Page 68 - 《应用声学》2021年第1期

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达到最大位移，并且探究了脉冲磁动信号对磁纳米 特性，是目前最先进的超声成像科研平台之一。而
粒子浓度的依赖性。由于使用短脉冲激励，为了能 且 Verasonics Vantage 还支持不同类型的超声探头
够捕捉到磁纳米粒子的振动信息，需要用到高帧率 如线阵、凸阵、相控阵等，也支持自定义的非常规超
的信号采集系统。 声探头。用户可以通过 Matlab 编译环境自定义超
声系统的任意功能组件，如换能器发射接收波形的
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ᡔܦฉᑢф/ଌஆ٨ 设置和延时设置、波束合成的构建、信号和图像后
ͯረ଍҄ 处理算法的嵌入等，实现对信号的采集和处理 [30] 。
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ᡔܦ૱ᑟ٨ 2.2 检测方法
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磁致振动超声成像中，粒子运动产生的位移
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z വ஝ᣁ૱٨ 变化是一种弱信号，需要优化检测方法以提高成
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ᤂүೝ฾ӭЋ ܫေӭЋ 像分辨率。常规的位移估计是基于对同相和正交
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ႃᇓ ੇϸӭЋ (In-phase/Quadrature, I/Q) 数据的相位进行采样
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ᨡᔇ 评估。其中数据中的低信噪比会引入相位噪声，增
ᑢфᇓڤԧၷ٨ 加了位移估计偏差。为了减小误差，有研究评估了
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两种基于时移的位移估计器的性能，分别是归一化
互相关 (Normalized cross-correlation, NCC) 估计
图 2 脉冲磁致振动超声成像原理图 [29]
器和递归贝叶斯估计器 [31] 。它们与传统的基于频
Fig. 2 Schematic diagram of pulsed magnetomo-
移的估算方法不同，结合了轴向部分的数据和相邻
tive ultrasound imaging [29]
部分的空间信息，适合检测较小的位移。除此之外，
超声采集信号主要由商用化的超声成像设备 李孟林教授团队提出了基于主成分分析 (Principal
完成。其中，Verasonics 超声成像系统最为常用。 component analysis, PCA) 的运动放大方法，使用
Verasonics 是一种多通道的可编程的超声成像平 基于频率的滤波器来提取和放大无法与噪声分离
台，拥有较高的灵活度。该超声成像系统具有独立 的目标运动 (图 3)。该方法有望可视化 B 模式图像
控制各通道发射或/与接收、可实时访问各通道 RF 中本来不可见的亚波长运动，从而实现磁纳米粒子
数据、超高帧率成像(成像帧率高达14000帧/秒)等 定位 [32] 。

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图 3 基于 PCA 的运动放大的框架图 [32]
Fig. 3 Overview of the PCA-based motion magnification framework [32]
2.3 磁纳米粒子 顺磁性纳米粒子和铁磁性纳米粒子。尽管铁磁性
由于磁纳米粒子的磁学特性与磁力大小密切 纳米粒子在磁场中的磁力最强，但粒子具有自发
相关，进而影响粒子的振动信号检测。如何优化磁 的磁化现象，容易导致粒子间的相互团聚。因此，
纳米粒子的特性以提高检测的灵敏度也引起人们 铁磁性纳米粒子并不适合发展分子成像探针。而
的兴趣。磁纳米粒子可以分为超顺磁性纳米粒子、 超顺磁性纳米粒子具有独特的磁学特性和分散性，