技術領域

本發明屬于檢測聲學技術領域，特別涉及一種空化微泡高信噪比超聲快速成像及動態尺寸分布估計方法。

背景技術

空化是指液體中的空化核，在某些能量（如超聲、微波、激光等）作用下所表現出的振蕩、膨脹、收縮以至內爆等一系列動力學過程。液體中空泡潰滅時會產生的空蝕、噪聲、振動和發光現象。空蝕作用會降低機械效率，而在生物醫學、聲化學等應用中，也可以發揮空化的優點。

空化微泡的尺寸被視為衡量空化反應場的重要參數之一。因此，研究空化微泡的尺寸在空化基礎研究中具有很重要的價值。然而空化過程的混沌性導致了空化微泡尺寸很難被測定。已有研究表明國內外學者大多通過光學方法和聲致發光等方法研究了空化微泡尺寸的估計方法，但是這些方法硬件操作要求比較高，而且不能進行動態測定，從根本上限制了空化微泡群的尺寸分布的動態測定。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種空化微泡高信噪比超聲快速成像及動態尺寸分布估計方法，當液體發生空化產生空化微泡后，根據預設產生的空化微泡群的不同初始半徑，構建空化微泡子波，從而提高空化微泡散射回波強度，動態實現微泡群尺寸的估計。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

空化微泡高信噪比超聲快速成像及動態尺寸分布估計方法，包括以下步驟：

步驟一、空化微泡子波構建：

當源能量或這些能量的聯合作用以一定強度一定時間作用于某溶液中并且在其能量集中區域附近產生的空化微泡群是自由振動而且沒有包膜的，按照如下步驟構造空化微泡子波：

（1）以水聽器接收檢測換能器聲場壓力波形；

（2）采用自由振動的未包膜微泡的RPNNP模型，預設模型參數，改變靜態初始半徑，求解微分方程；

（3）求解微分方程的結果是微泡的半徑-時間曲線，對其進行再微分，獲得預測回波-時間曲線；

（4）對預測回波-時間曲線進行濾波歸一化處理，得到空化微泡子波；

所述源能量包括超聲、微波、激光；

步驟二、基于空化微泡子波變換的空化微泡高信噪比成像：

提取波束合成后的每一條掃描線上的射頻數據，也就是空化微泡背向散射回波信號，選取空化微泡子波以及尺度，對其進行連續小波變換，獲得二維的小波變換系數，選取小波變換系數中最大值所在的尺度的小波系數作為替換信號，并最終顯示信噪比增強的圖像；

步驟三、基于多尺寸空化微泡子波變換的個數百分比最大空化微泡半徑估計方法：

通過預設不同的空化微泡靜態初始半徑，來獲得不同初始半徑條件下的預測回波波形，以其作為空化微泡子波對采集的隨時間變化的空化微泡背向散射信號進行空化微泡子波變換，獲得對應著不同靜態初始半徑的信噪比增強的背向散射強度信息，進而獲得信噪比-靜態初始半徑曲線，從這條曲線上獲得這一時刻中空化微泡群中對于空化微泡背向散射信號貢獻最大的微泡所具有的半徑，這個半徑下的空化微泡對于背向散射回波信號的貢獻主要來自于兩個方面，一個是其數目，另外一個是該空化微泡的散射橫截面積，當空化微泡群的尺寸分布比較窄時且偏離檢測換能器的固有頻率時，散射橫截面積差異可以忽略，這時候只有微泡數目的影響，在這種條件下，認為這一時刻空化微泡群中數目最多的空化微泡所具有的半徑；

采用以上的方法，可以獲得時間序列上的各個時刻中空化微泡群中數目最多的微泡所對應的半徑，也可以認為是空化微泡群的半徑因為消散隨著時間變換的半徑；

步驟四、基于分區內個數百分比最大空化微泡半徑的全場微泡尺寸分布估計：