[发明专利]基于人工气泡阵列实现基波及二次谐波声聚焦方法

说明书

本发明公开了一种基于人工气泡阵列实现基波及二次谐波声聚焦方法。将气泡阵列内每个气泡处的等效入射声波视为原入射平面波与周围气泡散射的基波的叠加同时仅计及一次、二次散射简化了计算过程，结合多重散射理论分别计算得到了基波及二次谐波的二维声场分布。引入气泡阵列内气泡半径随空间位置存在梯度分布的情形，通过合理地设置气泡阵列内不同位置处的气泡半径及入射频率，实现基波及二次谐波在气泡阵列内不同位置处的声聚焦。依据二次谐波声场在特定频率下的分布特征，设计了合适的气泡阵列气泡半径梯度及入射频率，实现了二次谐波在气泡阵列外不同位置处的声聚焦。

技术领域

本发明属于超声波成像领域，尤其涉及一种基于人工气泡阵列实现基波及二次谐波声聚焦方法。

背景技术

目前常用的超声成像主要可分为：脉冲回波式成像、透射式成像、多普勒成像、弹性成像等，不同超声成像技术所使用的成像参量不同，其应用场景也各有不同。

超声成像技术在发展初期以线性声学原理为基础，然而从二十世纪九十年代开始，科学家们开始尝试利用声场中人体组织和超声造影剂的非线性效应产生的高次谐波来成像。与传统意义上的基波成像相比，高次谐波成像可以提高成像的分辨率，减少近场伪像，改善波束的聚焦效果，得到的人体组织图像的质量更好。但是由于非线性效应产生的高次谐波强度较弱，高次谐波成像的信噪比较低，同时由于高次谐波在人体组织中的衰减要比基波更加剧烈，因此高次谐波的穿透深度也相对不足。

超声造影剂作为强非线性源，可以显著提高高次谐波超声成像中谐波信号的强度，从而在保证成像质量的前提下提高信噪比。传统商用超声造影剂常选用气泡作为载体，但传统商用超声造影剂中的气泡半径随机分布，且不同气泡之间的间距无法控制。随着科技水平的发展，使用经过设计的具有特定气泡半径分布及气泡空间排布的人工气泡阵列取代传统超声造影剂，可以显著提高高次谐波信号的产生效率，并且可以实现在指定位置处的声能量聚焦。然而，由于人工气泡阵列中各气泡非线性振动情形及不同气泡之间的相互影响十分复杂，目前对于考虑多重散射情形下的人工气泡阵列非线性振动模型的计算，以及在此基础上设计特定气泡阵列参数的人工气泡阵列以实现特定位置处的声聚焦尚无较为成熟的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于人工气泡阵列实现基波及二次谐波声聚焦方法,以解决人工气泡阵列中各气泡非线性振动情形及不同气泡之间的相互影响十分复杂，没有成熟解决方法的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种基于人工气泡阵列实现基波及二次谐波声聚焦方法，利用单气泡非线性振动及多重散射理论，通过对入射声场进行等效处理，构建了人工气泡阵列非线性振动下的多重散射模型，并据此设计的气泡阵列气泡半径梯度分布及入射频率，实现了基波及二次谐波在气泡阵列内不同位置处的声聚焦以及二次谐波在气泡阵列外指定位置处的声聚焦。

进一步的，将气泡阵列内每个气泡处的等效入射声波视为原入射平面波与周围气泡散射的基波的叠加同时仅计及一次、二次散射以简化计算过程。

进一步的，通过设计气泡半径梯度分布，将指定位置处的气泡半径设置为其对应的气泡非线性共振频率与入射频率相同，来实现在气泡阵列内指定位置处的基波及二次谐波声聚焦。

进一步的，在入射频率下，设置了沿y轴方向轴对称分布，沿x轴方向递增的气泡阵列气泡半径梯度分布，实现了在气泡阵列外特定位置处的二次谐波声聚焦。

本发明的基于人工气泡阵列实现基波及二次谐波声聚焦方法，具有以下优点：