超声谐波成像

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在70年代推导出一个描述非线性超声场的波动方程即KZK方程，随后大量的实验和理 论以及数值计算结果充分证明了它的正确性。
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谐波产生的物理基础
超声在人体组织内传播过程产生的非线性，以及组织界面入射/反射关系的非线性 谐波产生（2f,3f,1.5f……）
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非线性声学
一个描述非线性超声场的波动方程，即KZK方程 根据连续性方程、运动方程以及物态方程等推导出来的
超声谐波成像
Ultrasonic harmonic imaging
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历史由来
20世纪80年代初,Muir首先从理论及实验上证实了在生物医学超声所使用的频率及强 度范围内,存在不容忽视的非线性现象。
1997年，Christopher提出使用超声波在传播过程中产生的谐波成分进行医学成像, 此后,谐波成像方法和技术的研究得到重视,并逐步应用到医学诊断中。
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组织谐波成像
消除近场伪像干扰 有效遏制超声侧瓣回声对图像的影响 提高远场成像质量
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高分辨率和高对比度
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组织谐波成像系统架构
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谐波提取
谐波频段滤波
发射的基波信号的频带控制得比较 窄，便于滤波
发射的基波信号的频带比较宽，与 基波发生重叠
基波信号的频带宽度、发射脉冲的持续时间、 轴向分辨率之间的矛盾
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谐波提取
发射脉冲相位反相
组织谐波成像系统中采用脉冲反向技术，则发射 电路需发射两个相位相反的脉冲信号，设换能器 接收到响应分别为
二式相加即得
消除了基波和奇次谐波成分，使得偶次谐波 的幅度变为原来的两倍
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包络检波
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扫描变换
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非线性参数B/A
物态方程：描述了声压和流体密度的关系 绝热过程下，物态方程可以展开为：
当组织衰减作用超过非线性参数B/A作用的时
候，谐波能量衰减。
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非线性现象的表现
基波能量与谐波能量的非线性改变
谐波频率能量的高低与基波频率能量有关，弱的基波频率几乎不产生谐波频率 能量，而强的基波产生较大的谐波能量
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组织谐波成像
二次谐波成分的幅度
表征非线性程度的项
f为频率, 为介质密度 Z为深度，p为声压，c为声速
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波形畸变
非线性场中，波形上各点处的传播速度 并不恒定，而是位置 x 的函数
压缩区也就是声压为正的区域 稀疏区也就是声压为负的区域 压缩区与稀疏区的交界点处
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非线性现象的表现
谐波能量的非线性改变
谐波成像能有效的减少的近场伪像
在近场表浅处，超声波仅由基波频率组成。但
传播后，能量会在二次谐波频率处产生。
定义两个参量
物态方程泰勒展开式一阶项与二阶项之比
会影响声速
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Technique Finite Amplitude Distortion-Based Inhomogeneous Pulse Echo Ultrasonic Imaging
A novel pulse echo imaging scheme in which the image is formed using the finite amplitude distortion components of the received pulse is considered here. Alternatively, this could be described as image formation using the nonlinearly-generated higher harmonics.