第1章 水听器测量超声换能器辐射声压、声功率1.1 实验目的 1
1.2 数学物理原理 1
1.2.1 PVDF针式水听器 1
1.2.2 PVDF腹式水听器 3
1.2.3 光导纤维水听器 4
1.2.4 计算声压、声功率 5
1.2.5 声功率的辐射力天平测量 6
1.3 实验系统与材料 8
1.3.1 实验系统 8
1.3.2 实验材料 10
1.4 实验步骤 13
1.4.1 PVDF针式水听器的测试步骤 13
1.4.2 PVDF膜式水听器的测试步骤 13
1.4.3 FOPH的测试步骤 13
1.5 实验结果与分析 14
1.5.1 PVDF针式水听器的测试结果 14
1.5.2 PVDF膜式水听器的测试结果 16
1.5.3 光导纤维水听器的测试结果 17
1.5.4 分析讨论 17
1.6 结论 18
第2章 单阵元圆形超声换能器辐射声场分布特性测试与分析2.1 实验目的 20
2.2 数学物理原理 20
2.2.1 诊断超声换能器的声扬特性 20
2.2.2 HIFU换能器的声场特性 23
2.2.3 计算公式 24
2.3 实验过程 25
2.3.1 实验系统 25
2.3.2 实验过程 27
2.3.3 实验数据的计算机处理方法 28
2.4 实验结果 29
2.4.1 聚焦换能器的声场 29
2.4.2 非聚焦换能器的声场 32
2.4.3 1.2 MHz单阵元HIFU换能器的声场分布 34
2.5 讨论 35
2.5.1 5 MHz聚焦与非聚焦换能器声场的比较 35
2.5.2 2.25 MHz聚焦与非聚焦换能器声场的比较 36
2.5.3 5 MHz聚焦与2.25 MHz聚焦换能器声场的比较 37
2.5.4 5 MHz非聚焦与2.25 MHz非聚焦换能器声场的比较 37
2.5.5 超声诊断换能器与HIFU换能器的声场比较 38
2.6 结论 38
第3章 彩色超声成像系统操作与图像分析3.1 实验目的 40
3.2 数学物理原理 40
3.2.1 M型超声成像原理 40
3.2.2 B型超声成像原理 41
3.2.3 彩色多普勒成像原理 42
3.2.4 谐波成像原理及优势 43
3.3 实验系统与材料 44
3.3.1 全数字彩色多普勒超声仪ASU-3500 44
3.3.2 体外血流模拟装置 48
3.3.3 横向分辨率测定装置 49
3.3.4 最小可测血管测量装置 49
3.4 实验过程 50
3.5 实验结果与讨论 50
3.5.1 ASU-3500成像参数实验结果 50
3.5.2 人体组织器官超声成像实验结果 60
3.6 结论 69
第4章 生物医学样品超声参数测试与估计4.1 实验目的 71
4.2 数学物理原理 71
4.2.1 声速的测量 71
4.2.2 声特性阻抗的测量 73
4.2.3 超声衰减的测量 73
4.3 实验器材与系统 76
4.3.1 实验器材 76
4.3.2 实验系统 77
4.4 实验步骤 80
4.5 实验结果与讨论 81
4.5.1 SP-801A输出的负脉冲信号的分析 81
4.5.2 中心频率为1MHz的换能器输出信号的时域和频域特性 81
4.5.3 声速测量的结果及分析 82
4.5.4 薄膜样品厚度的测量 85
4.5.5 声特性阻抗的测量结果及分析 86
4.5.6 衰减系数的测量结果及分析 87
4.6 结论 90
第5章 超声射频信号处理与组织定征 91
5.1 实验目的 91
5.2 数学物理原理 91
5.2.1 二次谐波成像 91
5.2.2 超声衰减的测量与成像 93
5.2.3 超声背向散射积分的测量与成像 95
5.2.4 彩色编码叠加成像 96
5.3 实验系统与材料 97
5.3.1 实验中用到的仪器设备及实验材料 97
5.3.2 实验系统 98
5.4 实验过程 98
5.5 实验结果与讨论 99
5.5.1 利用原始射频数据进行B超成像 99
5.5.2 二次谐波成像 100
5.5.3 衰减系统成像 103
5.5.4 背向散射积分成像 105
5.5.5 伪彩色编码叠加成像 110
5.6 结论 114
第6章 超声阵列波束合成及其声场测试6.1 实验目的 116
6.2 数学物理原理 116
6.2.1 电子聚焦 116
6.2.2 可变孔径 118
6.2.3 超声成像的原理 120
6.3 实验器材与系统 121
6.3.1 实验器材 121
6.3.2 实验系统 121
6.4 实验步骤 124
6.4.1 多模块化系统测声场的实验步骤 124
6.4.2 Panametrics多扫描系统测声场的实验步骤 124
6.5 实验结果与讨论 125
6.5.1 多模块化系统测声场的结果与讨论 125
6.5.2 多扫描系统测声场的结果与讨论 126
6.5.3 声场测试实验中的问题 132
6.6 结论 134
第7章 基于射频数据的超声成像算法与实现7.1 实验目的 135
7.2 数学物理原理 135
7.2.1 信号处理模块 136
7.2.2 DSC模块 138
7.3 实验系统与材料 142
7.4 实验过程 143
7.5 实验结果与讨论 143
7.5.1 线阵数据处理 143
7.5.2 凸阵数据处理 155
7.6 结论 157
第8章 超声多普勒信号检测与分析 160
8.1 实验目的 160
8.2 数学物理原理 160
8.2.1 多普勒效应原理及数学模型 160
8.2.2 多普勒信号的检测方法 163
8.2.3 彩色多普勒方法与频谱多谱勒方法比较 168
8.3 实验系统与材料 169
8.3.1 实验设备与材料 169
8.3.2 实验系统 169
8.4 实验过程 171
8.5 实验结果与讨论 172
8.6 结论 183
第9章 超声造影剂声学特性测试与成像评价9.1 实验目的 185
9.2 数学物理原理 185
9.2.1 超声造影剂微泡 185
9.2.2 造影剂微泡的物理性质 186
9.2.3 造影剂微泡衰减系数测试方法 190
9.2.4 造影剂成像评价 192
9.3 实验系统与材料 195
9.3.1 造影剂声学特性测试系统 195
9.3.2 超声造影成像系统 197
9.4 实验过程 198
9.4.1 超声造影剂的制备 198
9.4.2 微泡声学特性测试 198
9.4.3 超声造影成像 199
9.5 实验结果与讨论 200
9.5.1 造影剂微泡声学特性测试结果及分析 200
9.5.2 造影剂在血流仿体中成像的实验结果及分析 204
9.6 结论 207
第10章 超声弹性成像 208
10.1 实验目的 208
10.2 数学物理原理 208
10.2.1 实验基本原理 208
10.2.2 弹性成像的力学模型 210
10.2.3 弹性成像的基本力学定律与特征量 211
10.2.4 互相关技术 212
10.2.5 基于互相关技术的位移／应变估计原理 214
10.2.6 位移估计误差控制方法 215
10.3 实验系统与材料 218
10.3.1 实验系统 218
10.3.2 实验材料 219
10.4 实验步骤 220
10.4.1 仿体的制备 220
10.4.2 实验与数据采集 220
10.5 实验结果与讨论 221
10.5.1 数据处理 221
10.5.2 实验结果与讨论 222
10.6 结论 231
第11章 高强度聚焦超声治疗与监控成像11.1 实验目的 233
11.2 实验原理 233
11.2.1 HIFU的基本原理和特点 233
11.2.2 HIFU治疗的主要机制 234
11.2.3 HIFU治疗监控成像 236
11.2.4 基于B超视频数据的处理方法 236
11.3 实验系统与材料 237
11.3.1 实验设备 237
11.3.2 系统工作信号流程 238
11.3.3 系统工作时序 238
11.3.4 实验材料 238
11.4 实验过程 239
11.5 实验结果与讨论 240
11.5.1 HIFU治疗参数变化对损伤的影响 240
11.5.2 B超图像对HIFU治疗过程的实时监控 243
11.6 结论 252
11.6.1 实验的定性总结 252
11.6.2 各种样品治疗结束后的损伤尺寸比较 252
第12章 超声无损测温 255
12.1 实验目的 255
12.2 数学物理原理 255
12.2.1 组织声学参数与温度的相关性 255
12.3 实验系统与材料 261
12.3.1 实验器械 261
12.3.2 实验材料 262
12.3.3 实验系统 262
12.4 实验过程 263
12.4.1 声学参数温度特性测量系统搭建和数据采集 263
12.4.2 恒温水浴测温系统的搭建和数据采集 263
12.5 实验结果与讨论 264
12.5.1 组织声学特性随温度的改变 264
12.5.2 基于超声回波时移的无损测温 269
12.6 结论 282
12.6.1 组织声学参数与温度关系 282
12.6.2 超声无损测温总结 283
第13章 空化的声学检测 285
13.1 实验目的 285
13.2 数学物理原理 285
13.2.1 实验背景 285
13.2.2 空化物理过程及机制 286
13.2.3 空化检测方法与原理 286
13.3 实验系统与材料 293
13.3.1 实验仪器与材料 293
13.3.2 实验系统 293
13.4 实验过程 295
13.4.1 空化阈值测量以及不同HIFU电功率条件下接收波形和相应谱变化 295
13.4.2 搭建空化检测实验系统时的一些关键性问题及其解决方案 296
13.5 实验结果与讨论 297
13.5.1 时域信号 297
13.5.2 空化阈值 299
13.5.3 时频分析 300
13.5.4 宽带噪声 304
13.5.5 空化的定量分析 305
13.6 结论 307
第14章 声致发光成像 310
14.1 实验目的 310
14.2 数学物理原理 310
14.2.1 声致发光概述 310
14.2.2 声致化学发光 317
14.3 实验系统与材料 318
14.3.1 基本实验仪器与材料 318
14.3.2 系统图 318
14.3.3 ICCD 319
14.3.4 光电培增管＋光谱仪 321
14.4 实验过程 323
14.4.1 实验系统基本搭建 323
14.4.2 HIFU空化阈值检测 323
14.4.3 声致化学发光实验 324
14.4.4 系统测试实验 324
14.5 实验结果与讨论 327
14.5.1 HIFU空化阈值检测结果 327
14.5.2 声致化学发光实验结果 329
14.6 结论 330
第15章 超声分子生物学效应检测与分析15.1 实验目的 332
15.2 实验原理 332
15.2.1 超声诱导肿瘤细胞凋亡的基本原理 332
15.2.2 凋亡细胞的形态特征 334
15.2.3 FITC Annexin V/PI双染色流式细胞法检测凋亡细胞的原理 336
15.2.4 双向电泳原理 337
15.2.5 MALDI-TOF质谱及蛋白鉴定原理 338
15.3 实验系统与试剂 339
15.3.1 实验系统 339
15.3.2 主要试剂 341
15.4 实验步骤 345
15.4.1 细胞处理 345
15.4.2 细胞染色与观察 346
15.4.3 流式细胞分析前处理 347
15.4.4 流式细胞分析 347
15.4.5 蛋白提取与浓度测定 348
15.4.6 双向电泳 349
15.4.7 胶内酶解 350
15.4.8 MALDI-TOF质谱 351
15.4.9 质谱峰的分析与蛋白鉴定 352
15.4.10 蛋白功能分析 352
15.4.11 统计分析 352
15.5 实验结果与讨论 352
15.5.1 超声作用诱导肿瘤细胞凋亡与超声作用参数的关系 352
15.5.2 超声作用下肿瘤细胞形态学特征的变化 354
15.5.3 双向电泳图谱分析 354
15.5.4 基于MALDI-TOF质谱的蛋白质鉴定和功能分析 356
15.6 结论 357