Page 89 - 《应用声学》2021年第1期

第 40 卷 第 1 期 乔玉配等： 利用 k-Wave 计算超声在腹壁组织的声辐射力 85

F x /F max F y /F max F/F max
0 0 0 1.0
0.3
2 2 2
0.8 0.2 0.8
4 4 4
0.6 0.1 0.6
x/mm 6 8 0.4 x/mm 6 8 0 -0.1 x/mm 6 8 0.4
10 0.2 10 -0.2 10 0.2
12 12 -0.3 12
0
0
-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
y/mm y/mm y/mm
(a) ॆʷӑᣉՔܦᣣ࠱ҧ (b) ॆʷӑഷՔܦᣣ࠱ҧ (c) ॆʷӑ঴ܦᣣ࠱ҧ
图 5 腹壁组织中归一化声辐射力
Fig. 5 The normalized acoustic radiation force in abdominal tissue

z/mm 0.5 0 z/mm 0.5 0
0.5
4 6 0.5 6
2 4 4
0 2 0 2
-2 -2 0 -2 -2 0
-4 -4 y/mm x/mm -4 -4 y/mm
x/mm
-6 -6 -6 -6
(a) -20 dB (b) -10 dB
图 6 腹壁组织中归一化声辐射力等值面
Fig. 6 The normalized acoustic radiation force isosurface in abdominal wall tissue

图 5 分别为归一化的轴向声辐射力、横向声辐 为 15 mm。图 7(c) 和图 7(d) 分别对应阵元间距为
射力以及总声辐射力在 xy 平面的分布。从此图中 0.15 mm 时，不同阵元宽度的轴向和横向声辐射力。
可以清楚得知声辐射力的分布和大小，在实际的应 同样的，对阵元宽度为 0.15 mm 和 0.30 mm 时的阵
用中可以更加有效、快捷地使用声辐射力对生物组 元个数分别取30和20个以保证换能器的宽度相等，
织施压，以探测生物体的弹性，从而判断生物体是否 对应的换能器的宽度都为 9 mm。从图 7 可以看出，
发生病变。声辐射力的研究为弹性成像技术奠定了 换能器宽度不变的情况下，阵元间距为0 时，阵元宽
基础，使得弹性成像技术更加精准、高效。 度对声辐射力几乎没有影响。阵元间距为 0.15 mm
另外也可以通过声辐射力的等值面了解到声 时，随着阵元宽度的增大，声辐射力变大。这是因为，
辐射力的分布，图6给出了在 −20 dB、−10 dB处的 在阵元间距为 0 时，不管怎么改变阵元的宽度，面阵
声辐射力等值面。由声辐射力等值面可以识别具有 换能器实际起作用的面的范围没有改变，其激励下
相同大小的力的所在位置。通过查看相邻等值线的 产生的声场没有改变。当阵元之间有间距时，随着
间距可以大致了解力的大小的分布层次。等值面使 阵元宽度的增大，换能器实际起作用的面的范围变
声压的分布一面了然。 大，其激励下产生的声场强度变大，从而使得组织所
最后对面阵换能器的阵元宽度、间距、阵元个 受的声辐射力增大。
数以及工作频率等参量对声辐射力的影响进行了 图 8 为不同阵元间距时腹壁组织中沿 x 方向
计算与分析，如图7 ∼ 10所示。 的归一化声辐射力。图 8(a) 和图 8(b) 分别对应阵
图7 为不同阵元宽度时腹壁组织中沿 x 方向的 元宽度为 0.15 mm 时，不同阵元间距的轴向和横
归一化声辐射力。图 7(a) 和图 7(b) 分别对应阵元 向声辐射力。阵元间距为 0 和 0.15 mm 时的阵元个
间距为 0 时，不同阵元宽度的轴向和横向声辐射 数分别取 100 和 50 个以保证换能器的宽度相等，此
力。为了避免换能器宽度带来的影响，阵元宽度为 时换能器的宽度都为 15 mm。从图 8 可以看出，随
0.15 mm 和0.30 mm 时的阵元个数分别取100和50 着阵元间距的变大，轴向声辐射力变小，横向声辐射
个以保证换能器的宽度相等，此时换能器的宽度都 力变大。