[發(fā)明專利]基于多物理場(chǎng)耦合的超聲彈性成像仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910467054.1
• 申請(qǐng)日: 2019-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110147633B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許燕斌;張勝男;董峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種基于多物理場(chǎng)耦合的超聲彈性成像仿真方法，利用Comsol?Multiphysics多物理場(chǎng)仿真軟件中的聲場(chǎng)和固體力學(xué)場(chǎng)的耦合仿真，首先利用聲學(xué)模塊完成聲場(chǎng)的仿真，并提取射頻回波信號(hào)RF1，通過(guò)聲場(chǎng)仿真求解結(jié)果中的聲學(xué)特性參數(shù)計(jì)算聲輻射力，并將其施加到固體力學(xué)場(chǎng)，得到該聲輻射力作用于介質(zhì)上發(fā)生的位移響應(yīng)，分析固體力學(xué)場(chǎng)的位移和剪切波速度信息，完成超聲彈性成像方法的正問(wèn)題仿真；再將產(chǎn)生形變的幾何重新應(yīng)用于聲學(xué)模塊進(jìn)行求解，得到被測(cè)物場(chǎng)產(chǎn)生形變之后的另一組射頻回波信號(hào)RF2，兩組回波信號(hào)用于逆問(wèn)題的求解，該方法包含以下步驟：

(1)建立幾何模型，確定被測(cè)物場(chǎng)區(qū)域的形狀、尺寸以及聚焦超聲換能器的尺寸、焦距信息，設(shè)置聚焦超聲換能器的頻率參數(shù)和被測(cè)物場(chǎng)的材料屬性；

(2)使用聲學(xué)模塊的頻域分析，設(shè)置被測(cè)物場(chǎng)的邊界條件和聚焦超聲換能器的激勵(lì)條件，對(duì)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格剖分并求解，使聚焦超聲換能器在被測(cè)物場(chǎng)內(nèi)完成聚焦，完成聲場(chǎng)的仿真；

(3)提取被測(cè)物場(chǎng)求解后的聲強(qiáng)參數(shù)，并利用聲輻射力與聲強(qiáng)之間的關(guān)系計(jì)算聲輻射力；

(4)使用聲學(xué)模塊的時(shí)域分析，在被測(cè)物場(chǎng)邊界提取射頻回波信號(hào)RF1，該組回波信號(hào)提供介質(zhì)的初始位置信息；

(5)使用固體力學(xué)模塊的時(shí)域分析，將步驟3中計(jì)算的聲輻射力作為體力施加到被測(cè)物場(chǎng)，并對(duì)邊界設(shè)置固定約束條件；

(6)對(duì)被測(cè)物場(chǎng)再次進(jìn)行剖分求解，使得被測(cè)物場(chǎng)的聚焦區(qū)域發(fā)生局部位移，并向側(cè)向傳播剪切波，建立發(fā)生位移之后的模型；

(7)提取聚焦區(qū)域內(nèi)發(fā)生的位移信息，并通過(guò)位移峰值時(shí)間計(jì)算剪切波速度信息，完成超聲彈性成像方法的正問(wèn)題仿真；

(8)將步驟6發(fā)生位移之后的模型作為新的幾何模型，利用聲學(xué)模塊的時(shí)域分析，再次在邊界提取射頻回波信號(hào)RF2，該組回波信號(hào)提供介質(zhì)發(fā)生位移之后的位置信息；

(9)將步驟4和步驟8獲得的兩組射頻回波信號(hào)RF1和RF2使用互相關(guān)算法進(jìn)行處理，計(jì)算由聲輻射力引起的位移，評(píng)估被測(cè)物場(chǎng)的彈性特性，完成超聲彈性成像方法的逆問(wèn)題仿真；

(10)將步驟9中計(jì)算得到的彈性信息與設(shè)置的材料屬性進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算仿真誤差以及評(píng)估算法的準(zhǔn)確性。