骨微观结构对超声波损失的影响,通过模仿头骨的数字幻影

科学领域:

• 医疗成像医学成像
• 声学 声学 在声学方面
• 生物物理学的生物物理.

背景情况:

• 跨的聚焦超声波 (tFUS) 需要通过头骨进行精确的超声波传输.
• 全波模拟可以预测和纠正超声波偏差,需要了解骨声学特性.
• 计算机断层扫描 (CT) 霍恩斯菲尔德单位 (HU) 常用于估计头骨的声学特性,但可能对带微观结构不敏感.

研究的目的:

• 研究骨和骨髓微观结构如何影响声学特性之间的关系,特别是超声损失和CT Hounsfield Units (HU).
• 要确定典型的临床CT分辨率 (0.5毫米) 是否足以准确地描述头骨声学衰减.

主要方法:

• 超声波插入损失是使用k-Wave模拟计算的数字幻影模拟头骨骨,具有不同的多孔度 (0-75%) 和孔径 (0.2-1.0毫米).
• 模拟使用连续的230 kHz或650 kHz超声波源.
• 插入损失被定义为通过幻影的平均压力与仅用水作为参考的平均压力的比率,有或没有吸收.

主要成果:

• 在230kHz时,微观结构对超声波损失的影响最小.
• 在650kHz时,插入损失取决于孔径和孔径.
• 较大的孔径通常导致更高的超声损失;吸收幻影增加了损失,特别是在较小的孔径.
• 连贯反射影响了较小孔幽灵的损失,而散射则破坏了较大的孔幽灵的相连贯性.

结论:

• 超声衰减和CT HU之间的关系在650 kHz时不确定,因为它取决于孔径和孔径.
• 头骨骨的CT衍生声学模型必须考虑到微观结构的变异性,因为单个HU到减弱值是不够的.
• 较粗的微结构 (较大的孔隙) 呈现出较高的超声损失,而不是同等孔隙的较细的微结构,与散射原理保持一致.