非均匀组织医学超声发射声场仿真.pdf

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1、第38卷第6期声学学报Vo1．38．No．62013年11月ACTAACUSTICANov．，2013非均匀组织医学超声发射声场仿真冰解卓丽周浩郑音飞(浙江大学生物医学工程教育部重点实验室杭州310027)2012年8月22日收到2013年1月21日定稿摘要为了分析医学超声在非均匀组织中的分布特性，建立了超声发射声场的计算模型。采用交错网格有限差分法对耦合超声非线性方程进行数值求解，获得了声速、密度及非线性参数非均匀分布情况下人体腹壁组织内的超声声场分布数据。同均匀介质相比：当声速均匀而密度非均匀时，声束仍聚焦良好，焦点处声能下降了1．8dB；当密

2、度均匀而声速非均匀时，声束发散严重，焦点处声能下降了3．8dB，下降程度与非均匀组织接近。组织声速在空间分布的非均匀性是导致聚焦声束能量分布畸变的主要原因。PACS数：43．25，43．35Simulationoftheacousticfieldemittedfrommedicallineartransducerinaheter0geneoustissueXIEZhuoliZHOUHaoZHENGYinfei(KeyLaboratoryforBiomedicalEngineeringofEducationMinistryofChina，Zh~ian

3、gUniversityHangzhou310027)ReceivedAug．22，2012RevisedJan．21，2013AbstractAnumericalmodelisdevelopedtosimulatetheacousticfieldinheterogeneoustissuefromamedicallineartransducer．Thecoupledfull-waveequationfornonlinearultrasoundissolvedusingastaggeredgridfinitediferencetimedomainmet

4、hod．Thedistributionofacousticpressureandpowerinhumanabdominalwallwithheter0geneitiesinsoundspeed，density，andnonlinearparameterareobtained．Comparedwithhomogeneousmedium，whensoundspeedintissueisuniformanddensityunchanged．theacousticenergydecreasesonly1．8dBinthefocMregion；whenden

5、sityintissueisuniformandsoundspeedunchanged，theenergydecreases3．8dBinthefocalregion，whichisalmostthesameasheterogeneoustissue．Thus，theprimaryfactoroftheaberrationoffocusedbeamistheheterogeneousdistributionofthetissuesoundspeed．瑞利积分为理论基础，利用空间脉冲响应方法计算引言超声发射声场，但未考虑生物组织后向散射对声场分布的影

6、响，也难以计算组织对声波的非线性效掌握超声波在声学参数非均匀组织中的传播情应[—5]。(2)Abersim以KZK方程为理论基础，采用况，是研究聚焦声束在组织中畸变校正算法的基算子分裂方法计算超声换能器的正向传输声场[6J．虽础[1-3】。受目前声学检测技术的制约，实验中难以能够计算声波的非线性与衰减效应，但也未考虑后向获得生物组织内声束形状及能量分布等数据，因而散射波对声场分布的影响。(3)Jing等人在2007年研超声声场传播仿真仍是快速获得医学超声声场分布究了不均匀介质中三维非线性声场的计算模型【。数据的有效手段。对于医学超声声场分布仿真，有

7、与Abersim相似，该模型同样使用了算子分裂法对多种典型的数值处理方法：(1)FieldII以线性声场的抛物线型非线性波动方程进行数值计算，仍只考虑冰国家科技支撑计划(2011BAI12B02)、中央高校基本科研业务费专项资金(2011FZA5007)及浙江省公共科技条件平台建设项目(2009E60002)资助658声学学报2013焦了超声场的正向传播，且非均匀介质的构造采用了第一和第二黏滞系数，为热传导系数，C与C分随机数生成的方法，与人体组织结构仍相距甚远。别为定容和定压比热。式(1)可进一步合并为：(4)马勇等基于KZK方程在频域利用有限差

8、分法研究了二次谐波及超谐波声场分布情况Is】，但该方法只·u=等+器计算了均匀介质中稳态声场的声压分布情况。为了研究超声波