导语

  

内容提要

  

    生物医学超声学是声学与生物医学交叉而形成的重要领域。鉴于计算仿真技术在生物医学超声领域研究中的重要地位，西安交通大学生物医学超声课题组撰写了本书。万明习、冯怡、路舒宽等著的《计算生物医学超声学》简明、系统地介绍了计算生物医学超声学的概念和内涵，从治疗超声非线性声场、温度场、微泡动力学及非线性特性、超声成像前沿技术、超声微粒操控和空化等若干方面展开了系统深入的阐述，兼顾经典理论与最新研究成果。
    本书适用于生物医学超声相关课程的本科及研究生教学，更适合有志于了解或从事生物医学超声计算相关工作的研究生、科研工作者、工程技术人员和临床医生使用。

第1章  治疗超声的非线性声场
  1.1  引言
  1.2  非线性声场的理论基础与计算模型
    1.2.1  超声波传播的非线性特性
    1.2.2  理想流体中有限振幅声波的线性传播方程
    1.2.3  黏滞流体中有限振幅声波的非线性传播方程
  1.3  声波非线性传播分析
    1.3.1  时域波形畸变
    1.3.2  线性与非线性声压分布对比
    1.3.3  声波传播非线性变化提升组织热效应
  1.4  高强度聚焦超声非线性特性的影响因素
    1.4.1  换能器中心频率对非线性特性的影响
    1.4.2  超声波传播深度对非线性特性的影响
    1.4.3  传播介质的声衰减系数对非线性特性的影响
  1.5  本章小结
  主要参考文献
第2章  治疗超声中生物组织温度场
  2.1  引言
  2.2  治疗超声中生物组织温度场的理论与计算
    2.2.1  生物组织中超声非线性传播模型
    2.2.2  治疗超声中生物组织内温升与热传导
    2.2.3  治疗超声中生物组织热剂量
    2.2.4  治疗超声中生物组织温度场计算流程
  2.3  治疗超声中软组织温度场
    2.3.1  治疗超声中软组织温度场模型
    2.3.2  肌肉与脂肪组织中温度场特性
    2.3.3  生物组织不同声衰减系数和热导率下的温度场特性
    2.3.4  不同超声换能器参数下生物组织温度场特性
    2.3.5  治疗超声中软组织热损伤特性
  2.4  治疗超声中含血管软组织温度场
    2.4.1  含血管软组织温度场模型
    2.4.2  不同血管直径下含血管软组织温度场特性
    2.4.3  不同血管位置下含血管软组织温度场特性
    2.4.4  不同血流速度时含血管软组织温度场特性
  2.5  治疗超声中骨-组织温度场
    2.5.1  治疗超声中腿骨-软组织界面温度场模型
    2.5.2  不同的腿骨与超声焦点相对位置下腿骨-软组织界面温度场特性
    2.5.3  不同超声作用参数下腿骨-软组织界面温度场特性
    2.5.4  经颅超声治疗中颅骨-脑组织温度场模型
    2.5.5  不同超声换能器参数下经颅治疗超声中颅骨-脑组织温度场特性
  2.6  本章小结
  主要参考文献
第3章  单微泡振动与声散射
  3.1  引言
  3.2  超声场中单微泡振动理论建模与仿真
    3.2.1  超声场中微泡的线性和非线性特性
    3.2.2  无包膜自由微泡振动的理论模型
    3.2.3  包膜微泡振动的理论模型
    3.2.4  单微泡振动模型求解与散射回波计算分析
  3.3  不同微泡参数对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.3.1  微泡初始半径对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.3.2  微泡包膜厚度对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.3.3  包膜弹性对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.3.4  包膜黏性对微泡振动特性及回波特性的影响
  3.4  不同介质参数对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.4.1  介质表面张力对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.4.2  介质黏滞系数对微泡振动特性及回波特性的影响
  3.5  不同声场参数对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.5.1  声驱动幅度对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.5.2  声驱动相位对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.5.3  激励频率对微泡振动特性及回波特性的影响
    3.5.4  声驱动脉冲个数对微泡振动特性及回波特性的影响
  3.6  本章小结
  主要参考文献
第4章  黏弹性介质中的微泡动力学
  4.1  引言
  4.2  黏弹性介质中的微泡振动模型研究
    4.2.1  基于Maxwell力学模型的微泡振动研究
    4.2.2  基于Kelvin-Vogit力学模型的微泡振动研究
  4.3  黏弹性介质中微泡振动的Yang-Church模型
    4.3.1  Yang-Church模型的形成
    4.3.2  黏弹性介质中微泡振动的共振频率
  4.4  黏弹性介质中微泡振动特性分析
    4.4.1  激励声压对微泡振动特性的影响
    4.4.2  激励频率对微泡振动特性的影响
    4.4.3  微泡初始半径对微泡振动特性的影响
    4.4.4  介质表面张力对微泡振动特性的影响
    4.4.5  介质黏滞系数对微泡振动特性的影响
  4.5  黏弹性介质中的被动空化检测
    4.5.1  被动空化检测信号及频谱分析
    4.5.2  次谐波信号分析
  4.6  本章小结
  主要参考文献
第5章  微泡群动力学与声散射
  5.1  引言
  5.2  理论基础及计算原理
    5.2.1  液体中双微泡模型及作用机制
    5.2.2  液体中微泡群模型构建
    5.2.3  声场中微泡群振动模型与声散射计算方法
  5.3  微泡间相互作用的Bjerknes力
    5.3.1  微泡初始半径和微泡间距对Bjerknes力的影响
    5.3.2  Bjerknes系数及其影响因素
  5.4  液体中微泡群的动力学特性
    5.4.1  微泡群模型的理论验证
    5.4.2  基于立方体和球体结构的微泡群动力学
    5.4.3  基于高斯分布的微泡群动力学
  5.5  液体中微泡群的声散射特性
    5.5.1  基于立方体结构的微泡群的声散射特性
    5.5.2  微泡数目、初始半径和微泡间距对微泡群声散射特性的影响
  5.6  本章小结
  主要参考文献
第6章  波束合成与控制
  6.1  引言.
  6.2  常用超声波束合成技术
  6.3  超声自适应波束合成技术
    6.3.1  信号模型
    6.3.2  最小方差无失真响应法
    6.3.3  空间平滑技术
    6.3.4  稳健的波束合成技术
  6.4  改进的超声自适应波束合成技术
    6.4.1  特征空间自适应波束合成
    6.4.2  维纳自适应波束合成
    6.4.3  广义相干系数自适应波束合成
  6.5  聚焦波成像中的波束合成方法
  6.6  合成孔径成像中的波束合成方法
  6.7  平面波成像中的波束合成方法
  6.8  弱聚焦宽波束成像中的波束合成方法
  6.9  本章小结
  主要参考文献
第7章  血管壁弹性模量重构
  7.1  引言
  7.2  弹性成像理论基础
    7.2.1  弹性力学基本理论
    7.2.2  弹性模量重构
  7.3  血管壁弹性模量重构有限元仿真
    7.3.1  血管壁弹性模量重构算法
    7.3.2  血管壁斑块模型的弹性模量重构
    7.3.3  弹性模量重构的评估和校正
  7.4  血管腔内超声（IVUS）成像的血管壁弹性重构
    7.4.1  实验材料和方法
    7.4.2  结果
  7.5  本章小结
  主要参考文献
第8章  生物组织分数阶黏弹性测量与估计方法
  8.1  引言
  8.2  黏弹性理论及其应用
    8.2.1  整数阶黏弹性理论与模型
    8.2.2  分数阶黏弹性理论与模型
  8.3  黏弹性接触理论
    8.3.1  弹性接触理论基础
    8.3.2  黏弹性Boltzmann积分
  8.4  压痕试验
    8.4.1  试验材料制备
    8.4.2  松弛
    8.4.3  蠕变
    8.4.4  松弛和加载-卸载
  8.5  模型参数估计方法及参数物理意义
    8.5.1  模型参数估计
    8.5.2  KVFD模型参数物理意义
  8.6  本章小结
  主要参考文献
第9章  基于稀疏表达模型的超声成像及GPU并行计算
  9.1  引言
  9.2  稀疏表达模型及GPU 并行计算
    9.2.1  稀疏表达模型及其应用
    9.2.2  稀疏表达的计算
    9.2.3  串行计算及并行计算
    9.2.4  基于GPU 的并行计算
  9.3  基于稀疏表达模型的波束合成
    9.3.1  超声成像的波束合成问题
    9.3.2  频域波束合成
    9.3.3  应用稀疏表达模型恢复波束
  9.4  基于稀疏表达模型的解卷积
    9.4.1  超声成像的解卷积问题
    9.4.2  联合稀疏表达模型提升超声图像的分辨率
  9.5  稀疏表达模型的结果与GPU并行计算的性能分析
    9.5.1  稀疏表达模型的建立及优化问题的求解
    9.5.2  稀疏表达模型在超声波束合成的应用
    9.5.3  稀疏表达模型在超声成像解卷积的应用
    9.5.4  GPU并行计算的实现与性能分析
  9.6  本章小结
  主要参考文献
第10章  基于声辐射力的微球体操控
  10.1  引言
  10.2  基于声辐射力的微球体操控的理论基础
    10.2.1  声辐射力计算的基本原理
    10.2.2  驻波场中声辐射力的计算公式
    10.2.3  微球体与振动微泡在操控声场中的运动
  10.3  行波声场中微球体声辐射力的计算
  10.4  驻波声场中微球体声辐射力的计算
    10.4.1  微粒、微泡的声辐射力对比
    10.4.2  入射声束频率对声辐射力的影响
    10.4.3  微球体半径对声辐射力的影响
  10.5  超声驻波场中微球体运动规律的计算
    10.5.1  呈180°夹角入射的超声驻波场中微球体的运动过程
    10.5.2  呈120°夹角入射的超声驻波场中微球体的运动过程
  10.6  涡旋声场中的微球体声操控
    10.6.1  涡旋声场的研究历程
    10.6.2  圆周点声源涡旋声场的计算理论
    10.6.3  基于声涡旋的声辐射力和微粒操控
    10.6.4  涡旋声场中声操控过程的计算
  10.7  本章小结
  主要参考文献
第11章  超声空化与声致液滴相变
第12章  光声空化