利用光聲成像技術采集細胞信息,已經被用于發(fā)現(xiàn)和診斷腫瘤、心腦血管、腦功能等重大疾病。當前光聲成像系統(tǒng)中光聲信號的采集主要是遠場成像,由于倏逝波頻率很高,無法遠距離傳輸。因此,本文從光聲成像中的點聲源研究入手,基于當前負折射率超材料的發(fā)展,設計了一種類流體超材料結構,實現(xiàn)了倏逝波在材料內部的負折射傳輸,降低了點聲源遠場成像中倏逝波的傳輸損耗。本文的研究內容主要包括以下幾個方面:首先,基于負折射率超材料設計思想構建了一種可以抑制橫波傳輸?shù)念惲黧w超材料結構,并通過仿真模擬和放大實驗深入分析了其聲波傳輸特性。實驗表明,該結構可以有效抑制橫波的傳輸,同時具有良好的縱波傳輸效應。隨后,深入探究了在類流體超材料中的縱波傳輸特性。其次,針對高頻率的倏逝波難以遠距離傳輸?shù)膯栴},利用類流體超材料結構設構建了可以實現(xiàn)點源搬移、聲波定向低損耗傳輸?shù)哪Ｐ?包括軸對稱管狀結構模型、線缺陷態(tài)結構聲傳輸模型、人工周期結構模型以及部分特殊結構的聲傳輸模型,并對此進行了相應的仿真測試實驗。實驗表明這些聲傳輸模型具有良好的聲波聚焦和定向傳輸特性,可以滿足點聲源倏逝波高效傳輸?shù)男枨�。最�?針對部分情況下光聲信號強度比較低的問... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

光聲成像原理圖

同時,本文采用點源簡化模型,這樣可以在不影響研究結果的基礎上,盡可能減少需要研究的物理量。為了準確地進行聲學傳輸特性的描述,本文主要保留了壓強,溫度、體積元和密度四個物理量。光聲信號是一種超聲波,頻率通常是幾百千赫到幾十兆赫,其超聲波的產生主要是由于變化的溫度引起的。光聲信號的強度與多個物理量都有一定的關聯(lián)度,具體主要包括高能脈沖激光的頻率和強度、被照射物體自身的光吸收特性、光聲信號的頻率等。

為了進一步計算光聲成像中光聲信號的傳輸特性,需要對“點聲源”的聲場傳輸模型進一步細化。本文在上述理論模型的基礎上,引入了聲學透鏡模型,如圖2-3所示。在圖2-3的模型中,用于模擬被檢測物體的點聲源被放置在聲學透鏡的左側,距離聲學透鏡為。為了簡化模型的計算,聲學透鏡采用了二維平面展示,即固定為物平面上。在完成光聲成像后,會在聲學透鏡的右側觀察到點聲源的“聲學像”,其距離聲學透鏡的距離為。隨后進行點聲源聲傳輸特性的計算。點聲源聲傳輸特性的計算是通過計算聲場振幅分布實現(xiàn)的。在光聲成像的傳輸過程中,首先計算點聲源的聲場振幅分布。隨后計算聲波進入聲學透鏡后的聲場振幅。最后再計算成像點的聲場振幅。在完成上述計算后,即可進行點聲源與成像點的聲壓等聲學特性的對比,并計算在傳統(tǒng)聲材料中聲傳輸?shù)拿}沖響應。雖然光聲成像中被成像物體所發(fā)出的聲波并非規(guī)則性的球面波,但根據(jù)傅立葉線性系統(tǒng)理論,這種簡單的線性疊加計算被認為是有效的。這樣就可以將復雜的光聲成像問題簡化為點聲源的成像問題。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]光聲成像技術的重建算法與實驗研究[D]. 宋智源.天津大學 2009

碩士論文
[1]基于光聲技術的血糖無損檢測與成像研究[D]. 丁宇.江西科技師范大學 2019



本文編號：2909124