文章摘要
闵尊清,何佳儒,吴灿文,程中文,曾吕明,陈燕,纪轩荣.混合k空间经颅聚焦超声相位校正*[J].,2024,43(5):1093-1101
混合k空间经颅聚焦超声相位校正*
Transcranial focused ultrasound phase corrections using the hybrid K-space method
投稿时间:2023-04-25  修订日期:2024-09-03
中文摘要:
      经颅聚焦超声是一种非侵入性治疗方式,为脑功能性疾病的治疗提供了一种新思路,常见的应用有:血脑屏障打开、脑部肿瘤消融、神经调控等。由于颅骨的异质性,超声在传播过程中会产生畸变,需要一定的相位校正实现超声的聚焦。利用时间反转结合k空间伪谱可以实现对于非均匀的颅骨进行相位校正。然而,在相控聚焦过程中,同时提高相位校正的精度和减少计算的时间是一个矛盾的关系。本文提出伪谱法和角谱法相结合的混合k空间方法在较短时间内优化相位校正,k空间伪谱模拟非均匀的颅骨部分,角谱法模拟均匀的脑组织部分,并对经兔颅骨后的声场进行仿真与测试。结果表明,混合k空间和k空间相位校正方法得到焦点处的声压差和位置差较小,分别为3%和6%。在模型网格大小为(310×310×300)条件下,混合k空间相位校正方法的相位计算时间(14.98分钟)与k空间方法(91.73分钟)计算时间相比大幅降低,在脑超声治疗临床方面具有良好的应用前景。
英文摘要:
      Transcranial Focused Ultrasound is a non-invasive treatment method that provides a new approach for the treatment of functional brain diseases. Common applications include opening the blood-brain barrier, ablation of brain tumors, and neuroregulation. Due to the heterogeneity of the skull, ultrasound undergoes distortion during propagation, requiring certain phase correction to achieve ultrasound focusing. By combining time reversal with k-space pseudospectra, phase correction can be achieved for non-uniformity skull structures. However, in the process of phase controlled focusing, there is a contradiction between improving the accuracy of phase correction and reducing computational time. This article proposes a hybrid k-space method that combines pseudo spectral method and angular spectral method to optimize phase correction in a short period of time. The k-space simulates non-uniform skull parts, while the angular spectral method simulates uniform brain tissue parts. The sound field after passing through the rabbit skull is simulated and tested. The results show that the mixed k-space and k-space phase correction methods result in smaller sound pressure and position differences at the focal point, which are 3% and 6%, respectively. The phase calculation time of the mixed k-space phase correction method can be reduced to 14.98 minutes compared with that of k-space phase correction method (91.73 minutes) under the same model grid size of (310×310 ×300), which indicates that the mixed k-space phase correction method has good application prospects in clinical brain ultrasound treatment.
DOI:10.11684/j.issn.1000-310X.2024.05.019
中文关键词: 聚焦超声  相位校正  角谱法  k空间
英文关键词: Focused ultrasound  Phase correction  Angular spectrum method  k- space.
基金项目:(2023A1515011620),国家自然科学(51975131,U2133213)
作者单位E-mail
闵尊清 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室 广东工业大学机电工程学院 广州 510006 1738763529@qq.com 
何佳儒 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室 广东工业大学机电工程学院 广州 510006 571852565@qq.com 
吴灿文 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室 广东工业大学机电工程学院 广州 510006 1507693284@qq.com 
程中文 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室 广东工业大学机电工程学院 广州 510006 cheng_zhong_wen@163.com 
曾吕明 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室 广东工业大学机电工程学院 广州 510006 zenglvming@163.com 
陈燕* 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室 广东工业大学机电工程学院 广州 510006 yanchen@gdut.edu.cn 
纪轩荣 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室 广东工业大学机电工程学院 广州 510006 xr.ji@gdut.edu.cn 
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