超声波面对高阻抗对比（如骨骼）的全身成像技术一直是个挑战。近期的研究通过模拟展示了这一领域的潜力，但它们忽略了实际临床数据校准的关键问题，且重建时间并不实用。本文将介绍一种全新的全波三维逆散射传输超声层析成像技术，它不仅在实验室数据中验证了可行性，而且在临床应用中展现出了希望。
重点发现
本研究中，科学家们开发了一种能够在高阻抗对比介质（如骨骼）存在的情况下进行全身成像的超声层析成像系统。这项技术的成功应用，不仅扩展了超声成像在乳腺成像中的应用，还首次将其应用于骨科和全身成像。此外，该技术还提供了一种成本更低、分辨率更高的成像方法，对于个性化医疗和精确的肿瘤监测具有重要意义。
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使用的具体方法
研究者们采用了全波三维逆散射算法，这是一种非线性的全波成像方法，能够在时间域中使用高阶Born近似来解决全逆问题的计算复杂性。该方法通过Krylov子空间扩展的投影方法，比传统的奇异值分解方法更快，结果也更好。此外，该技术还结合了对比源反演正则化，以处理没有相位信息的更困难的电磁问题。
数据采集系统包括一个平面波发射器、一个包含2048个元素的接收阵列和3个附加的反射阵列，它们在一个水浴中工作。阵列旋转360度，每隔两度发射一次伪平面波，同时3个反射阵列也轮流发射192个波束形成信号，并在每隔两度接收它们。这些信号随后被傅里叶变换并存储为频率域数据，用于后续的重建算法。
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这项研究证明了超声层析成像技术在高对比度介质中应用的可行性，并且能够在大约24分钟内从实验室数据中重建出定量准确的组织声速图。该技术不仅在成本上仅为现有类似MR图像的约1/10，而且在个性化医疗和精确的肿瘤监测方面具有重要价值。此外，该技术还允许机器学习和放射组学应用于超声层析成像，即使在骨骼存在的情况下也能获得高质量的图像。
出处
本文的发现发表在《自然》杂志的一篇研究文章中，标题为“Full wave 3D inverse scattering transmission ultrasound tomography in the presence of high contrast”。这项研究由QT Ultrasound LLC的科学家们完成，文章链接为：https://www.nature.com/articles/s41598-020-76754-3。
