读书笔记3--文献《超声辐射力编码》及仿真软件Field-II.doc

读书笔记3文献超声辐射力编码及仿真软件Field II近期主要进行两项任务一、研读文献超声编码激励产生声辐射力的数值模拟文章主旨是提出一种可以提高声辐射力的穿透力和回波信噪比的方法，并用仿真实验验证。原理是对激励脉冲，检测回波脉冲采用不同的编码调制，使得波形相关性变小，图像信噪比变好。首先对周期性的激励脉冲进行编码调制，然后激励超声换能器，会得到多频率（频差微小）的超声束。而这超声束在共焦点（位于生物组织仿体）上互相干涉，会使平均声能密度E动态变化，从而产生含多个频率成分的动态声辐射力F。动态声辐射力F与发射能量成比例。F的频率成分由相互作用的两束超声波之间的频差决定，即由编码激励信号两两谐波分量的谱间隔n决定，同时每个频率分量幅值还与编码激励信号各谐波分量的相位密切相关。由此可以写成总声辐射力的理论统计公式。文章中在此理论基础上建立统计模型分析了声辐射力的统计特性。分析结果为声辐射力频率分量的幅度服从莱斯分布，导出频率分量的自相关函数，它与时间t无关，所以F的过程满足平稳性。该研究采用FieldII软件包进行模拟仿真计算。FieldII是一个基于Matlab的声场计算和仿真软件包。模拟实验采用单阵元探头，设置相关参数为:中心频率2MHz，介质密度1000kg/m ，探头直径15.6mm，采样频率4MHz，参考声速1540mis,-3dB带宽1MHz，焦距70mm.仿真实验目的如下，1、 验证不同频率分量的辐射力符合理论统计结果。2、 得到激励脉冲占空比与声辐射力能量关系，1002000HZ内，占空比越大，能量越大，SNR越好。3、 给出具体的激励脉冲和检测脉冲，对整个成像过程进行模拟。分析声辐射力频率，可以看出回波信噪比的明显提高。二、Filed II的学习Field II是一个基于线性声学，能仿真超声探头所发出的声场以及探头接收声场转化电信号成为图像的过程的一款工具包。开发者为丹麦理工大学（Technical University ofDemark）的J.A.延森（Jorgen Arendt Jenson）。该程序采用Tupholme - Stepanishen脉冲超声波计算领域的方法。该程序能够模拟各种不同超声换能器在以脉冲或者连续波工作方式下的脉冲发射和回波的情况。同时可以模拟出与人体组织真实图像一样的线性图像。使用前要设置工作路径（path）为Field II的根目录，使用之前要对软件初始化，在matlab中输入field_init命令，稍等片刻，待系统提示已完成初始化，即可调用Field II库中的函数。所有函数命令可以分为四类：普通命令、换能器命令、系统调整命令、声场计算命令。普通命令是以field_开头，换能器命令都是以xdc_开头，系统调整命令都是以ele_开头，声场计算命令都是以calc_开头，很好区分。目前已经大致读完使用说明。接下来计划多研究field II 的实际使用程序，然后模拟仿真论文中的实验。 该程序可以仿真不同几何形状的传感器（可以考虑为生物组织），同时考虑到它的切趾。此时不能讲传感器仅仅看成一个活塞，因为边缘可能会比中心地区振荡的小。解决方法为把传感器切割成小方块，然后算出这些小方块的响应之和。时间是一个关键因素。由于小方块尺寸很小，可以用远场区近似，简化仿真。通常由于响应的不连续性，采样频率通常为GHZ范围。而Field II通过精确保持响应的时间坐标轨迹能够使采样频率降到100MHZ，这可以减少仿真时间。聚焦和切趾可以时间线来表示。每一个聚焦带都有一个焦点（x,y,z）和从该点开始聚焦后的时间t。切趾类似，每一个Apodize用行向量（如a11,a12 a1n）和时间t表示。 与频率有关的吸收在set_field命令中。吸收包括频率相关项和频率无关项，频率相关项涉及到中心频率att_f0,在f0处衰减为0dB。下面是field II中函数介绍Field_ debug 仿真命令Field_ end 结束进程，释放内存Field_ guide 用PDF文件显示使用说明Field_ info 显示Field II相关信息Field_ init 程序初始化Set_ sampling 设置采样频率Set_ field 设置参数换能器命令Xdc_ apodization 建立切趾时间线Xdc_ baffle Set the baffle condition for the aperture. Xdc_ center_ focus 建立动态聚焦线Xdc_ concave 定义凹孔径Xdc_ convert 把方形切割转化为三角切割Xdc_ convex_ array 建立凸线阵换能器 Xdc_ convex_ focused_ array 建立立体凸线阵换能器Xdc_ convex_ focused_ multirow 建立凸线阵多行换能器Xdc_ dynamic_ focus 对孔径使用动态聚焦Xdc_ excitation 设定孔径的激发脉冲Xdc_ focus 建立聚焦时间线Xdc_ focused_ array 建立高度聚焦线性阵换能器 Xdc_ focused_ multirow 建立高度聚焦线性多行换能器Xdc_ focus _times 建立用户自定义的延迟时间的聚焦时间线 Xdc_ free 释放换能器占用内存Xdc_ get 获得换能器信息Xdc_ impulse 设定孔径的冲激响应Xdc_ linear_ array 建立线性阵换能器Xdc_ linear_ multirow 建立线性多行换能器Xdc_ lines 建立线性边界的换能器Xdc_ piston 定义圆形平面的换能器Xdc_ quantization 将延迟时间量化Xdc_ rectangles 建立包含矩形的孔径 Xdc_ show 显示孔径的信息Xdc_ triangles 建立包含三角形的孔径Xdc_ 2d_ array 建立两维线性阵系统调试命令Ele_ apodization 对每个数学元素定义边界（切趾）Ele_ delay 对每个数学元素定义延时Ele_ waveform 定义物理元素的波长声场计算命令Calc_ h