三维FDTD方法在医学超声动态散射中的仿真验证

本文主要探讨了三维声波散射的时域仿真在医学超声中的应用，特别是在解决动态波散射问题上的技术进展。作者刘颖、郑宏兴和冯立营在天津职业技术师范大学天线与波导技术研究所开展研究，他们构建了一种三维速度-压力交错网格的时域有限差分模型，这是一种数值计算方法，用于精确模拟声波在复杂介质中的传播行为。 时域有限差分法（FDTD）是一种广泛应用的数值方法，最初主要用于电磁波计算，后来扩展到光波、声波和地震波等领域。为了在有限的计算机网格中模拟无界空间的波动现象，关键在于设计有效的吸收边界条件，如完全匹配层（PML）吸收边界。PML是一种特殊的边界处理技术，能够有效地吸收和衰减反射波，从而避免了传统边界条件可能导致的反射误差。 文中详细介绍了如何将声波的连续方程转化为FDTD的离散形式，并特别关注了处理内部边界的方法。通过这种方法，研究人员能够在三维声波场中模拟标准目标的散射过程，验证了所提计算方法在医学超声动态仿真中的有效性。这种方法对于早期诊断皮下浅层病变，如肾结石、乳腺癌等具有重要意义，因为它能够更精确地模拟声波在人体组织中的传播特性，从而提高诊断的准确性和可靠性。 此外，文章还提到了声波在医学超声中的应用背景，指出随着健康检查需求的增长，对早期诊断技术的需求也日益增强。作者们的研究成果有助于推动医学超声技术的发展，为疾病的早期检测提供了强有力的支持工具。 这篇论文不仅阐述了三维声波散射的时域仿真方法，还展示了其在实际医疗应用中的潜力，为提高医学超声诊断的精度和效率做出了理论和技术上的贡献。