多焦点超声相控阵在双层媒质中声场仿真

提出了一种可对双层媒质进行声聚焦的控制方法。通过预先设定目标区域内焦点处的声压,利用遗传算法求解相控阵的驱动向量。利用声场快速算法对12×12二维相控阵在双层生物媒质中的多焦点声场模式进行仿真。结果表明遗传算法能优化多焦点模式的声场增益,声强能最大限度地聚焦在目标区域内。     

驻波聚焦在体模中形成的精细损伤

为了提高聚焦超声的治疗精度,本文通过将两个完全相同,频率为0.6 MHz的行波聚焦换能器同轴共焦相向放置实现驻波聚焦。在相同焦点峰值正声压（17 MPa）条件下,结合组织中的声场数值仿真、空化和非线性测量,对比研究了驻波聚焦和行波聚焦超声分别辐照仿组织体模过程中的损伤变化及形成机制。研究可见：（1）相同焦点峰值正声压条件下,驻波聚焦和行波聚焦辐照形成的初始损伤尺寸分别为0.18λ×0.25λ、0.91λ×0.3λ,而达到相同焦点峰值正声压驻波聚焦所需的换能器表面声压仅为行波聚焦的0.46倍,表明驻波聚焦可以实现更精细的损伤同时降低声通道上声压幅值保护声通道的安全性。（2）相同焦点峰值正声压条件下,行波聚焦更快出现损伤,相比于空化,非线性效应影响更大。研究说明基于同轴共焦相向放置两换能器形成的驻波聚焦相比行波聚焦可以实现更精细的损伤,且声通道更安全,为驻波聚焦应用于临床提供了理论参考。     

双频超声空化气泡动力学影响因素分析

考察声场参数及液体物理参数等对双频超声空化泡动力学过程的影响,应用Rayleigh-Plesset方程建立双频超声空化泡动力学模型,并利用MATLAB软件进行数值求解。结果表明:在其他条件相同的情况下,双频超声比单频超声的R_(max)/R_0的相应比值要大,空化效果明显增强。当双频超声相位差为0(即双频超声的组合为sin-sin)时,空化泡生长最大。空化泡R_(max)/R_0的比值随着初始半径的增大而减小,空化的剧烈程度变弱;随着超声波总声强的增大,空化的剧烈程度变强;随着流体压力或者液体粘滞系数的增大,空化的剧烈程度变弱。在取得同等空化效果下,双频超声可降低总声强,对初始半径较大的泡核及流体压力和粘度相对较大时,依然能产生瞬态空化效果。     

相控阵超声检测DDF优化方法的研究

针对超声相控阵线性阵列在动态深度聚焦(DDF)扫查过程中,发射声场影响深度方向上检测灵敏度的问题,提出一种利用阵列探头相控延时原理形成多焦点聚焦声场的方法,改变发射声场声束轴线方向上的声压分布,改善DDF扫查中深度方向上检测灵敏度的均匀性,实现DDF检测的优化。介绍动态深度聚焦的原理和应用,分析改善深度方向上检测灵敏度均匀性的必要性;阐述多焦点聚焦发射声场的方法;利用声学理论和Matlab工具对线性阵列聚焦声场进行仿真,说明该方法对发射声场声束轴线声压分布均匀性的改善,通过DDF扫查实验验证该方法能够有效地改善深度方向上检测灵敏度的均匀性。     

鼓形超声换能器的设计与仿真分析

研究了鼓形超声换能器的辐射声场的基本特征,建立了声场与生物热场结合的有限元仿真模型,分析了声压及声强分布,超声的衰减,焦域特征,聚焦区域温度场变化等。经过分析验证,缩小中心焦域尺寸,提高聚焦精度;获取最优方案及参数设定,降低了声路径上的平均功率,减小治疗风险。     

空化效应对高强度聚焦超声产生的组织损伤的影响

高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound,HIFU）已在临床治疗肿瘤领域展示了较好的应用前景,但目前的治疗计划中未考虑空化效应的影响。本文通过离体实验研究了空化效应对HIFU治疗中组织损伤形成的影响。首先采用KZK非线性方程和Pennes生物传热模型,在理论上模拟了不同超声激励参数的HIFU热效应产生的组织损伤。然后在实验中改变脉冲长度和声压,比较了实验和理论上产生的损伤形成。最后采用B型成像系统定量监测产生的声空化,从而定量分析空化效应对损伤形成的影响,为HIFU治疗策略的设计提供更好的指导。     

基于声异常透射效应的高强度聚焦超声换能器

高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound,HIFU）作为一种新型无创的外科技术已在临床上应用于各种良恶性实体肿瘤治疗。为了实现安全高效的肿瘤治疗,HIFU换能器的聚焦效率仍然有待提高。本文综述了声异常透射效应的基本原理,以及近期利用声异常透射效应的HIFU聚焦超声换能器的研究。主要涉及两个方面的工作：（1）将声人工结构引入凹面型声透镜的设计,设计并制作了声超常透镜,对声透镜式聚焦换能器进行改进,达到了降低旁瓣的效果,从而提高了HIFU治疗的安全性;（2）基于球弧周期槽阵列设计并制作了超构聚焦换能器,以增强HIFU换能器聚焦效率。从理论及实验两方面研究了超构聚焦换能器与传统凹面换能器的声压分布和在组织中产生的温升。本文研究结果可进一步促进HIFU在临床治疗的广泛应用。     

凹球面换能器在多层生物组织中的温度场仿真

高强度聚焦超声(HIFU)治疗肿瘤是目前临床治疗的一种有效方法,治疗过程中组织内的温度测量相当重要。分析了凹球面自聚焦换能器的声场特点,采用差分法求解Pennes方程,得到凹球面换能器的声场在多层生物组织中形成的温度场,通过实验仿真,得出不同初始声压、吸收系数和热传导率等参数在多层组织内的声场和温度场的分布情况,结果表明初始声压和热传导率对焦域内温升的影响较大,该研究便于理论与临床应用相结合。     

基于单片机和CAN总线的相控阵HIFU控制系统

医学上利用高强度聚焦超声(HIFU)的物理效应实现非介入无创治疗。相控阵HIFU是通过控制多个发射信号的初始相位使得超声波在焦点处同相叠加而实现聚焦。本文介绍了相控阵HIFU中电子控制系统的一些关键技术设计,包括初始相位设置、相位跟踪保持、系统体系结构以及信号传输和数据通信方案等。     

GIS气室SF6气体微水激光检测系统的设计及溯源实验研究

气体绝缘金属封闭式组合电器（GIS）气室中SF₆气体微水测量对电气设备的安全可靠运行意义重大。采用1392 nm分布式反馈激光器（DFB）,基于可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术及赫里奥特（Herriott）长程池的光学系统设计了微水检测系统。气体Lorentz线型仿真光谱分析显示,在7200 cm^-1附近无交叉干扰,其中7181.14 cm^-1（1.392 μm）处H₂O分子吸光强度最强。对系统的可靠性进行实验室溯源标定,二次谐波信号幅值与微水浓度成正比关系,拟合线性系数R²为0.9996。露点及微水浓度实验室标定最大误差分别为1.98%和2.25%。GIS模拟气室实验结果表明：全封闭的光路气室结构设计达到理想的测试效果,5组100次实验数据分析最大测量误差1.89%,绝对误差小于5×10^-6。该系统稳定可靠,具有较好的可行性及实用性。     

维吾尔语中疑问和焦点对语调的共同调节作用

通过严格控制的语音实验,系统研究了维吾尔语焦点和疑问语气对语调的调节作用。结果发现维吾尔语疑问句中焦点对音高和时长都有调节作用:1)焦点词音高上升、音域扩大,焦点后音高仍保持高,但焦点前的音高基本不变; 2)疑问语调的重要特征是句末音高出现大幅度上扬,另外疑问句中焦点词后的音高高于其在陈述句条件下的表现; 3)焦点成分时长延长,而焦点前后成分的时长变化不明显; 4)与陈述句相比,疑问句的总时长要长于陈述句的,且主要表现在句末成分的时长上。总之,维吾尔语和汉语、英语一样支持平行编码目标逼近(PENTA)语调模型,但是三种语言在疑问句中焦点后的语调变化方式上并不相同。     

Flexible piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) for application in brain stimulation

We propose a new flexible piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) array integrated on flexible polydimethylsiloxane (PDMS) that can be used in studying brain stimulation by ultrasound. To achieve the technical demands of a high sound pressure level and flexibility, a diaphragm-type piezoelectric ultrasound transducer array was manufactured with 55 μm-thick bulk lead zirconate titanate (PZT) that was thinned after bonding with a silicon wafer. The ultrasound transducer array was then strongly bonded onto a PDMS substrate using an oxygen-plasma treatment followed by precise dicing with a fixed pitch to achieve flexibility. The radius of curvature was smaller than 5 mm, which is sufficient for attachment to the surface of a mouse brain. After a thinning process for the PZT layer, we observed that the PZT layer still maintained a high ferroelectric property. The measured remnant polarization (P_r) and coercive field (E_c) were 28.26 μC/cm² and 79 kV/cm, respectively. The resonant frequencies of fabricated pMUT elements with different membrane sizes of 700, 800, 900, 1200 μm in diameter were measured to be 694.4, 565.4, 430.8, and 289.3 kHz, respectively. By measuring the ultrasound output pressure, a pMUT showed a sound intensity (I_sppa) of 44 mW/cm² at 80 V, which is high enough for low-intensity ultrasound brain stimulation.

     

分段读出平面回波序列在高强度聚焦超声焦点快速定位中的应用

磁共振声辐射力成像作为一种新兴的高强度聚焦超声监控技术,能够通过检测组织内的微米级位移实现高强度聚焦超声焦点定位。文章提出将分段读出自旋平面回波序列应用于磁共振声辐射力成像检测。通过与目前常用的单次激发平面回波序列及二维自旋回波序列对比发现,该序列在有效缩短检测时间的同时不易引起图像畸变。位移定量结果显示,分段读出自旋平面回波序列检测到的位移大小与另两种方法有较高的一致性,并具有良好的重复性。此外,单次激发平面回波序列可以同时提供具有良好图像质量的垂直于声传播方向的冠状面位移图及平行于声传播方向的矢状面位移图,有助于把握高强度聚焦超声焦域的三维结构。     

Two-step simulation of slat noise

The flow field and the acoustic field of a high-lift configuration consisting of a slat and a main wing are numerically investigated by a hybrid method. In a first step, the unsteady flow field is computed via a large-eddy simulation (LES) and in a second step, the acoustic field is determined by solving the acoustic perturbation equations (APE). The mean flow field is compared to experimental findings followed by an investigation of the turbulent structures which are visualized by λ₂ contours. The analysis of the acoustic field shows that at the main wing trailing edge acoustic pressure fluctuations of approximately 5 kHz are generated. Correlations between the noise sources and the acoustic pressure identify the slat-gap region to be responsible for the mixture of broadband and tonal noise between 1 and 3 kHz. The decay of the pressure spectrum is found to be approximately f⁻² which is in agreement with the literature.     

超声探头外声场在测量管道上的仿真分析

针对超声探头安置于测量管道不同位置时,获取信号不同这一问题,利用有限元软件COMSOL建立了探头外输送管道内的声场分布,研究了在不同声波频率和不同声衰减系数下,管道上的声场分布情况.研究表明:声波频率增大时,指向角减小,管道壁上的主声束范围也随之减小;声衰减系数增大时,指向角不变,但管道壁上主声束范围内的声压值减小.说明接收探头的设计位置应该主要根据声波频率确定.当频率不同时,声压为零的点不同,探头的设计位置应该避开声压为零的点,另外由于主轴处声信号的强度大,为了获得比较好的测量精度,探头位置应该尽量靠近主轴.     

利用无人机多光谱影像数据构建棉苗株数估算模型

目的 针对农业机械化、信息化和智能化发展对棉花长势快速监测与评估提出的需求,提出一种新的技术途径,依据低空无人机UAV（unmanned aerial vehicle）遥感技术为苗期棉花株数快速估算和长势等级分类。方法 基于高分辨率无人机多光谱遥感影像,利用光谱信息、空间位置及数学形态学信息,结合田间调查数据,引入Hough变换等数学形态学方法实现田间棉苗垄中心线的提取,利用支持向量机回归方法构建具有较好稳健性的棉株估算模型,并依据株数估算结果进一步实现了保苗率、壮苗率计算和整体长势等级分类。结果 以田间实地测量得到的样方数据为参考,对模型棉株估算精度评估的结果显示：支持向量机回归模型得到的株数估算精度更高,优于对比模型,估算值与观测值之间的确定系数R²为0.945 6,均方根误差为0.510 7。以株数为指标评估得到的整体长势空间分布与地面样方调查情况一致,实验田块里弱、壮、旺苗的比例分别为14.50%、83.37%、2.13%,表明研究区棉田出苗整齐度较差,整体长势偏弱。结论 本文建立的棉苗株数与数学形态特征的回归模型能有效识别棉苗株数并进行整体长势等级分类,可为精准田间管理提供依据,为无人机在农业中的应用提供参考。