声学显微镜与超分辨率成像理论及应用PDF电子书下载

第1部分 基础 1

第1章 从多波段成像到弹性成像 1

1.1 简介 1

1.2 空间分辨率 1

1.3 多波段成像 2

1.4 波和波的产生 3

1.5 波和波的标记 3

1.6 波到波的成像：弹性图 4

1.7 超声速剪切成像中的超分辨率 9

1.8 临床应用 10

1.9 总结 14

参考文献 14

第2章 散斑干涉法和非线性方法成像 16

2.1 概述 16

2.2 散斑干涉法 17

2.2.1 简介 17

2.2.2 拉贝瑞方法 17

2.2.3 诺克斯-汤普森方法 20

2.2.4 相位差计算的重要性 23

2.2.5 二维空间拉贝瑞和诺克斯-汤普森方法 23

2.2.6 散斑干涉法的其他改进 24

2.3 非线性成像 24

2.3.1 简介 24

2.3.2 偏差（平方差）或绝对差 25

2.3.3 基于傅里叶变换的方法 25

2.3.4 傅里叶方法：如何创建一个图像 27

2.3.5 傅里叶变换：使用的问题 27

2.3.6 基于希尔伯特变换的方法 28

2.4 总结 32

参考文献 32

第2部分 先进成像技术和方法的新发展 33

第3章 生物软组织定量超声波显微镜的原理与应用 33

3.1 概述：生物组织超声波显微镜的基本概念 33

3.2 声波速率剖面 34

3.2.1 基本原理 34

3.2.2 被观察的样本 34

3.2.3 试验性的设置和已获得的信号 34

3.2.4 声波速率的计算 35

3.2.5 二维声波速率剖面图 38

3.2.6 更高空间分辨率上的尝试 39

3.3 声阻抗剖面 41

3.3.1 基本原理 41

3.3.2 试验布置 42

3.3.3 观测样本 42

3.3.4 采集的信号 43

3.3.5 特征声阻抗的校准［3］ 43

3.3.6 大鼠的小脑皮质观察［4］ 44

3.3.7 细胞尺寸观察［5］ 46

3.3.8 商用设备 47

3.4 总结 48

参考文献 48

第4章 便携式超声波成像设备 49

参考文献 64

第5章 高频超声波系统用于高分辨率测距和成像 65

5.1 概述 65

5.2 高频超声波系统组成 66

5.2.1 超声波回声系统 66

5.2.2 发射器和接收器组成的高频超声波回声系统 67

5.2.3 光谱和距离分辨率属性 68

5.2.4 脉冲传输性能的测量和优化 69

5.2.5 距离分辨率优化：逆回波信号的滤波 70

5.2.6 平面波传播过程中声波散射参数的测量 72

5.3 高频超声波成像的工程概念 74

5.3.1 单元素传感器B扫描技术 74

5.3.2 横向分辨率最优化 75

5.3.3 限制角度空间合成 78

5.3.4 多向组织特征描述 80

5.4 生物医学应用中的高频超声波成像 82

5.4.1 皮肤成像 82

5.4.2 小动物的成像技术 83

5.5 总结 85

参考文献 85

第6章 基于阵列技术的定量化声学显微镜方法 90

6.1 概述 90

6.2 测量漏波的速度和衰减 90

6.3 测量体波速度和样本厚度 103

6.4 总结 110

参考文献 110

第3部分 前瞻性生物医学应用 113

第7章 厚切片黑色素瘤皮肤组织声学显微镜图像中的反差机理研究 113

7.1 简介 113

7.1.1 什么是黑色素瘤 113

7.1.2 如何诊断黑色素瘤 114

7.1.3 活检存在的问题 114

7.1.4 当前研究的目标 115

7.2 适用于声学显微镜中声波传播的5层数理模型 116

7.3 样本准备 118

7.4 数字成像——光学与超声 119

7.4.1 光学图像 119

7.4.2 声成像原理（脉冲-回波模式） 121

7.4.3 分辨率 123

7.4.4 声学图像 124

7.4.5 波形分析 126

7.5 高频声学显微镜 129

7.5.1 正常皮肤组织 129

7.5.2 异常皮肤组织 130

7.5.3 声速 131

7.5.4 计算机模拟 132

7.6 总结 136

致谢 137

参考文献 137

第8章 病理学新概念——声学显微镜反映的力学特性 139

8.1 简介 139

8.2 声学显微镜原理 140

8.3 应用于细胞成像 141

8.4 应用于硬组织 143

8.5 应用于软组织 144

8.5.1 胃癌 144

8.5.2 心肌梗死 144

8.5.3 肾脏 146

8.5.4 动脉粥样硬化 147

8.6 超声声速显微镜（USM） 149

8.7 关节组织 150

8.8 总结 152

参考文献 152

第9章 骨骼定量化扫描声学显微镜 155

9.1 简介 155

9.1.1 骨骼的层次结构及其特性 155

9.1.2 多种尺度弹性性质的相关性 156

9.1.3 测量原理的历史 157

9.2 基于定量化SAM的骨骼声阻抗 160

9.2.1 理论 160

9.2.2 时间解析测量 162

9.2.3 时间门控幅度检测测量 164

9.3 组织矿化、声阻抗和劲度 165

9.4 纳米级（薄层）的弹性各向异性 167

9.5 微米级（组织）的弹性各向异性 169

9.6 在肌肉骨骼研究中的应用 170

9.7 总结 171

参考文献 172

第4部分 高级材料应用 175

第10章 基于后处理方法的阵列成像和缺陷特征化 175

10.1 简介 175

10.2 建模阵列数据 178

10.2.1 简介 178

10.2.2 超声阵列数据的射线描述 179

10.2.3 超声阵列数据的数学模型 182

10.3 一维阵列成像方法 184

10.3.1 后处理中的经典波束形成成像方法 185

10.3.2 全聚焦方法 185

10.3.3 波数方法 186

10.3.4 反向传播方法 187

10.3.5 成像方法的理论比较 188

10.3.6 计算负载 189

10.3.7 聚焦性能 190

10.3.8 实例 190

10.4 二维阵列成像 192

10.4.1 二维阵列布局优化 192

10.4.2 二维阵列布局的实验对比 195

10.5 散射矩阵及其实验提取 197

10.5.1 概念 198

10.5.2 逆向成像 198

10.5.3 散射矩阵的提取 200

10.6 缺陷特性化与测量 201

10.6.1 裂缝测量 201

10.6.2 实验结果 203

10.7 总结 205

参考文献 206

第11章 超声力和相关的显微镜 209

11.1 简介 209

11.2 机械二极管检测 210

11.3 实验UFM的实现 211

11.4 UFM对比理论 214

11.5 对比硬度的量化测量 217

11.6 UFM图库 218

11.7 图像解释：附着和表面效应 221

11.8 超级润滑 223

11.9 表面下面的缺陷 224

11.10 时间分辨的纳米尺度现象 226

致谢 230

参考文献 230

第12章 超声原子力显微镜 233

12.1 简介 233

12.2 原理 233

12.2.1 来自于基座的悬臂梁受力振动 233

12.2.2 量化信息、方向控制和谐振频率跟踪 234

12.2.3 悬臂梁刚度的有效增强 234

12.2.4 避免塑性变形的标准 234

12.3 理论 236

12.3.1 概览 236

12.3.2 硬度和Q因数的线性分析 236

12.3.3 近表面成像的线性理论 238

12.3.4 适当负载的优势 240

12.3.5 谱的非线性分析 240

12.3.6 杜芬模型 240

12.3.7 双节点数字模型 242

12.4 仪器 243

12.5 试验 244

12.5.1 探针和试样接触的非线性因素的规避 244

12.5.2 UAFM和UFM之间的关系 245

12.5.3 弹性的量化评测 246

12.6 分层材料中缺陷观察 246

12.6.1 石墨烯片中的缺陷 246

12.6.2 二硫化钼中的错位 249

12.6.3 差分负载下的错位行为分析 250

12.6.4 可变应用负载下的错位运动分析 250

12.6.5 错位的可逆长范围运动模型 252

12.6.6 微电子和机械装置中的分层 253

12.7 总结 254

参考文献 254

第13章 声学近场成像 256

13.1 近场成像原理 256

13.1.1 早先的声学近场成像系统 256

13.2 近场声学成像和原子力显微镜 258

13.2.1 力调制 259

13.2.2 局部加速显微镜 260

13.2.3 脉冲-力显微镜 260

13.2.4 原子力声学显微镜或AFM接触-谐振成像 260

致谢 273

参考文献 274