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第1部分 基础1

第1章 从多波段成像到弹性成像1

1.1 简介1

1.2 空间分辨率1

1.3 多波段成像2

1.4 波和波的产生3

1.5 波和波的标记3

1.6 波到波的成像：弹性图4

1.7 超声速剪切成像中的超分辨率9

1.8 临床应用10

1.9 总结14

参考文献14

第2章 散斑干涉法和非线性方法成像16

2.1 概述16

2.2 散斑干涉法17

2.2.1 简介17

2.2.2 拉贝瑞方法17

2.2.3 诺克斯-汤普森方法20

2.2.4 相位差计算的重要性23

2.2.5 二维空间拉贝瑞和诺克斯-汤普森方法23

2.2.6 散斑干涉法的其他改进24

2.3 非线性成像24

2.3.1 简介24

2.3.2 偏差（平方差）或绝对差25

2.3.3 基于傅里叶变换的方法25

2.3.4 傅里叶方法：如何创建一个图像27

2.3.5 傅里叶变换：使用的问题27

2.3.6 基于希尔伯特变换的方法28

2.4 总结32

参考文献32

第2部分 先进成像技术和方法的新发展33

第3章 生物软组织定量超声波显微镜的原理与应用33

3.1 概述：生物组织超声波显微镜的基本概念33

3.2 声波速率剖面34

3.2.1 基本原理34

3.2.2 被观察的样本34

3.2.3 试验性的设置和已获得的信号34

3.2.4 声波速率的计算35

3.2.5 二维声波速率剖面图38

3.2.6 更高空间分辨率上的尝试39

3.3 声阻抗剖面41

3.3.1 基本原理41

3.3.2 试验布置42

3.3.3 观测样本42

3.3.4 采集的信号43

3.3.5 特征声阻抗的校准［3］43

3.3.6 大鼠的小脑皮质观察［4］44

3.3.7 细胞尺寸观察［5］46

3.3.8 商用设备47

3.4 总结48

参考文献48

第4章 便携式超声波成像设备49

参考文献64

第5章 高频超声波系统用于高分辨率测距和成像65

5.1 概述65

5.2 高频超声波系统组成66

5.2.1 超声波回声系统66

5.2.2 发射器和接收器组成的高频超声波回声系统67

5.2.3 光谱和距离分辨率属性68

5.2.4 脉冲传输性能的测量和优化69

5.2.5 距离分辨率优化：逆回波信号的滤波70

5.2.6 平面波传播过程中声波散射参数的测量72

5.3 高频超声波成像的工程概念74

5.3.1 单元素传感器B扫描技术74

5.3.2 横向分辨率最优化75

5.3.3 限制角度空间合成78

5.3.4 多向组织特征描述80

5.4 生物医学应用中的高频超声波成像82

5.4.1 皮肤成像82

5.4.2 小动物的成像技术83

5.5 总结85

参考文献85

第6章 基于阵列技术的定量化声学显微镜方法90

6.1 概述90

6.2 测量漏波的速度和衰减90

6.3 测量体波速度和样本厚度103

6.4 总结110

参考文献110

第3部分 前瞻性生物医学应用113

第7章 厚切片黑色素瘤皮肤组织声学显微镜图像中的反差机理研究113

7.1 简介113

7.1.1 什么是黑色素瘤113

7.1.2 如何诊断黑色素瘤114

7.1.3 活检存在的问题114

7.1.4 当前研究的目标115

7.2 适用于声学显微镜中声波传播的5层数理模型116

7.3 样本准备118

7.4 数字成像——光学与超声119

7.4.1 光学图像119

7.4.2 声成像原理（脉冲-回波模式）121

7.4.3 分辨率123

7.4.4 声学图像124

7.4.5 波形分析126

7.5 高频声学显微镜129

7.5.1 正常皮肤组织129

7.5.2 异常皮肤组织130

7.5.3 声速131

7.5.4 计算机模拟132

7.6 总结136

致谢137

参考文献137

第8章 病理学新概念——声学显微镜反映的力学特性139

8.1 简介139

8.2 声学显微镜原理140

8.3 应用于细胞成像141

8.4 应用于硬组织143

8.5 应用于软组织144

8.5.1 胃癌144

8.5.2 心肌梗死144

8.5.3 肾脏146

8.5.4 动脉粥样硬化147

8.6 超声声速显微镜（USM）149

8.7 关节组织150

8.8 总结152

参考文献152

第9章 骨骼定量化扫描声学显微镜155

9.1 简介155

9.1.1 骨骼的层次结构及其特性155

9.1.2 多种尺度弹性性质的相关性156

9.1.3 测量原理的历史157

9.2 基于定量化SAM的骨骼声阻抗160

9.2.1 理论160

9.2.2 时间解析测量162

9.2.3 时间门控幅度检测测量164

9.3 组织矿化、声阻抗和劲度165

9.4 纳米级（薄层）的弹性各向异性167

9.5 微米级（组织）的弹性各向异性169

9.6 在肌肉骨骼研究中的应用170

9.7 总结171

参考文献172

第4部分 高级材料应用175

第10章 基于后处理方法的阵列成像和缺陷特征化175

10.1 简介175

10.2 建模阵列数据178

10.2.1 简介178

10.2.2 超声阵列数据的射线描述179

10.2.3 超声阵列数据的数学模型182

10.3 一维阵列成像方法184

10.3.1 后处理中的经典波束形成成像方法185

10.3.2 全聚焦方法185

10.3.3 波数方法186

10.3.4 反向传播方法187

10.3.5 成像方法的理论比较188

10.3.6 计算负载189

10.3.7 聚焦性能190

10.3.8 实例190

10.4 二维阵列成像192

10.4.1 二维阵列布局优化192

10.4.2 二维阵列布局的实验对比195

10.5 散射矩阵及其实验提取197

10.5.1 概念198

10.5.2 逆向成像198

10.5.3 散射矩阵的提取200

10.6 缺陷特性化与测量201

10.6.1 裂缝测量201

10.6.2 实验结果203

10.7 总结205

参考文献206

第11章 超声力和相关的显微镜209

11.1 简介209

11.2 机械二极管检测210

11.3 实验UFM的实现211

11.4 UFM对比理论214

11.5 对比硬度的量化测量217

11.6 UFM图库218

11.7 图像解释：附着和表面效应221

11.8 超级润滑223

11.9 表面下面的缺陷224

11.10 时间分辨的纳米尺度现象226

致谢230

参考文献230

第12章 超声原子力显微镜233

12.1 简介233

12.2 原理233

12.2.1 来自于基座的悬臂梁受力振动233

12.2.2 量化信息、方向控制和谐振频率跟踪234

12.2.3 悬臂梁刚度的有效增强234

12.2.4 避免塑性变形的标准234

12.3 理论236

12.3.1 概览236

12.3.2 硬度和Q因数的线性分析236

12.3.3 近表面成像的线性理论238

12.3.4 适当负载的优势240

12.3.5 谱的非线性分析240

12.3.6 杜芬模型240

12.3.7 双节点数字模型242

12.4 仪器243

12.5 试验244

12.5.1 探针和试样接触的非线性因素的规避244

12.5.2 UAFM和UFM之间的关系245

12.5.3 弹性的量化评测246

12.6 分层材料中缺陷观察246

12.6.1 石墨烯片中的缺陷246

12.6.2 二硫化钼中的错位249

12.6.3 差分负载下的错位行为分析250

12.6.4 可变应用负载下的错位运动分析250

12.6.5 错位的可逆长范围运动模型252

12.6.6 微电子和机械装置中的分层253

12.7 总结254

参考文献254

第13章 声学近场成像256

13.1 近场成像原理256

13.1.1 早先的声学近场成像系统256

13.2 近场声学成像和原子力显微镜258

13.2.1 力调制259

13.2.2 局部加速显微镜260

13.2.3 脉冲-力显微镜260

13.2.4 原子力声学显微镜或AFM接触-谐振成像260

致谢273

参考文献274