有限聲束非線(xiàn)性超聲場(chǎng)的快速計(jì)算及其特性研究.pdf

1、非線(xiàn)性超聲的高次諧波可以提高醫(yī)學(xué)超聲成像的質(zhì)量。對(duì)超聲非線(xiàn)性特性的研究和探索可以為非線(xiàn)性超聲在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)，有助于提高現(xiàn)有的診斷水平。目前，超聲成像、治療多采用滿(mǎn)足拋物近似的有限聲束非線(xiàn)性超聲場(chǎng)，一般用KZK方程描述。KZK方程是一個(gè)高階非線(xiàn)性偏微分方程，難以求出具有明確物理意義的顯式封閉解析解，多數(shù)情況下只能求得數(shù)值解。目前大多用頻域和時(shí)域方法對(duì)KZK方程進(jìn)行數(shù)值求解。頻域方法能夠方便地處理依賴(lài)于頻率的吸收效應(yīng)，因此得到

2、了廣泛的應(yīng)用，而時(shí)域方法適用于計(jì)算短脈沖激勵(lì)下的聲場(chǎng)。
　　 本文的研究工作主要集中在以下兩個(gè)方面：
　　 1.為了解決頻域有限差分法計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、存儲(chǔ)空間大的問(wèn)題，提出了一種并行計(jì)算模型。理論研究表明非線(xiàn)性有限聲束存在多種耦合：諧波之間的全耦合，各場(chǎng)點(diǎn)沿軸向的遞推耦合以及沿徑向的局部耦合。因此可以將聲場(chǎng)沿徑向分割成若干個(gè)子區(qū)域，采用多線(xiàn)程并行計(jì)算以提高計(jì)算效率。對(duì)吸收媒質(zhì)中單換能器Gauss聚焦連續(xù)波進(jìn)行非線(xiàn)性聲場(chǎng)仿真，

3、計(jì)算仿真結(jié)果表明：當(dāng)聲場(chǎng)計(jì)算規(guī)模與分割線(xiàn)程數(shù)合理匹配時(shí)，本算法能夠顯著提高計(jì)算速度同時(shí)保證計(jì)算精度，計(jì)算結(jié)果與理論分析相符。
　　 2.基于KZK方程，研究陣列換能器的非線(xiàn)性聲場(chǎng)特性，我們以Gauss聚焦脈沖波作為具體仿真對(duì)象，研究其基波和二次諧波的空間分布特性，可以通過(guò)時(shí)域有限差分法求解KZK方程。仿真結(jié)果表明：二次諧波與基波的空間分布類(lèi)似，其中沿縱向（Elevation）均近似服從Gauss函數(shù)分布，且二次諧波波束更窄。計(jì)算