● 摘要
传统的B型超声检测利用组织超声背散射射频（RF）信号的幅度包络信息进行成像，没有充分地利用与组织微观结构有关的频率和相位信息。当生物软组织发生病变时，其衰减系数、弹性特性以及超声特征散射子的粒径和数浓度(单位体积内散射子的个数)等都相应的会发生变化。组织超声背散射射频信号的功率谱与超声特征散射子的粒径、几何形状、数浓度以及弹性特性等有关。利用超声背散射RF回波信号的频率和相位信息进行软组织微结构特征的研究，探寻超声诊断技术在生物软组织生理病理诊断中的应用成为组织定征的热点和难点。
本论文主要开展了以下三方面的工作：
（1）基于超声波在生物软组织中的传播机理，研究生物软组织超声背散射RF信号中心频率的偏移量与组织超声特征散射子粒径的相关性。通过计算机模拟实验,分别探讨超声换能器焦区内软组织的衰减系数和超声特征散射子的数浓度以及换能器的中心频率、带宽和聚焦特性等参数对频移量的影响。
（2）制作了四种不同散射子粒径的实验仿体，对其超声背散射信号进行统计处理，研究其频率特性。由明胶、玻璃微珠、丙三醇、蒸馏水、防腐剂和戊二醛等制成实验仿体，四种实验仿体参入平均有效散射半径依次为36.25 mm、47 mm、55.25 mm和64.25 mm的实心玻璃微珠。
（3）采用新鲜的猪肝进行离体实验，对肝脏的不同部位进行散射谱特征的统计分析。由肝脏组织解剖学可知，肝的基本单位是肝小叶。在肝组织对超声波的散射中，肝小叶有重要贡献。肝脏可分为三个不相同的特征散射区域，第一区域是肝叶边缘及表层区域，其结构散射近似为瑞利散射特征；第二区域是肝叶表层区域以下与肝叶中心之间，其结构散射具有随机散射特征；第三区域是肝叶中心区域，其结构散射主要呈扩散漫射特征，也有较强的反射。不同的散射区域，超声散射谱特征不同，背散射信号中心频率的偏移量也不同。
计算机模拟实验研究结果表明，换能器焦区内软组织超声背散射RF信号中心频率的偏移量随其超声特征散射子粒径的增大而增加，近似呈线性增长的关系，在换能器不同的中心频率、带宽和聚焦特性等参数条件下的频移量有差异，软组织超声特征散射子的数浓度和换能器的聚焦性等参数对频移量的影响不明显。
仿体实验研究结果表明，实验仿体超声背散射RF信号的中心频率随玻璃微珠的平均有效散射半径的增大而向低频方向移动，且越来越接近发射超声信号的中心频率。
离体实验结果表明，生物软组织的结构不同，其结构散射超声频谱有明显的特异性。超声波在肝叶表层区域及肝叶的边缘部分的散射主要表现在高频端；随着软组织深度的增加，散射频谱的高频成份逐渐减小，低频成份呈上升趋势；在肝叶的中心区域，则主要以低频分量出现。
大量研究结果表明，聚焦超声换能器焦区内生物软组织超声特征散射子的粒径与组织超声背散射RF信号中心频率的偏移量有一定的关系，有可能通过超声特征散射子粒径的研究来定征软组织的生理病理特性。在实际应用中，应该综合考虑软组织的区域结构特性和超声背散射RF信号的频移量等参数来对组织发生异常进行表征。另外，在研究频移量时可以不考虑换能器的聚焦性。