骨骼微结构对超声损失的影响——基于骨模拟数字幽灵体

脑膜 focused ultrasound 应用常需使用需要精确声学性能的模拟，这些性能可与计算机断层扫描（CT）Hounsfield 单位（HU）相关联。然而，临床CT对微结构不敏感。本研究检讨了骨/髓微结构如何引入声学性能与CT HU 关系的变化。通过具有0至75%孔隙率的骨/髓模拟数字幽灵体测得插入损失。幽灵体中一种六种孔径（从0.2 mm到1.0 mm）的孔隙直径。使用230 kHz或650 kHz均匀压力源进行k-Wave模拟。插入损失定义为相对于仅含水的参考的传播平均压力。230 kHz的损失随孔隙率变化，但微结构影响不大。然而，650 kHz的损失在非吸收和吸收模拟中均取决于孔隙率和孔径直径。较大孔径的幽灵体在相同孔隙率下通常比较小孔径幽灵体损失更大。在非吸收幽灵体中，插入损失的最大范围为2%至52%，发生在20%孔隙率时。吸收平均增加了8.2%的损失，最大增加为13%（针对0.2 mm最小孔径和2.5%孔隙率的幽灵体）。来自幽灵体平面界面所引起的相干多次反射影响较小孔径的损失，而较大孔径则破坏这种相位相干性。插入损失对孔隙率和孔径直径的依赖性表明，在650 kHz下，衰减-HU关系难以确定。这一不确定性对基于CT推导的声学模型具有影响，因为可变微结构的HU值没有唯一对应的衰减。