[發明專利]一種超聲造影劑空化泡群共振狀態測量方法

有效

• 申請號: 201810676330.0
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN109085247B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 蘭慶;王月兵;曹永剛;葉曉同
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01H17/00
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

1.一種超聲造影劑空化泡群共振狀態測量方法，其特征在于：

測量泡群共振狀態時需要確定達到氣泡空化的條件和共振頻率大小，對于分布函數為f(R₀)的氣泡群而言，泡群的出現會對入射聲波產生強烈的散射和阻擋作用，由于大量氣泡和驅動聲場的相互作用，導致泡群中氣泡的振動明顯區別于單個氣泡的情況，氣泡粒徑變化也存在不同的狀況，其聲波幅值不能簡單地視為是單個氣泡的線性疊加，所有粒徑大小氣泡形成的聲波幅值總和為：

其中，P₀為標準靜壓力，P_a為入射波聲壓幅值，圓頻率ω＝2πf，f為入射波頻率，a'為加入到水介質中超聲造影劑的衰減系數：

其中，x表示發射信號和接收信號之間的距離；p₀和p_x分別表示水和含超聲造影劑介質中接收信號幅值；a為已知超聲使用頻率和溫度下純凈液體的衰減系數；R為氣泡粒徑大小，其隨時間t和初始粒徑R₀的變化關系式為：

T表示超聲造影劑的平均消除半衰期，ψ(R₀,t)表示體積分數隨氣泡初始粒徑R₀和時間t變化的函數，其表達式為：

f(R₀)表示氣泡個數分布受粒徑大小影響的分布函數，其表達式為：

k為波數，根據氣泡群的散射特性，得到泡群的波數表達式為：

其中，阻尼系數δ＝2πR(R₀,t)/λ＝2πfR(R₀,t)/c，N為氣泡的個數，氣泡的個數N和體積分數ψ的關系近似滿足：

并且滿足f₀為氣泡的諧振頻率，根據氣泡動力學得到含氣微泡的諧振頻率是由氣體、液體以及泡膜的性質共同決定的，表示為：

其中，微泡內氣體多方指數γ＝1.07，液體密度ρ＝998kg·m^-3，液體中靜壓P₀＝1.013×10⁵Pa，液體表面張力系數σ＝0.076N·m^-1，泡膜的彈力系數S_p＝4.2N·m^-1；

從而得到氣泡群達到共振狀態時的聲波幅值表達式為：

其中，P_a1為加在高頻換能器上的入射聲波幅值，ω₁＝2πf₁，f₁為入射波高頻頻率，P_a2為加在低頻換能器上的入射聲波幅值，ω₂＝2πf₂，f₂為入射波低頻頻率；通過高頻聚焦脈沖信號在焦域中形成穩態空化泡群，然后使用低頻聚焦超聲激發泡群發生共振，在焦點處形成高聲壓，通過程控計算機中的LABVIEW程序實時顯示焦域的聲波幅值變化，從而可判斷泡群是否達到共振狀態。