基于 CT 衍生异质骨骼数据的体积-表面积分方程的经颅超声全波建模
医学物理
2026-01-08 v3 数值分析
图像与视频处理
数值分析
计算物理
摘要
经颅超声治疗利用聚焦声能量诱导脑内治疗生效。超声必须通过颅骨传递，该颅骨具有高度衰减和异质性，导致束流畸变、减小焦点压力并偏移靶标位置。常用于预测束流畸变、评估颅骨加热和校正超声换能器相位的计算模型常依赖于计算断层扫描（CT）图像构建患者特异几何结构并估计颅骨声学特性。然而，CT的粗糙体素分辨率限制了在超声频率下的微分方程求解器的精度。本文提出一种基于体积-表面积分方程的数值方法，用于建模通过异质颅骨的全波声传播。我们表明，即使使用原始CT体素作为计算网格（其中0.5 mm 体素长度为最短波长的3 mm的几倍），该方法也能有效地模拟经颅超声。该方法以高分辨率边界单元模型（使用平均化颅骨表示）进行了验证。使用基于CT的颅骨模型和碗形换能器的仿真显示，由于颅骨的异质声学特性，发生了7.8 mm 的显著束流畸变。
引用
@article{arxiv.2508.11100,
title = {Full-Wave Modeling of Transcranial Ultrasound using Volume-Surface Integral Equations and CT-Derived Heterogeneous Skull Data},
author = {Alberto Almuna-Morales and Danilo Aballay and Pierre Gélat and Reza Haqshenas and Elwin van 't Wout},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.11100},
year = {2026}
}