Page 25 - 《应用声学》2022年第5期

第 41 卷 第 5 期 闫博等： 流动微泡群瞬态空化强度时域分布的比例反馈调节 701

为1 mm 的聚乙烯管插入仿体凝胶中形成微泡群的
1 流动微泡群瞬态空化实时测量与调控 流动通道，该仿体容器的声学特性与人体软组织相
系统 似 [24] 。最后，将该仿体容器与蠕动管连接后，放入
装有 37 C 除气除离子水的水箱。利用蠕动泵驱动
◦
本研究设计的流动微泡群瞬态空化测量与控
微泡溶液以50 mm/s的速度流动，形成流动微泡群，
制系统主要包括3 部分：仿体中流动微泡群获取、脉
且微泡溶液在超声发射前已充满流动通道管。另外，
冲超声发射与瞬态空化发生、瞬态空化实时测量和
该水箱底部贴有吸声胶，以消除反射声信号的影响。
比例反馈控制系统。如图 1 所示，微泡在仿体系统
内循环流动，经过焦区时被当前脉冲超声激励，发生 1.2 流动微泡群瞬态空化的发生
瞬态空化，产生的声信号被高速采集后实时处理，以 本 研 究 基 于 LabView 现 场 可 编 程 门 阵
测量当前 ICI，并通过比例反馈控制策略调节下一 列 (Field programmable gate array, FPGA)(NI
周期脉冲信号的幅度，以获取时域分布均匀的ICI。 7962R) 设计的瞬态空化实时测量与调控系统如
图 1 所示。首先，利用基于 LabView 的 FPGA 系统
1.1 仿体中流动微泡群的获取 生成 16 位数字信号，数模转换后输出幅度、重复
本 文 使 用 的 微 泡 为 已 在 临 床 成 像 应 用 的 频率和长度可调的脉冲电压信号，经 50 dB 的功率
SonoVue 微泡 (Bracco Research, Switzerland)。每 放大器(E&I 2100L, Electronics & Innovation Ltd,
次实验前使用4 C的生理盐水制备新鲜的SonoVue USA) 放大后，驱动中心频率为 1 MHz 的聚焦超
◦
微泡溶液，其初始浓度约为(2 ∼ 5) × 10 个/mL，直 声换能器 (直径 82 mm，中心孔径 16 mm，焦距约
8
径范围约为 2 ∼ 8 µm。再用除气生理盐水按体积 51 mm，焦区横向约 1.2 mm，纵向约 10 mm) (H02，
比稀释至 0.5% 的浓度供研究使用。为了模拟微泡 Sonic Concept, USA) 发射脉冲超声，如图 1 所示。
群在血流中的流动，采用1.5%浓度的琼脂糖凝胶制 实验前对激励电压的幅度和该换能器输出的峰值
备仿体容器，其制备方法如文献 [22]所述，并将内径 负压之间的对应关系进行了测量，并确定其 −6 dB

FPGA
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උΓ଍҄٨ ᝠካICI i FFT

஝૶͜ᣥ
ូடU i⇁(U =150 mV)
PCIe
Ҫဋஊܸ٨ ᑢфଌஆ٨ PCIe,14ͯ
PCIe, 16ͯ (50 dB) (9 dB)

PC
A/D
D/A
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1 MHz 5 MHzଌஆ૱ᑟ٨ 0.5%ॲจ໅๯
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51 mm

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50 mm/s Яय़1 mm

图 1 微泡空化发生和空化测量与调控系统
Fig. 1 Microbubble cavitation generation and cavitation measurement and control system