kHz1 MHz) 后,使用全息技术测量了声场.
• 使用k-Wave工具箱进行了数值模拟,使用同等源和统一碗源模型.
• 在模拟中使用CT衍生的声音速度和密度值来建模头骨特性.

主要成果:

• k波模拟显示,声压幅度的平均绝对误差为15%,焦量为35%.
• 焦点位置预测准确度很高,平均误差为2.7毫米.
• 优化统一碗源的精度与更复杂的全息图源相提并论.

结论:

• 数字建模,特别是k-Wave,适用于预测跨的聚焦超声波的焦点位置和大小.
• CT衍生的声学特性准确地预测了焦点区域的几何形状,但显示了压力振幅和传输损失的限制.
• 对头骨衰减映射的进一步研究是必要的,以便在FUS治疗中准确预测压力振幅.