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)學超聲成像的質量。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域的應用提供理論依據，有助于提高現有的診斷水平。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，多數情況下只能求得數值解。目前大多用頻域和時域方法對KZK方程進行數值求解。頻域方法能夠方便地處理依賴于頻率的吸收效應，因此得到

2、了廣泛的應用，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。對吸收媒質中單換能器Gauss聚焦連續(xù)波進行非線性聲場仿真，

3、計算仿真結果表明：當聲場計算規(guī)模與分割線程數合理匹配時，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函數分布，且二次諧波波束更窄。計算