[發(fā)明專利]基于多物理場耦合的超聲彈性成像仿真方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910467054.1 | 申請日： | 2019-05-31 |
| 公開（公告）號： | CN110147633B | 公開（公告）日： | 2023-04-07 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 許燕斌;張勝男;董峰 | 申請（專利權(quán)）人： | 天津大學(xué) |
| 主分類號： | G06F30/20 | 分類號： | 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 |
| 地址： | 300072*** | 國省代碼： | 天津;12 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 物理 耦合 超聲 彈性 成像 仿真 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種基于多物理場耦合的超聲彈性成像仿真方法，利用Comsol?Multiphysics多物理場仿真軟件中的聲場和固體力學(xué)場的耦合仿真，首先利用聲學(xué)模塊完成聲場的仿真，并提取射頻回波信號RF1，通過聲場仿真求解結(jié)果中的聲學(xué)特性參數(shù)計算聲輻射力，并將其施加到固體力學(xué)場，得到該聲輻射力作用于介質(zhì)上發(fā)生的位移等響應(yīng)，分析固體力學(xué)場的位移和剪切波速度等信息，完成超聲彈性成像方法的正問題仿真；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，得到被測物場產(chǎn)生形變之后的另一組射頻回波信號RF2，兩組回波信號用于逆問題的求解。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于超聲彈性成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用聲場和固體力學(xué)場的耦合對基于聲輻射力激勵的超聲彈性成像方法進(jìn)行仿真，特別是一種基于多物理場耦合的超聲彈性成像仿真方法。
背景技術(shù)
超聲波在傳播過程中，發(fā)生的吸收、散射和反射等效應(yīng)導(dǎo)致能量密度的變化，進(jìn)而產(chǎn)生了聲輻射力(acoustic?radiation?force,ARF)。聲輻射力作用到具有彈性特性的介質(zhì)上，產(chǎn)生軸向的壓縮拉伸和橫向的剪切應(yīng)變。通過計算軸向位移、或監(jiān)測剪切波的傳播，評估被測介質(zhì)的彈性屬性，重建介質(zhì)的彈性分布。近年來，超聲彈性成像方法已經(jīng)成為超聲領(lǐng)域的熱門課題，國內(nèi)外多個課題組分別從該方法的理論、仿真和實(shí)驗驗證了該方法的可行性。
目前基于超聲彈性成像方法的仿真研究中，主要可以概括為以下幾個方面：
1、利用有限元法，仿真基于外部激勵的超聲彈性成像方法，分析不同楊氏模量分布及大小對應(yīng)變和位移的影響，研究力學(xué)參數(shù)和幾何參數(shù)對彈性成像的影響；
2、使用Field?II等工具包，實(shí)現(xiàn)聚焦聲場的仿真，計算該聲場下的ARF，并將其作為體力施加在Abaqus等有限元分析軟件中，用于力學(xué)場的仿真，通過提取位移或剪切波信息，評估介質(zhì)的彈性特性；
3、使用Field?II等工具包進(jìn)行介質(zhì)受到ARF激勵變形前后的超聲射頻回波信號的仿真，用于超聲彈性成像逆問題的求解。
目前文獻(xiàn)中提及使用有限元分析軟件，仿真基于外部激勵的超聲彈性成像方法，2003年，中國清華大學(xué)的羅建文等人(羅建文，白凈，超聲彈性成像仿真的有限元分析，《北京生物醫(yī)學(xué)工程》，2003，22：99-103)利用有限元分析的方法，用彈性力學(xué)理論計算得到介質(zhì)在不同情況下的應(yīng)變分布，對彈性成像的理論分析提供重要的輔助作用；2015年，南京大學(xué)聲學(xué)所的任悅等人(任悅，劉杰惠，劉曉宙，龔秀芬，基于有限元分析的超聲彈性成像仿真研究，《南京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué))》，51：7-13)利用有限元法對介質(zhì)的超聲彈性成像進(jìn)行仿真研究，優(yōu)化仿真模型，使仿真更接近真實(shí)情況。
目前文獻(xiàn)中提及使用Field?II等聲學(xué)工具包和Abaqus等有限元分析軟件，實(shí)現(xiàn)超聲彈性成像方法的仿真，2017年，美國杜克大學(xué)的M?L?Palmeri等人(M?L?Palmeri,BQiang,S?G?Chen,and?M?W?Urban,Guidelines?for?finite-element?modeling?ofacoustic?radiation?force-induced?shear?wave?propagation?in?tissue-mimickingmedia,《IEEE?Transactions?on?Ultrasonics,Ferroelectrics,and?FrequencyControl》,2017,64:78-92)提出了基于聲輻射力激勵的超聲彈性成像的仿真方法，仿真了聲輻射力作用于粘彈性介質(zhì)上剪切波的傳播過程，該仿真方法有利于更好的理解材料屬性對剪切波速度的影響。
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