[发明专利]一种超声造影剂空化泡群共振状态测量方法

摘要

本发明涉及一种超声造影剂空化泡群共振状态测量方法。本发明是在水介质中加入超声造影剂后，首先用高频换能器激励泡群，泡群会因为受到声场的作用产生稳态空化，从而导致测量声波幅值发生变化（从示波器上可观察波形的振动情况），然后用低频换能器激励泡群达到共振状态，此时的声波幅值会发生明显变化（信号剧烈的抖动），所以可通过测量声波幅值变化得到泡群是否达到共振状态。本发明将有助于通过准确的监测超声造影剂泡群的共振状态，在焦域中产生超声治疗所需要的高声压，减少高强度聚焦声波在含微气泡液体中传播时的衰减和色散，这对超声医疗诊断、治疗和实验测量方面有着非常重要的意义。

主权项

1.一种超声造影剂空化泡群共振状态测量方法，其特征在于：测量泡群共振状态时需要确定达到气泡空化的条件和共振频率大小，对于分布函数为f(R0)的气泡群而言，泡群的出现会对入射声波产生强烈的散射和阻挡作用，由于大量气泡和驱动声场的相互作用，导致泡群中气泡的振动明显区别于单个气泡的情况，气泡粒径变化也存在不同的状况，其声波幅值不能简单地视为是单个气泡的线性叠加，所有粒径大小气泡形成的声波幅值总和为：其中，P0为标准静压力，Pa为入射波声压幅值，圆频率ω＝2πf，f为入射波频率，α'为加入到水介质中超声造影剂的衰减系数：其中，x表示发射信号和接收信号之间的距离；p和px分别表示水和含超声造影剂介质中接收信号幅值；α为已知超声使用频率和温度下纯净液体的衰减系数；R为气泡粒径大小，其随时间t和初始粒径R0的变化关系式为：T表示超声造影剂的平均消除半衰期，ψ(R0,t)表示体积分数随气泡初始粒径R0和时间t变化的函数，其表达式为：f(R0)表示气泡个数分布受粒径大小影响的分布函数，其表达式为：k为波数，根据气泡群的散射特性，得到泡群的波数表达式为：其中，阻尼系数δ＝2πR(R0,t)/λ＝2πfR(R0,t)/c，N为气泡的个数，气泡的个数N和体积分数ψ的关系近似满足：并且满足f₀为气泡的谐振频率，根据气泡动力学得到含气微泡的谐振频率是由气体、液体以及泡膜的性质共同决定的，表示为：其中，微泡内气体多方指数γ＝1.07，液体密度ρ＝998kg·m‑3，液体中静压P0＝1.013×105Pa，液体表面张力系数σ＝0.076N·m‑1，泡膜的弹力系数Sp＝4.2N·m‑1；从而得到气泡群达到共振状态时的声波幅值表达式为：其中，Pa1为加在高频换能器上的入射声波幅值，ω1＝2πf1，f1为入射波高频频率，Pa2为加在低频换能器上的入射声波幅值，ω2＝2πf2，f为入射波低频频率；通过高频聚焦脉冲信号在焦域中形成稳态空化泡群，然后使用低频聚焦超声激发泡群发生共振，在焦点处形成高声压，通过程控计算机中的LABVIEW程序实时显示焦域的声波幅值变化，从而可判断泡群是否达到共振状态。