凹球面自聚焦声场非线性效应的研究.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第29卷第6期压电与声光Vo1．29NO．62oo7~12Y1PIEZ()ELEcTECTRICS&ACOUSTOOPTICSDec．2007文章编号：1004—2474(2007)06—0720—03凹球面自聚焦声场非线性效应的研究钱盛友，胡继文(湖南师范大学物理与信息科学学院，湖南长沙410081)摘要：用球束方程(SBE)研究了声源参数和媒质特性对凹球面自聚焦声场非线性效应的影响。结果表明，谐波的最大幅值出现在声焦点附近，基波与线性声场的分布类似，而高阶谐波的聚焦性能更好。超声频率、声源表面初始声压幅值或非线性参数越大，即平

2、面波冲击间断形成距离越短，声的非线性效应越明显。声衰减会使非线性效应减弱，而凹球面曲率半径增大会使谐波和基波最大值的位置偏离更明显。关键词：热疗；自聚焦；声场；非线性中图分类号：0422．2；TB552文献标识码：AResearchonNonlinearEffectsofSoundFieldsInducedbySelf-focusedConcaveSphericalTransducersQIANSheng-you，HUJiwen(CollegeofPhysicsandInformationScience，HunanNormalUniversity，Changsha410081，

3、China)Abstract：Influenceofvariousfactorssuchastheparametersofultrasoundsourcesandthepropertiesofmediumonthenonlineareffectsofsoundfieldsinducedbyself—focusedconcavesphericaltransducershasbeenstudiedusingspheroidalbeamequation(SBE)．Theresultsshowthatthemaximumpeakofharmonicappearsneartheacous

4、ticfo—CUS．ThedistributionoffundamentalissimilartOthelinearsoundfield。buthighharmonicsfocusbetter．Ifthefre—quencyofultrasoundsource，theinitialamplitudeatsourceorthecoefficientofnonlinearityincreases，i．e．theshockformationdistanceforaplanewaveisshorter，thenonlineareffectofsoundwillstrengthen．Da

5、mpingofsoundwillweakenthenonlineareffects，andthepositionshiftofmaximumpeakbetweenthefundamentalandhar—monicsismoreobviousasthecurvatureradiusincreases．Keywords：hyperthermia；self-focused；soundfield；nonlinear用压电陶瓷磨成凹面制成的换能器，具有自聚1理论焦作用和良好的耐高温性能，在高强度聚焦超声采用扁球坐标系，通过坐标变换可以得到SBE(HIFU)治疗系统中得到了广泛的应用u]

6、。高强度方程。SBE方程是抛物型方程。根据声场分布特聚焦超声能使治疗区的温度在短时间内升至65C点，SBE模型中将声场分成两个区域，靠近声源的以上，从而使病变组织直接消融r2]。治疗区的温度区域看成球面波区域，靠近焦点的区域看成平面波升高源于生物组织吸收了声能，而声吸收与声波的区域。考虑声的非线性效应时，对应此两个区域的频率有关。Bacon等通过实验已发现声的非线性效波动方程可分别表示为]’应会使组织内的温升增加【。对凹球面自聚焦声场血旦血!：±非线性效应的研究，对HIFU设备研制及治疗方案ara。2(1+。)3raO。(1+。)、的确定具有指导意义。对声的非线性效应的研究通(

7、雾十c刚。p~．Eap一常基于KZK方程]，而KZK方程是在近轴近似的条件下得到，因此此方程的应用限于小孔径声源。(a6o3I,T,ba2~2)E(1)Kamakura提出的球束方程(SBE)克服了其他方法不适用于大孔径声源的特点，可计算各种圆形孔径采一南sin一声源产生的各阶谐波在空间的分布[5一。本文用SBE方程计算凹球面自聚焦源产生的声场，对各种因素(雾+cot豸)一(a6雾+筹)E对声场非线性效应的影响进行了分析。(2)收稿日期：2006—09—13基金项目：湖南省自然科学基金资助项