微裂纹的非线性超声检测研究进展

非线性超声对微裂纹具有较高的检测灵敏度.本文从理论模型、数值模拟和实验检测3个方面综述了非线性超声检测微裂纹的研究进展.基于微裂纹面的"呼吸"效应和"滑移"机制,介绍了非线性超声检测微裂纹的理论模型.从微裂纹的非线性响应和几何参数对非线性超声的影响规律及微裂纹定位方面,介绍了非线性超声检测微裂纹的数值模拟与实验研究进展...     

多功能生物医学超声:分子影像、给药与神经调控

超声作为一种安全、经济、便携、快速的成像方法,已经广泛应用于临床的各个领域并几乎涉及每一种人体器官和每一个医学分支.近年来,随着重大疾病早期诊疗的迫切需求,结合物理、工程、技术的综合发展,提出了超声分子成像、定点给药、超声神经调控及诊疗一体化等新技术,生物医学超声将从单纯的成像手段转变为具有精确诊断、调控和治疗的多种功能.本文首先简要介绍生物医学超声基本物理特征(波动、力学和热效应),然后结合我们的研究工作回顾近几年超声在生物医学中的新研究进展(分子影像、操控给药和神经调控等方面),并探讨超声诊疗一体化和超声神经调控在精准医学和脑科学中的应用前景.     

金属材料的超声衰减特征及辨识的新方法

利用超声技术研究了辨识金属材料的方法.以成分相近、热处理温度相同和成分相同但热处理温度不同的多个金属材料为例,计算了金属材料对不同频率超声波的衰减系数,分析了同一频率下采样率对超声衰减谱稳定性的影响,研究了金属材料的微观组织对超声衰减的影响.结果表明,采样率越高,衰减谱的多次实验计算越趋于稳定;金属材料的超声衰减谱与其微观组织结构密切相关,其携带有金属材料的微观组织特征信息;利用金属间超声衰减谱相关系数可辨识金属材料,对贵重金属、金属文物等的防伪与辨识提供了一定的参考依据.     

材料损伤的非线性超声评价研究进展

非线性超声技术由于能够克服传统线性超声的不足,对于微纳尺度缺陷(如位错、微裂纹等)较为敏感,受到研究者的广泛关注.本文介绍了非线性超声技术检测材料损伤的基本原理;对传播过程中非线性超声波与材料微观结构相互作用的理论研究以及非线性超声技术检测、评估材料损伤的实验研究进展进行了综述;最后基于非线性超声损伤检测研究的现状对该技术进一步发展进行了展望.     

基于双模态造影剂的超声影像与磁共振影像的配准

由于超声影像斑点噪声突出、分辨率低,超声影像和其他模态医学影像之间的配准融合是一个未完全解决的困难问题.本文提出了一种新的基于双模态造影剂的超声影像和磁共振影像之间的配准算法.利用双模态造影剂对体模进行超声和磁共振显影,在此基础上构建了超声图像与磁共振图像之间的空间变换模型.此算法模型既能够体现两幅图像之间的物理空间坐标变换,也能够体现两幅图像之间的强度(包括亮度和对比度)变化;运用多尺度金字塔算法对构建的空间变换模型进行求解,得到的解既能够满足两幅图像之间空间全局变换,也能够满足两幅图像之间的局部细节变化.实验结果表明:利用双模态造影剂并结合上述算法对超声影像和磁共振影像进行配准可以获得较好的配准效果.     

液气相变型超声分子探针研究进展

随着分子成像技术和各种纳米生物材料的迅速发展,医学影像技术有望对人体疾病实现从器官、组织水平到细胞、分子水平全方位、多层次在体实时观察.通过基于分子靶标的肿瘤早期诊断、革命性的肿瘤分子分型以及肿瘤边界确定和术中手术导航的全面开展,实现精准医学.超声分子影像是分子影像学的一个新的分支,在近10年发展迅速.液气相变型超声分子探针凭借其良好的穿透性以及诊疗一体化等优点,已显示出其优于传统超声分子探针的众多优势,在基础与临床应用方面展现出巨大潜力.本文对液气相变型超声分子探针的相变机制以及近几年在生物医学应用领域的研究进展进行了综述.     

The Clinical Application of Endoscopic Ultrasound

超声内镜是一种集超声与内镜检查为一体的医疗设备,文章就超声内镜在人体管腔疾病的诊治应用中作一概述.     

超声兰姆波二次谐波发生效应的理论、实验及应用研究进展

材料退化或微损伤的早期无损检测和评价可以保障关键结构的安全服役.因此,开展缺陷演化的早期评价,甚至缺陷产生前的早期检测是非常重要的.通常,线性超声检测方法对材料微观缺陷不敏感.非线性超声技术被广泛认为可以表征材料微观结构变化.二次谐波发生效应作为超声传播过程中的一种典型非线性声学效应,可以用来评价材料的性能退化程度和检...     

超声介导的肿瘤免疫治疗

免疫治疗是一种新兴的肿瘤疗法.与传统的疗法直接杀伤肿瘤不同,免疫治疗是通过激活或增强人体免疫系统,依靠自身免疫功能间接杀灭癌细胞和肿瘤组织的疗法.考虑到肿瘤的异质性和遗传不稳定性,单一的疗法不能达到完全治愈肿瘤的效果.近年来,有研究表明,利用超声可以提高机体对肿瘤的免疫反应强度,加强肿瘤的免疫治疗效果.聚焦超声在破坏肿瘤的同时可以导致机体在原位产生肿瘤碎片和肿瘤相关抗原等物质,增强肿瘤的免疫原性,刺激细胞免疫,诱导机体产生免疫应答.微泡是临床上使用的超声造影剂,微泡的加入可以加强聚焦超声对肿瘤的破坏效果,引发更强的免疫反应.利用超声和微泡的组合还可以打开血脑屏障,促进免疫细胞或免疫治疗药物进入血脑屏障发挥作用.此外,微泡还是一种常用的基因和药物载体,利用超声将负载免疫相关基因或抗原的微泡递送到肿瘤细胞或免疫细胞中,同样可以增强免疫应答反应,提高肿瘤免疫治疗的疗效.     

超声诊断的评价及其发展

超声诊断是一门年轻的学科。从开始至今,仅有20多年。1942年Dussik最先把超声用于医学诊断,但所用的为穿透式.从观察超声衰减程度诊断脑肿瘤。1951年有几个作者同时开始使用回波反射式A型仪于临床诊断,如French、Wild等研究脑出血、脑肿瘤,Ludwig等研究胆石。1952年起,Howry首先研究超声显象,用B型或复合圆周扫描;1958年Donald、Mac Vicar与Brown等报导BP型对妇产科疾病的显象。1956年Hertz、Edler进行了超声心动图的研究。1957年里村茂夫首先用超声多普勒仪研究心脏壁与瓣膜的运动;1959年里村茂夫又用超声多普勒法研究了血管运动。     

微波致热超声成像原型系统

相对微波和超声成像系统, 微波致热超声扫描成像(MITAT, microwave-induced thermo-acoustic tomography)技术在对比度和分辨率方面具有明显优势, 因此该技术在生物组织成像领域受到了越来越多的关注. 介绍了一个完整的MITAT原型系统, 并利用该系统对埋入脂肪中的高含水量生物组织目标进行了一些基础性的实验. 在这些实验中, 通过由截面为毫米尺度的猪肌肉组织样条所产生的热超声波信号, 获得了同时具有高对比度和高分辨率的MITAT图像. 为了验证MITAT的优势, 一个商用的超声线阵成像系统也对同一实验目标进行了超声成像对比实验研究; 两种系统的成像结果表明所搭建的MITAT原型系统在对类肿瘤的高含水目标探测方面具有良好的性能.     

超声、磁共振多功能微气泡造影剂的制备和应用

随着包膜微气泡材料和制备技术的发展, 微气泡超声造影剂不仅用于超声成像诊断, 而且在分子成像、药物传输及靶向治疗等多个领域得到广泛的研究与应用. 实验制备了膜壳装载Fe₃O₄纳米颗粒、中心包裹氮气的聚合物微气泡造影剂, 体外超声成像(US)显影实验发现该微气泡具有良好的超声图像增强作用. 利用包膜微气泡在超声场作用下的振动模型研究其动力学行为发现, 膜壳中包裹的Fe₃O₄纳米颗粒在一定浓度范围内能增加微气泡的膜壳散射截面, 增强超声波的背向散射强度, 从而显著增强超声图像的显影效果; 当超过一定Fe₃O₄纳米颗粒浓度则会导致微气泡膜壳散射截面减小, 从而降低超声图像增强效果. 另一方面体外磁共振成像(MRI)显影实验证明, 随着膜壳中Fe₃O₄纳米颗粒含量的增加, MRI增强效果亦增加. 因此为了制备US和MRI双重显影增强的微气泡造影剂, 控制磁性纳米颗粒在微气泡膜壳中的包裹量十分重要.     

超声场中Sn-38.1%Pb 共晶合金的动态凝固

Sn-38.1%Pb 共晶合金在频率为35 kHz 的超声场中发生凝固时, 随着试样高度H 的降低, 声场对宏观偏析的抑制效果更加显著, 球状共晶团在凝固组织中所占体积分数相应增大. 当H 等于声波在合金熔体内的波长λ时, 超声场能够扩大初生(Sn)相分布区域, 缩小Sn-Pb 共晶和初生(Pb)相分布区域. 同时, 初生(Sn)相晶粒显著细化, 生长方式发生“枝晶-等轴晶”的转变. 对于 H=λ/2 和λ/4 的合金试样, 超声场能够促进熔体形核, 降低合金整体过冷度. 分析表明, 超声场中的空化效应抑制了熔体过冷, 声流促进共晶生长界面前沿的温度场和浓度场呈空间对称分布, 使Sn-Pb 共晶以三维对称方式生长.     

高温压电复合材料换能器

探讨了高温压电复合材料超声换能器中材料的温度性能问题.首先测量了一种改性的具有较高居里温度的压电陶瓷和一种具有耐高温性能的聚合物的材料常数随温度的变化曲线,然后利用ANSYS有限元软件模拟计算了1-3型压电复合材料的谐振频率和阻抗特性等受温度的影响,并根据优化仿真模型制备了1-3型高温压电复合材料晶片及相应的超声换能器.研究表明,所研制的1-3复合晶片性能参数随温度变化的结果和数值模拟预期的结果吻合较好.与非复合的压电陶瓷换能器相比,采用1-3复合结构的高温压电换能器具有更宽的频带和更高的灵敏度.本项工作对于研发宽频带、高灵敏度的耐高温压电复合材料超声换能器具有参考价值.     

超声强化O_3氧化偶氮染料的特性

偶氮染料被广泛应用于印染、纺织和造纸厂,因其结构复杂,性质稳定,由其产生的废水是一种难以生物处理的工业废水,O3虽能与其反应,破坏其结构,但在投入量有限的条件下,偶氮染料分解不彻底,而且成本高.超声可以强化O3氧化偶氮染料能力,采用偶氮胂Ⅰ为研究对象,研究了超声强化O3氧化降解偶氮胂能力,其试验结果表明:（1）与O3氧化降解偶氮胂Ⅰ相比,超声协同O3氧化速度快,偶氮胂受O3分解产生的O自由基作用,生色基团被破坏,溶液的颜色消失.（2）在超声协同O3的作用下,偶氮胂Ⅰ中-N=N-键断裂,形成硝基和亚硝基,苯环开环破裂,氧化形成羧酸,磺酸基断裂形成H2SO4,因此,溶液pH在处理过程中不断下降,直到3.2.     

超声与超声医学

随着超声技术的发展,近年来超声医学发展迅速,《超声与超声医学》从超声诊断、超声医疗的原理及国内发展情况等方面作了较全面介绍。     

癌症声动力治疗装置的研究进展

声动力治疗是在光动力治疗基础上发展起来的一种新型癌症无创治疗技术,相对于光动力治疗具有无创、穿透性强、特异性好、安全性高等诸多优点.声动力治疗利用声敏剂与氧在超声作用下产生具有生物毒性的活性氧,起到杀伤肿瘤细胞的作用,但其具体作用机制还在进一步的研究中.声动力治疗目前在治疗超声参数设置、肿瘤定位及定点治疗、温度监测以及活性氧检测等方面还存在诸多问题.为使声动力治疗方法在科研和临床应用中取得更好的效果,科学合理的声动力治疗装置是不可或缺的.目前声动力治疗大多采用具有普适性的超声治疗仪,缺乏针对性.因此,根据声动力治疗的特点改进已有的超声设备,或设计专用的声动力治疗装置有利于更好地监测和调控声动力治疗过程,使声动力治疗得到更加稳定可靠的效果,推动其在科研和临床中的应用.本文从上述声动力治疗中存在的问题出发,介绍了声动力治疗装置的关键结构及其技术发展,对声动力治疗装置的研究现状进行了分析和展望.     

超声空化与超声治疗

本首先扼要地介绍了超声空化的概念、研究历史和现状．并全面系统地讨论了基于超声空化作用机制的最新超声治疗技术的研究进展。这些治疗技术包括高强聚焦超声(HIFU)无创外科、超声增强药物传递、超声基因疗法、超声血管成形术、肝癌的超声血管阻断疗法等等．     

运用四参数三相混合模型和瞬态超声成像技术提取关节软骨的弹性模量

作为一种覆盖在关节骨表面的重要承重组织, 关节软骨的结构或成分的细微变化都会造成软骨的退化, 最终导致如骨关节炎等疾病的发生, 因此研究软骨的力学性质有重要意义. 应用50 MHz高频瞬态超声系统观测关节软骨随深度变化的渗透性膨胀行为, 依据超声回波计算得到软骨不同深度的应变量, 然后运用改进的四参数三相混合模型计算软骨的轴向弹性模量, 实验结果与模型预测趋势基本一致. 该研究表明利用瞬态超声技术, 可以有效观测软骨内部随深度变化的膨胀行为, 结合四参数三相混合模型, 可以更准确的描述关节软骨的力学性质.     

激光熔覆再制造零件中超声传播及缺陷检测数值模拟

激光熔覆再制造零件在具备优良性能的同时,其弹性性能呈现出声学各向异性,为声学检测带来困难,深入研究各向异性激光熔覆层及基体材料中超声波的传播特性,可以为这类再制造零件的超声无损评价提供重要的理论依据.本文建立了激光熔覆再制造零件中超声传播及缺陷检测数学模型,通过计算获得了Fe314激光熔覆再制造涂层、45钢基体两层介质中超声波探头辐射声场的分布特征.研究结果表明:材料的各向异性对入射声场的影响程度与材料的慢度值有关,声束的偏转方向由慢度面的法矢量决定,声束的聚焦、散焦行为由慢度面的曲率决定.应用建立的模型模拟了激光熔覆再制造零件中横通孔、裂纹缺陷的回波信号.比较了数值模拟与实验测量结果,二者的幅值和相位都具有很好的一致性,有效验证了本文所建立的超声检测数学模型的正确性.