组织谐波成像的模拟研究余锦华1,2,汪源源1.2(1.复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室，上海200433；2.复旦大学电子工程系，上海200433)摘要：提出组织谐波成像的模拟算法，研究谐波在组织中的产生、变化规律。通过对线性波动方程的扩展，将非线件和弛豫衰减引入到波动方程的建立中；采用带吸收边界条件的时域有限差分法求解非线性波动方程，在此基础上实现对组织谐波成像过程的模拟。所建立模型能有效模拟声波在组织中传播的反射、散射现彖，及二次及高次谐波的产牛过程。通过对典型组织的模拟，得到了垄、谐波在组织中的传播变化规律，生成的模拟图像也验证了谐波成像对提高超声图像分辨率的有效性。关键词：组织谐波成像；模拟；声波波动方程；时域冇限差分中图分类号：TB553SimulationStudyoftheTissueHarmonicImagingYUJinhuai.2,WANGYuanyuani.2(1.NationalKeyLaboraryofASCIandSystemofFudanUniversity,ShangHai200433;2.DepartmentofElectronicEngineering,FudanUniversity,ShangHai200433)Abstract:Tostudythegenerationandvariationtendencyofharmonicwavesintissues,asimulationmethodisproposedforthetissue-harmonicimaging.Thelinearacousticwaveequationsareexpanded,andthenonlinearityandrelaxationattenuationsareintroducedintothewaveequations・Thefinite-difference-time-domainwiththeabsorbingboundaryconditionisusedtosolvethenonlinearacousticwaveequations・Simulationofthetissue・hannonicimagingisthereafterachieved・Theimplementedsimulationmodelisabletoeffectivelysimulatethereflectionandscatteringphenomenonoftheacousticwavesintissues,andalsothegenerationofsecondandhigh-orderharmonics.Typicaltissuesaresimulatedtoobtainthetransmittingandvariationtendenciesofthefundamental-andharmonic-wavesintissues.Thegeneratedsimulationimagesprovetheefficiencyoftheharmonicimagingintheresolutionimprovementofultrasoundimages・Keywords:tissue-harmonicimaging;simulation;acousticwaveequation;finite-difference-time-domain0引言医学超声成像经历了半个多世纪的发展，已经成为医学影像诊断中不可替代的重要手段。就目前临床应用而言，对超声冋波中符合线性声学规律部分的信息的检测和利用已相对成熟。随着对超声传播特性研究的深入，超声波在组织中传播的非线性变化规律成为研究热点山。谐波成像，即利川回波信号中二次或高次谐波信息进行成像，成为非线性超声诊断的代表技术，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。与常规基波成像相比，谐波成像能提高图像分辨率，避免成像中由近场基波声束畸变带來的图像质量降低等问题121。根据成像过程中是否采用造影剂，谐波成像分为组织谐波成像(自然谐波成像)和造影剂谐波成像(对比谐波成像)，本文主要研究组织谐波成像。因医学超声成像对彖的不可预知性，对超声图像的理解，图像特征与组织特性对应关系的研究缺乏客观指导和金标准。计算机模拟作为解决这个问题的有效手段，在探头阵列设计、基金项H：高等学校博士学科点专项基金教师类资助项H(20110071120019)；国家自然科学基金(81101049)；国家重点实验室基金(20110071120019)作者简介：余锦华，女,副研究员，研究方向医学超声T程。E-mail:jhyu@fudan.cdu.cn声波发射或接收机制、以及图像后处理评价筹的研究中由来已久。Bambcr和Dickinson在1980年就提出了一种超声图像的仿真方法⑶。该方法将超声图像的模拟分为成像系统建模和组织建模两部分，成像系统建模部分将超声波与组织间的干涉归结为一个点传播方程，组织特性山一个连续分布的点状散射体模型概括，模拟图像则山点传播方程和组织模型的卷积得到。近年来，也出现了对Bamber和Dickinson的改进方法⑷。另一类较具有代表性的超声图像仿真方法由Jensen等捉出⑸⑹，该方法采用Tupholme-Slepanishen法⑺计算探头表血每点的脉冲压力场，探头表面的压力场由模拟容积内每个散射体对探头农面的声压总和决处，它可由探头发射脉冲波函数、不均匀组织内部某空间点的密度和声速函数、由探...