高强度聚焦超声波场的三维被动声学映射使用由旋转的一维线性阵列产生的稀疏合成孔径

科学领域:

• 超声波物理与工程 超声波物理与工程
• 医疗成像医学成像
• 声波场重建的声音场重建

背景情况:

• 准确的焦点可视化对于安全有效的高强度聚焦超声波 (HIFU) 治疗至关重要.
• 被动声学映射 (PAM) 提供了一种非侵入性的方法,可以使用分散的超声波信号重建声场.

研究的目的:

• 引入和评估用于HIFU中3D光束重建的合成光圈策略,使用旋转的1D线性超声波探针.
• 为了比较各种合成光圈配置的性能,包括一个新的斐波那契螺旋阵列.

主要方法:

• 一个64个元素的1D线性超声波探针在预定义的角度机械旋转,以创建五个合成光圈配置 (1D线性,交叉线性,离散环形,随机稀疏,斐波纳契螺旋).
• 使用全光圈阵列作为性能比较的参考.
• 重建的声场根据结构相似性 (SSIM),峰值侧叶水平 (PSL),平均平方误差和不同平面的输出质量进行了评估.

主要成果:

• 斐波那契螺旋阵列表现出最平衡的性能,实现了高结构相似性 (SSIM = 0.711在X-Y) 和强大的侧叶抑制 (PSL = -12.538dB在Y-Z).
• 它的性能在分辨率和定位精度方面与全光圈阵列紧密相匹配.
• 基于螺旋的采样在所有评估的平面上始终产生了高的输出质量.

结论:

• 基于螺旋的采样,特别是斐波纳契螺旋阵列,为治疗性超声波中的体积PAM提供了硬件效率高和高保真度的解决方案.
• 这种方法为传统的2D矩阵阵列提供了切实可行的替代方案,以提供准确的HIFU指导.