Page 57 - 《应用声学》2020年第6期

第 39 卷 第 6 期 田淑爱等： 结合空化微泡母小波变换的高空化噪声比超快速主动空化成像方法 851

在室温(20 C ± 2 C)。水槽壁和底部放置有吸声材 泡原始回波信号，该回波信号在数值仿真软件中进
◦
◦
料，用以减少聚焦超声声束的多次反射干扰。聚焦 行处理。
超声系统是由聚焦超声换能器和功率放大器构成。
聚焦超声换能器是单阵元凹面探头，其中心频率为 2 研究方法
1.2 MHz，孔径 150 mm，聚焦超声声功率为 72 W。
聚焦超声作用时间是 1 ms，作用停止后触发信号输 本文提出结合 CBWT、波束合成和 SSD 减影
入到 Verasonics 系统时，选择的线阵探头的中心频 的超快速主动空化成像方法，如图2 所示，给出了本
率为 5 MHz，带宽为 80%，阵元数为 128，采样率为 文 3 部分算法：CBWT 算法、波束合成算法 (DAS、
40 MHz，发射并接收平面波信号，采集得到空化微 MV和MVCF)以及SSD数字减影。

ԧ࠱ࣱ᭧ฉ

ቇӑڀฉηՂ

31//1വیᄊ౞थ
ᤌ Ԕ
፞ ࠵ ణ ݽ
࠵ ฉ ̽ ࠱ ฉౌՌੇካข
ᮕ฾ᄊܦԍజጳ SSD஝ߚѓॖ
ฉ ጇ ᮠ DASnjMVnjMVCF
ԫ ஝ ஝
૱ ૶
ቇӑॲจඇ࠵ฉ
CBWTካข
图 2 CBWT 结合波束合成以及 SSD 数字减影研究流程图
Fig. 2 CBWT combined beam synthesis and SSD digital subtraction research flowchart

2.1 基于平面波的空化微泡母小波技术 据空化泡尺寸分布 [18] 相关研究，这里将初始半径

2.1.1 构建空化微泡母小波 设置为1.0 µm。
本文所研究的空化微泡属于无包膜的自由 通过对公式 (1) 和公式 (2) 求解，可预测出空化
气泡，并且假设初始微泡是静止不动，微泡振动 微泡回波声压曲线，如图 3 所示。将预测的声压曲
过程中一直保持球形而没有形状改变的理想状 线 P(t) 进行归一化，作为空化微泡母小波。声学参
态。RPNNP 模型 [17] 假设符合这一理论，其模型表 数是平面波传输的声场分布参数，驱动声压是实际
达式为 测量值，如图3(a)所示。
3
¨
¨
RR + R
2 RPNNP 模型中符号的含义与仿真计算
[( )( ) 3K 表 1
1 2σ R 0
= P 0 + − P V 时使用的参数
ρ R 0 R
Table 1 Meaning of symbols in RPNNP
˙
]
2σ 4µR
+ P V − P A − − . (1) model and parameters used in simulation
R R
calculation
利用四阶 Runge-Kutta 方法对与时间有关的
半径进行数值求解，可以得到微泡振动半径随时间 参数 参数名称及单位 数值
的变化曲线R(t)。振动微泡辐射出的声压曲线P(t) C 液体中声速/(m·s −1 ) 1540
计算公式如下： ρ 液体密度/(kg·m −3 ) 1000
液体静态压/kPa 101
ρ 2 P V
¨
˙ 2
P(r, t) = (R (t)R(t) + R(t)R (t)), (2) 水蒸气的压强/kPa 2.33
r P A
其中，r 是驱动声压到微泡中心的距离。 σ 液体表面张力/(N·m −1 ) 0.0727
在常温 20 下，在液体水中的 RPNNP 模型中 κ 气体的多方系数 1.4
◦
各符号的含义以及仿真需要的参数如表 1 所示。根 µ 液体的粘滞系数/(Pa·s) 0.001