Attenuation Tomography Using Low-frequency Ultrasound for Thorax Imaging: Feasibility Study

胸部(昆虫解剖学) 超声波 波形 信号(编程语言) 衰减 计算机科学 声学 医学 物理 电信 解剖 光学 雷达 程序设计语言
作者
Tong Zhang,Haokang Shi,Yeyu Cao,Haolin Zhang,Rui Guo,Maokun Li,Fan Yang,Shenheng Xu
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-12 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tbme.2024.3369416
摘要

Low-frequency ultrasound can permeate human thorax and can be applied in functional imaging of the respiratory system. In this study, we investigated the transmission of low-frequency ultrasound through the human thorax and propose a waveform matching method to track the changes in the transmission signal during subject's respiration. The method's effectiveness is validated through experiments involving ten human subjects. Furthermore, the experimental findings indicate that the traveltime of the first-arrival signal remains consistent throughout the respiratory cycle. Leveraging this observation, we introduce an algorithm for ultrasound thorax attenuation factor differential imaging. By computing the paths and energy variation of the first-arrival signal from the received waveform, the algorithm reconstructs the distribution of attenuation factor differences between two different thorax states, providing insights into the functional status of the respiratory system. Numerical experiments, using both normal thorax and defective thorax models, confirm the algorithm's feasibility and its robustness against noise, variations in transducer position and orientation. These results highlight the potential of low-frequency ultrasound for bedside, continuous monitoring of human respiratory system through functional imaging.

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