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现今的医学超声成像技术是一种利用生物的不同器官与组织具有不同的声学特性参量来进行回波成像的医学影像技术。对于声阻抗差别较大的组织,反射较强,可以从这些器官组织的超声图像中获得其位置或者边缘轮廓等信息。但是,对于声学参量接近的组织,如软组织、肝、肾等,结构均匀,其内部没有明显的声阻抗差异,所以反射很弱,对于这些器官组织医学超声成像系统无法分辨,但是,这些器官组织具有更多有价值的生理、病理信息。
针对目前医学超声成像技术忽视了超声的相干特性以及所成图像对比度差的情况,本文提出了一种新的成像技术,即相干超声成像技术。该技术将声学的暗场法和相衬法用于研究位相物体的成像,从位相物体中获得振幅分布中所没有的更多的物体信息,进而获取更多的生理、病理信息,进一步提高图像质量。本文的主要工作如下:
第一、理论模型的建立:首先分析了平面圆形活塞声源及其产生的声场的近场和远场分布特性;然后分析了声透镜菲涅尔衍射理论,逐步分析了声波到达物面、声透镜前表面、声透镜后表面、像面的复振幅表达式,建立起相干超声成像技术的理论模型,在此基础上分析了球面声透镜和理想声透镜的成像原理,对光学透镜和声学透镜成像进行了对比,获得模拟实验和实际实验中所需要的理论公式。
第二、实验系统的设计和模拟实验:根据理论模型,设计了相干超声成像技术的实验系统;对该系统进行模拟实验,模拟了菲涅尔近似对声透镜成像的影响,用两个小圆作为纯相位物体,用相衬法和暗场法相干超声成像技术分别对此位相物体进行成像模拟,获得相应的振幅和位相的二维分布图。
第三、搭建了相干超声成像技术的实验系统,用有机玻璃上未钻透的两个小圆作为相位物体,选择适当的元件参数,以保证获取较好的成像质量。对此位相物体进行成像实验,成功的获得相应的二维分布图像,所成的图像清晰,对比度高,与原物吻合,可以从位相物体中获得振幅分布中所没有的更多的物体信息。这在医学诊断等方面具有很高的实际应用价值。