有限聲束非線性超聲場的快速計算及其特性研究.pdf

1、非線性超聲的高次諧波可以提高醫(yī)學(xué)超聲成像的質(zhì)量。對超聲非線性特性的研究和探索可以為非線性超聲在各個領(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、治療多采用滿足拋物近似的有限聲束非線性超聲場，一般用KZK方程描述。KZK方程是一個高階非線性偏微分方程，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域方法對KZK方程進(jìn)行數(shù)值求解。頻域方法能夠方便地處理依賴于頻率的吸收效應(yīng)，因此得到

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

3、計算仿真結(jié)果表明：當(dāng)聲場計算規(guī)模與分割線程數(shù)合理匹配時，本算法能夠顯著提高計算速度同時保證計算精度，計算結(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性聲場特性，我們以Gauss聚焦脈沖波作為具體仿真對象，研究其基波和二次諧波的空間分布特性，可以通過時域有限差分法求解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。計算