针对激光干涉法高强度聚焦超声（HIFU）声压测量中干涉系统带宽解算依赖线性声场条件，导致解算结果与实际有较大差异的问题，首先通过理论分析，建立了HIFU声压测量中干涉信号的数理模型；针对非线性声场条件下干涉信号无法进行函数展开的情况，利用数值仿真的方法对干涉信号的频域进行分析；通过对比具有相同声压峰峰值和基频的线性和非线性声场条件下的干涉信号频谱，发现了非线性声场对激光干涉信号带宽的展宽作用，证明了现有线性声场条件下干涉系统带宽的估算方法不适用于HIFU声压测量；利用实测HIFU声压数据，通过仿真分析，发现在非线性声场条件下，激光干涉系统带宽随被测声压峰峰值呈二次方规律变化，而不是线性声场条件下的线性变化规律。

该文利用k-Wave对高强度聚焦(HIFU)超声在多层组织中的焦点偏移现象进行了仿真及理论研究, 分析了不同变量在非线性情况下对高强度聚焦超声穿过多层组织达到肝脏组织中形成的焦点位置的影响。研究发现, 在换能器参数相同条件下, 多层组织的存在将导致焦点明显向换能器方向偏移, 其聚焦位置相对于水域中焦点位置相差达到2.6 mm; 肌肉厚度的增加将导致焦点向靠近换能器方向移动, 脂肪厚度的增加将导致焦点向远离换能器方向移动。对于不同F数(F数表示换能器曲率半径与开口直径之比)的换能器, 焦点位置的变化相对较小, 这说明本研究的焦点偏移现象及结论对于不同的换能器有普适性, 可为高强度聚焦超声精准高效治疗提供参考依据。

本文提出了一种基于功率谱信息熵和GK模糊聚类相结合的方法, 应用于生物组织变性识别判定中。利用高强度聚焦超声辐照离体新鲜猪肉来改变其特性, 并用热电偶测量声焦区温度, 同时采集了不同温度时的超声回波信号。通过对采集的信号进行截取, 研究了分段数对功率谱信息熵辨识性能的影响。研究发现当分段数为26至32时, 功率谱信息熵的准确度、灵敏度和特异度均有较高的值。本研究计算了分段数为30时的功率谱信息熵, 此时的变性组织对应的功率谱信息熵比未变性组织对应的功率谱信息熵平均高出约0.094, 大约为7.99%。采用功率谱信息熵作为特征参数时, GK模糊聚类效果优于模糊C均值聚类；采用GK模糊聚类方式, 功率谱信息熵比小波熵具有更高的辨识率。

本文提出了一种基于哈达玛变换的频谱图像灰度共生矩阵(Hadamard-GLCM)的高强度聚焦超声治疗无损测温方法。利用高强度聚焦超声辐照新鲜离体猪肉组织, 获取辐照前后的B超图像的减影图像, 采用Hadamard变换对其进行处理, 获取频谱图像, 将频谱图像的灰度共生矩阵惯性矩作为反应温度变化的信息参数。实验表明: 不仅单组数据的Hadamard-GLCM惯性矩(HGMI)和温度能很好的线性拟合, 而且多组数据的Hadamard-GLCM惯性矩与温度也成近似的线性关系, 而且斜率非常接近, 拟合度更接近1, 误差小, 对温度的分辨能力高, 容错能力强, 与传统的测温方法相比有着明显的优势, 能为HIFU治疗过程中的无损测温提供有效的实时依据。

基于B超图像分析HIFU治疗中辐照剂量、组织凝固性坏死区域和图像参数之间的关系。通过对高强度聚焦超声辐照新鲜离体组织前后获得的B超图像做数字减影处理, 计算图像灰度平均值, 同时切片观察并记录生物组织的凝固性坏死区域大小, 在此基础上得到大批量数据的统计特性。结果表明: 辐照剂量、组织凝固性坏死区域与B超图像灰度平均值在一定范围内成正相关性; 当凝固性坏死区域增大到一定程度时, B超图像灰度平均值不再增大, 而是呈无规律分布。B超图像灰度可反映组织损伤程度, 为实时监控HIFU治疗效果提供依据。

在对高强度聚焦超声(HIFU)场中温度和声压性质分析的基础上，提出了根据光纤的光弹效应，用偏振光进行声压的测量，并从理论上进行了分析，得出了一些有用的公式。