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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-350044

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 ICCD319

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