随着超声医疗技术的发展,微气泡超声造影剂(Ultrasound Contrast Agent,UCA)已经受到了广泛地应用,将聚焦超声和微气泡结合起来产生的非线性振动及稳态空化等特性,可以实现一些重大疾病的治疗。本文将通过研究聚焦超声和微气泡之间的相互作用,完成含UCA水介质中由气泡振动引起的散射衰减、非线性等参数修正,并分析声场和空化气泡之间的相互作用机理,最终建立聚焦声波在含微气泡水介质中的传播模型。针对本课题研究的目的和意义,主要内容如下:(1)概述了声学的理论基础。首先由简单的线性声学理论过渡到非线性声学,并重点讨论了非线性声场中的KZK方程及其两种解法(时域解法和频域解法),然后介绍了微气泡的发展,并给出实验所用UCA的作用机理,最后建立了聚焦超声与微气泡之间的相互作用模型。(2)研究了含微气泡水介质中的声场特性,首先由单个气泡的散射衰减模型推导出气泡群衰减系数解析表达式;然后修正了平面声场和聚焦声场中二阶、三阶非线性参数计算表达式,最后根据声场和微气泡的相互作用模型,模拟了气泡的运动特性。(3)测量了含UCA水介质中衰减系数随时间和频率的变化特性,并与理论模型进行了对比;然后分别使用平面活塞换能器和聚焦换能器搭配薄膜水听器对水和含UCA水介质中二阶、三阶非线性参数进行了测量,并比较了二者测量结果。(4)使用聚焦换能器和探针水听器测量了声场焦域大小,并在此基础上,测量了不同超声频率下水介质中气泡在空化前后对声场分布的影响,最后探讨了高低频超声组合与单频超声激励对气泡空化程度的影响,并对结果进行了对比和分析。本课题的研究开展对促进UCA更加安全、有效地应用于超声医学领域具有很重要的意义。