非线性超声显微术

The acoustic nonlinear parameter B/A is a basic parameter. This parameter is sensitive to early-stage tissue lesions. By a nonlinear acoustic microscope or a focused ultrasonic beam of high-frequency，a microscopic variation of B/A in biological tissues and its imaging may provide early-stage pathological information. .In this Project, we investigate the nonlinear effects in focused sound beams and microscopic measure and imaging of the acoustic nonlinear parameter B/A of materials, such as, some of liquids and biological tissues. Four parts are included. The first part is on the theoretical analysis of the fundamental and second-order (difference- and sum- frequency) sound fields generated by an acoustic lens (or a focusing sound source) with dual-frequency and dual-beam. The second is on the design and fabrication of the acoustic lens of this type. The third is on construction of a nonlinear acoustic microscope (or microscopic system). The experimental study of the fundamental and second-order ultrasonic fields verifies our theoretical results in this part. The last is on the B/A measurement of liquids and the microscopic measurement and image of biological tissues by this microscopic system of ultrasound.

非线性声参量B/A是非线性声学中的一个基本参量。已有的研究表明，非线性参量B/A对生物组织的早期变异特别敏感。将非线性超声显微镜（高频聚焦超声束）用于生物组织微区的非线性参量B/A测量和显微成像，有可能提供生物组织的早期病变信息。.本申请项目主要研究聚焦超声束的非线性效应以及生物组织等非线性参量B/A显微测量和成像的问题。研究工作包括四部分：（1）双频双束聚焦声源的基波和非线性二阶（差频、和频）声场非线性传播的理论研究；（2）双频双束聚焦声透镜的优化设计和制作；（3）实验上，建立非线性超声测量和显微系统，测量双频双束聚焦超声换能器的线性和非法性声场分布，验证双频双束聚焦声束的非线性声学理论；（4）利用所研制的实验系统，进行液体、生物组织样品非线性参量B/A的显微测量和成像。

非线性超声显微镜（高频聚焦超声束）在许多方面有着潜在的应用，如用于小量液体和生物组织微区非线性参量B/A测量或显微成像。本申请项目主要研究聚焦超声束的非线性效应以及生物组织等非线性参量B/A显微测量和成像的问题。研究工作包括四部分：（1）、双频双束聚焦声源的基波和非线性二阶（差频、和频）声场非线性传播的理论研究；（2）、双频双束聚焦声透镜的优化设计和制作；（3）、实验上，建立非线性超声测量和显微系统，测量双频双束聚焦超声换能器的线性和非线性声场分布，验证双频双束聚焦声束的非线性声学理论；（4）、利用所研制的实验系统，进行液体样品非线性参量B/A的显微测量和成像。.理论上，从非线性声学中KZK方程的准线性解出发，得出双频双束聚焦声源的基波和非线性二阶声场传播性质。研究结果如下：1）、相比于通常的聚焦声源（双频单束），这种双频双束聚焦系统生成的二阶声场在焦区具有更强的聚焦性能。2）、当声衰减（声吸收）长度近似大于焦距时，声吸收对二阶声场径向分布几乎没有影响，而轴向声场随传播距离呈指数衰减。3）、给出一种双频双束聚焦二阶声束简化的模型，得出了聚焦二阶声场的解析解。分析表明，非线性聚焦增益与基波的线性聚焦增益近似呈对数关系。这一关系对于如何测量非线性参量非常重要。4)、实验上，设计、加工双频双束超声聚焦换能器并搭建了非线性参量测量系统；测量了双频双束聚焦二阶差频声场沿声轴方向平均声压的分布，实验结果与理论分析符合较好；测量了一些液体的非线性参量B/A，与文献结果基本上一致。这些结果有助于加深聚焦非线性声束物理性质的理解，对发展高质量超声成像技术（特别是医学成像）和非线性差频、和频成像有着一定应用意义。