Page 30 - 《应用声学》2022年第5期

706 2022 年 9 月

发射时，焦区内的微泡数量基本保持恒定。而在随 2.3.1 不同比例系数下瞬态空化剂量的时域分布
后的35 s，对于不循环的情况，尽管理论上每次激励 图 7(a)∼(c) 给出了 3 个代表性比例系数 1 ×
脉冲发射时，充入焦区的微泡数量和其壳层特性相 10 、1 × 10 和 1.5 × 10 作用时，流动微泡群的
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同，但是 ICI 仍然呈下降趋势，下降幅度约 25%，由 ICI 和脉冲激励信号的 PNP 随着时间的变化，同时
1.1 节可知系统波动对 ICI 影响不超过 10%，所以这 也给出开环条件下循环流动微泡群的 ICI 及脉冲激
个下降主要是由温度及流动系统导致部分稳定性 励信号的 PNP 随着时间的变化。当比例系数较小
较差的微泡破碎，总微泡数目减少所引起的。而在 时，如 K = 1 × 10 时，从图 7(a2) 可知，PNP 的调
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循环条件下，ICI的下降幅度更大，达到 47.5%，表明 节较为缓慢，ICI 随着时间仍呈下降趋势，基本和开
除了温度和流动系统的影响外，发生瞬态空化后微 环情况下重合，且图 7(a3) 也显示在该比例系数下
泡直接破碎是这个较大下降幅度的原因。从图 6(b) 的功率谱几乎和开环情况下重合，基本无法对 ICI
也能看出中微泡循环流动时总的 ICI小于不循环流 的总能量及其时域分布进行有效的调控。当比例系
动时的值。所以，在体内真实的血流环境中，微泡 数较大时，如 K = 1.5 × 10 ，该条件下获得的 ICI
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受到超声和血流环境以及自身壳层特性的影响，其 总能量已经有所提升 (大于开环条件的值)，但是由
衰减速率可能更快，ICI随着时间下降更为迅速。因 图 7(c1) 和图 7(c2) 可以看出，尽管 ICI 的时间分布
此，需要寻找合理的调控策略，以获得流动微泡瞬态 趋于平稳，但由于PNP被调节的幅度很大，使得ICI
空化剂量在时间域内均匀分布。 的波动较大，这两种情况与 Bing 等 [16] 设计的控制
器∆P 过小或过大导致的结果类似。只有比例系数
3 0.5%, ˀ॰ဗ 适中时，如 K 取 1 × 10 ，从图 7(b) 可知 PNP 随时
ICI/(10 -9 V 2 Ss) 2 1 0.5, ॰ဗ 间逐渐增大，ICI 在超声作用时间内的分布相对均
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匀，同时各个频率点的能量也比开环条件都有增加。

-1 0 另外也能看到该调控中的 PNP 前 25 s 内也有所变
0 10 20 30 40 50 60
௑ᫎ/s 化，这是因为尽管在该时间段内，期望 ICI 分布是均
(a) ॲจ॰ဗ֗ˀ॰ဗืү௑ICIᬤ௑ᫎᄊԫӑ 匀的，但由于微泡群粒径的分散性较大，同时也无
法保证焦区内的微泡数量完全一致，因此 ICI 在该
0 0.5%, ˀ॰ဗ
0.5, ॰ဗ 时间段内也是随之变化的，所以该控制器也会对这
Ҫဋ/dB -40 一段时间的 PNP 值进行调节。此外，本研究实现了
-20
1 min 内 ICI 的控制，实际临床应用中，超声时间会
-60 更长，微泡的数量减少更多，这样，使用固定的比例
0 2 4 6 8 10 系数可能使得调控性能下降，只需要在一定的时间
ᮠဋ/MHz
后改变比例系数 (如根据微泡的减少情况，每5 min
(b) ॲจ॰ဗ֗ˀ॰ဗืү௑ᄊҪဋ៨
改变一次)，就可以满足不同阶段ICI的调控需求。
图 6 不同流动条件下微泡的 ICI 随超声作用时间
的变化及 600 个脉冲激励下叠加的功率谱 2.3.2 不同比例系数下的调控性能分析
Fig. 6 ICI of microbubbles within ultrasonic ex-
图 8 给出了期望 ICI、开环系统以及不同比例
posure time under different flow conditions and
系数的闭环反馈系统中，4 项系统性能指标的比较。
the accumulated power spectrum of 600 pulse ex-
图 8(a) 中，随着闭环反馈中的比例系数的增大，ICI
citation
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的稳定率先增大后减小，当比例系数取 1 × 10 和
2.3 基于比例反馈控制的瞬态空化剂量时域分 1.5 × 10 时，闭环反馈控制的稳定率与开环系统
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布调节 下的值相比无统计意义 (p > 0.05)，几乎没有调控
根据 1.1 节，比例控制器的初始参数设置为 效果。当比例系数取 1 × 10 时，闭环反馈控制系
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PNP = 0.45 MPa，PL = 100 µs，PRF = 10 Hz，本 统稳定率达到 (49.28 ± 0.42)%，和前 100 个周期内
研究通过比较不同比例系数的调控效果，以获得均 ICI的稳定率(46 ± 2.65)%几乎没有差别，且相比开
匀的瞬态空化剂量时域分布。 环系统的稳定率(21.34 ± 1.44%)，有了较大的提升