专利名称：聚焦超声空化及其微汽泡实时提取装置与检测方法
技术领域：
本发明属于超声空化检测与分析技术领域，涉及一种基于脉冲 逆转的聚焦超声空化及其微汽泡实时提取装置与检测方法。
背景技术：
超声与组织间的作用机制主要有两种热和空化，空化是指液体 中的空化核(微小气泡或聚焦超声高热引起的汽泡)，在超声波作用 下所表现出的振荡、膨胀、收縮以至内爆等一系列动力学过程。空化 过程分为两种类型①以非惯性空化为特点的稳态空化。②以惯性空 化为特点的瞬态空化。介质中存在空化核时，当声强超过一定强度的 时候就会引发声空化。猛烈的声空化会引起高热和高强度的机械力， 可能给组织造成严重的损伤和破坏。即使是在诊断超声的低剂量水 平，也不能排除空化微泡的生物效应。
目前对空化检测的方法，存在着局限性常规声学方法由于空化 过程中到底伴随着哪些声现象不能确定，并且次谐波、谐波、宽带噪 声等易被基波所掩盖；光学方法中因为仪器价格昂贵而限制了该技术 的应用；声化学方法包括化学发光，探测自由基和化学物质的生成， 主要用来探测惯性空化；生物学方法、电子学方法不能用于实时空化 的检测。
空化信号采集之后需要进行信号分析以及参数提取，目前主要的 信号处理方法有时域、频域、时频方法以及空化的量化。但是时至今日，只是形成了一些定性的成果，由于空化产生的宽带噪声容易受到 系统噪声的影响，易被系统噪声所覆盖，且由于基波的能量较大，往 往不易观察到各次谐波信号，另外影响空化的因素也很多，包括声压、 波形、外界气压、空化核、声波频率、液体性质等，而空化量化方法 也只针对特定的仪器和系统，不能根据量值绝对的说明空化发生的量 的多少，只能衡量不同条件下空化的相对大小。
发明内容
针对上述现有技术中存空化信号的易被基波覆盖、不易量化的技 术问题，本发明提出一种基于脉冲逆转的聚焦超声空化及其微汽泡实 时提取检测方法与装置，实现对超声空化及其微汽泡实时鉴别检测。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案-
一种聚焦超声空化及其微汽泡实时提取装置，包括聚焦超声换能 器，空化接收换能器与空化探测换能器三个超声换能器，所述装置分 为空化产生部分与空化检测部分，空化产生部分主要由任意波形发生
器、第一功率放大器和聚焦超声换能器组成；空化检测部分主要由第 一空化接收换能器与空化探测换能器、宽带接收器和示波器或数字采 集卡组成，空化接收换能器与空化探测换能器分别作为空化接收和探 测换能器，空化接收换能器、空化探测换能器与聚焦超声换能器共焦 点，均置于水槽中，在水槽中聚焦超声换能器的对面位置设置有吸声 材料，任意波形发生器的第一通道输出的连续正弦波，与第一功率放 大器的输入端相连接，第一功率放大器的输出端与聚焦超声换能器连 接驱动聚焦超声换能器产生空化；任意波形发生器的第二通道以脉冲 逆转方式输出空化检测波形，与第二功率放大器相连接，第二功率放大器的输出端激励空化探测换能器发射空化探测信号；任意波形发生 器的触发通道输出触发信号，与示波器或数据采集卡相连接，用于触 发信号采集，空化接收换能器接收到聚焦超声换能器产生的声空化信 号，通过宽带接收器，与示波器或PC机上的数据采集卡相连接，由 示波器或数据采集卡对宽带接收器的数据进行采集，示波器或PC机 对数据进行存储，供离线的分析,任意波形发生器可编辑波形，使聚 焦超声换能器以常规模式发射波形产生空化信号，同时使空化探测换 能器以脉冲逆转方式发射空化探测信号。
一种聚焦超声空化及其微汽泡实时提取装置，包括聚焦超声换能 器，空化接收换能器与第二空化接收换能器三个超声换能器，所述装 置分为空化产生部分与空化检测部分,空化产生部分主要由任意波形 发生器、功率放大器和聚焦超声换能器组成，任意波形发生器的第一 通道与功率放大器相连接，用于给聚焦超声换能器提供激励信号，任 意波形发生器的第二通道连接示波器或数据采集卡的触发通道提供 触发信号；通过调整这两个通道信号的延时，能够控制声场发射与采 集卡的相对时间间隔，进而实现对整个系统的时序控制。任意波形发 生器编辑波形，使激励聚焦超声换能器的信号以脉冲逆转方式发射； 空化检测部分主要由第一接收换能器、第一宽带接收器和示波器或数 据采集卡的通道一组成第一输出通道，由第二接收换能器、第二宽带 接收器、示波器或数据采集卡的通道二组成第二输出通道，第一接收 换能器与第二接收换能器分别与聚焦超声换能器共焦点，用于接收空 化泡反射或者散射的声信息，与相应的第一宽带接收器、第二宽带接收器连接，通过第一、第二宽带接收器放大，再连接到示波器或数据 采集卡的通道一、通道二采集声信息，并对信号进行存储，供离线分
析；所述的第一接收换能器、第二接收换能器与聚焦超声换能器均放 置在水槽中，所述水槽中在聚焦超声换能器的对面位置设置有吸声材 料，第一接收换能器与第二接收换能器采用不同的频带宽带换能器， 分别用于接收次谐波和宽带噪声信号，接收到的声信号经过处理即可 获得聚焦超声的空化信息。
一种聚焦超声空化及其微汽泡实时的检测方法，空化检测包括如 下步骤
① 利用空化装置接收空化信号，信号中包括未发生空化时的背景 信号以及该背景条件下采集到的空化声信号；
② 谱减法去除背景噪声:将未发生空化时的背景信号以及该背景 条件下采集到的空化声信号，分别求其功率谱，并将二者在频域相减, 相减后的功率谱估计与相位估计，反变换为时域信号，该信号即为去 除背景噪声后的空化声信号；
③ 利用ICA分离，将去除背景噪声后的空化声信号中的宽带噪声 成分、次谐波等目标信号与其他信号成分分离，在分离所得信号中， 具有非线性的宽带噪声代表了惯性空化信息，次谐波代表了非惯性空 化信息，可用于判定空化信号的产生以及空化阈值；
④ 空化声信号特征参数提取将所得波形通过FFT转换到频域； 对于每个给定的信号，选择频率正好位于三、四次谐波中间的0.2MHz 窄带频率窗，计算其中宽带噪声的均方根值(RMS)的幅度，同时计算出次谐波的峰峰值；把这两个幅值根据每段信号对应的时间坐标转 换到时域，这两个曲线就是惯性空化以及非惯性空化随时间的变化的 曲线；对曲线沿时间轴求积分就得到了该时间内的惯性空化总量和非 惯性空化总量，由此判断瞬间微泡断裂相对数量和持续振动微泡相对 数量，得到了该时间内的空化强度。
本发明可以从基于脉冲逆转发射方式的空化检测装置中采集到 空化信号，再用聚集超声空化信号分离检测与参数提取方法进行信号 处理，分离出非线性宽带噪声及次谐波等信号，准确判定空化信号的 产生及其阈值，判断微泡断裂数量和持续振动微泡数量，实现对超声 空化和微气泡实时鉴别检测。
本发明与现有技术相比，具有下列优点
与现有技术相比，本发明将脉冲逆转发射方式用于空化检测系 统，检测灵敏度高，对组织信号具有抑制作用，突出了非线性的空化 信号。本发明可分离出非线性宽带噪声及次谐波等信号，得到表征空 化信息的特征量，包括空化阈值、空化强度、微泡瞬间断裂数量以及 微泡瞬间持续振动数量，能够对得到空化信号排除系统噪声影响，并 给予定量分析。
图1是本发明检测空化的装置示意图2是本发明检测空化的装置示意图3是本发明空化信号分离检测与参数提取的流程图4是基于谱减法去除噪声的流程图5是基于独立变量分析的空化信号分离流程图；图6是空化声信号特征参数提取的流程图； 图7是不同造影剂浓度下的空化阈值变化图； 图8是不同温度下的空化阈值变化图； 图9是不同氯化钠浓度下的空化阈值变化图； 图IO是不同葡萄糖浓度下的空化阈值变化图11是水中与血栓中宽带噪声值变化曲线，取得是聚焦超声作 用整个过程中6段数据；
图12是水中与血栓中次谐波值变化曲线，取得是聚焦超声作用 整个过程中的6段数据。
图中所示的序号为水槽1，第一空化接收换能器2，第二空化
接收换能器2'，空化探测换能器3，聚焦超声换能器4，聚焦超声 换能器的焦域5,第一功率放大器6，第二功率放大器6'，任意波 形发生器7，示波器或数字采集卡8，第一宽带接收器9,第二宽带 接收器9'，吸声材料IO。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参见图1， 一种聚焦超声空化及微汽泡实时提取装置，包括聚焦 超声换能器4，第一空化接收换能器2与空化探测换能器3三个超声 换能器，其中一个超声换能器3以脉冲逆转方式发射空化检测信号， 第一空化接收换能器2接收超声空化以及微气泡活动所散射的声学信 号。任意波形发生器7第一通道输出端连接驱动第一功率放大器6， 第一功率放大器6输出放大信号激励聚焦超声换能器4，任意波形发 生器7第二通道2驱动第二功率放大器6'，激励空化探测换能器3， 任意波形发生器7第三通道触发数据采集卡或示波器8进行数据采集；第一空化接收换能器2通过第一宽带接收器9连接到示波器或采 集卡8。
装鸞包括空化产生和空化检测两个部分。空化产生部分主要是由 信号发生器7、第一功率放大器6和聚焦超声换能器4组成。图中聚 焦超声换能器4以常规发射方式产生聚焦超声波作用于水槽1中的介 质，引起空化现象，产生空化信号。空化检测部分主要有第一空化接 收换能器2、空化探测换能器3，第一宽带接收器9，第二功率放大 器6'与示波器或数字采集卡8组成，第一空化接收换能器2、空化 探测换能器3和空化产生换能器4要求共焦于焦域5。第一空化接收 换能器2、空化探测换能器3分别作为接收和发射换能器，其中空化 探测换能器3以超声脉冲逆转方式发射空化探测信号，第一空化接收 换能器2用于接收超声背向散射信号，得到脉冲探测存在时间很短的 空化信号，通过第一宽带接收器9将信息传递到示波器或数字采集卡 8。任意波形发生器7第二通道2驱动第二功率放大器6'，激励空 化探测换能器3，任意波形发生器7，在水槽1中，在空化产生换能 器4的对面设置有吸声材料10。
参见图2， 一种聚焦超声空化及其微汽泡实时提取装置，包括聚 焦超声换能器4，第一空化接收换能器2与第二空化接收换能器2' 三个超声换能器。任意波形发生器7第一通道连接第一功率放大器 6，第一功率放大器6输出放大信号激励聚焦超声换能器4;任意波 形发生器7的第二通道连接示波器或数据采集卡的触发通道，提供触 发信号；第一空化接收换能器2、第二空化接收换能器2',分别连 接到第一宽带接收器9与第二宽带接收器9'，再与示波器或数字采 集卡8的通道一、通道二连接，进行信号采集。装置包括空化产生和空化检测两个部分，空化产生部分主要是由
信号发生器7、第一功率放大器6和聚焦超声换能器4组成。图2中 聚焦超声换能器4以脉冲逆转发射方式产生聚焦超声波作用于水槽1 中的介质，产生空化信号。空化检测部分主要由第一空化接收换能器 2，第二空化接收换能器2'、第一宽带MC器9、第二宽带MC器9'与 示波器或数字采集卡8组成，用于接收超声空化信号和微气泡所散射 的声学信号，分别用于接收感兴趣的频带内信号。本发明中，第一空 化接收换能器2，第二空化接收换能器2'和聚焦超声换能器4要求 共焦域5。图2中第一空化接收换能器2，第二空化接收换能器2'均 为空化接收换能器，但其中心频率不同，分别用于接收不同频带的空 化信号，第一空化接收换能器2用于接收超声背向散射信号，得到脉 冲探测存在时间很短的空化信号，通过第一宽带接收器9将信息传递 到示波器或数字采集卡8，第二空化接收换能器2'接受的空化信号， 通过第二宽带接收器9'将信息传递到示波器或数字采集卡8，水槽1 中，在空化产生换能器4的对面设置有吸声材料10。
一种聚焦超声空化及其微汽泡实时的检测方法，空化检测包括如
下步骤，流程图参见图3，
① 利用空化装置接收空化信号，信号中包括未发生空化时的背景 信号以及该背景条件下采集到的空化声信号；
② 采用谱减法去除背景噪声:将未发生空化时的背景信号以及该 背景条件下采集到的空化声信号，分别求其功率谱，并将二者在频域 相减，相减后的功率谱估计与相位估计，反变换为时域信号，该信号 即为去除背景噪声后的空化声信号；
③ 利用ICA分离，将去除背景噪声后的空化声信号中的宽带噪声成分、次谐波等目标信号与其他信号成分分离，在分离所得信号中， 具有非线性的宽带噪声代表了惯性空化信息，次谐波代表了非惯性空
化信息，用于判定空化信号的产生以及空化阈值；
④空化声信号特征参数提取将所得波形通过FFT转换到频域； 对于每个给定的信号，选择频率正好位于三、四次谐波中间的0.2MHz 窄带频率窗，计算其中宽带噪声的均方根值(RMS)的幅度，同时计 算出次谐波的峰峰值；把这两个幅值根据每段信号对应的时间坐标转 换到时域，这两个曲线就是惯性空化以及非惯性空化随时间的变化的 曲线；对曲线沿时间轴求积分就得到了该时间内的惯性空化总量和非 惯性空化总量，由此判断瞬间微泡断裂相对数量和持续振动微泡相对 数量，得到了该时间内的空化强度。
实施例1.以介质除气水为例，观察记录不同声场参数和不同介质下 空化阈值的大小
采用图1的实验装置，水槽中注入除气水，第一空化接收换能器 2、空化探测换能器3均为5MHz宽带换能器，分别用于探测和接收空 化信号，完成定焦，用示波器采集信号。
(1) 聚焦超声脉冲长度为10us，换能器3采用脉冲逆转发射方 式，第一空化接收换能器2接收空化信号，调节第一功率放大器6增 益为100%，观察是否观测到空化信号，并记录信号；改变功率放大 器增益大小，从100%依次降低，减幅5%,记录观测到的信号；
(2) 对上述不同增益下记录的一系列时域信号采用谱减法去除背
景噪声:将未发生空化时的背景信号以及该背景条件下采集到的空化 声信号，分别求其功率谱，并将二者在频域相减，相减后的功率谱估计与相位估计，反变换为时域信号，该信号即为去除背景噪声后的空 化声信号，然后进行谱分析，找到空化产生的临界点，即为空化阈值;
(3)改变聚焦超声脉冲长度为30ys，重复步骤(1) (2)，记录 该脉冲长度下的空化阈值，观察脉冲长度对空化阈值的影响；
(4)维持实验装置不变，依次改变介质条件在水槽中加入造影剂， 改变空化核数量；加入除气水制成的冰块，改变温度；加入NACL， 改变离子浓度；加入葡萄糖，改变溶液粘滞度，重复步骤(1) (2)， 观察不同实验介质中空化阈值的大小及其与除气水中的差别，对曲线 沿时间轴求积分就得到了该时间内的惯性空化总量和非惯性空化总 量，由此判断瞬间微泡断裂相对数量和持续振动微泡相对数量，得到 了该时间内的空化强度。
实验结果参见图7至图10,根据分析，造影剂含量较低时空化 阈值较高，表明空化核较少时空化的发生更加困难；温度和空化阈值 成正比变化，温度低时空化阈值较低，说明温度低时比较容易发生空 化；离子浓度越高空化阈值越低，因为离子在空化过程中可以作为空 化核，离子浓度越高空化核越多越容易产生空化，导致空化阈值降低； 葡萄糖含量较高也就是粘滞度较大时空化阈值较高，这主要是溶液粘 滞度大导致摩擦等阻力增大，空化泡运动更加困难造成。 实施例2.以介质除气水为例，从空化声信号中分离出非线性宽带噪 声和次谐波
采用图2的实验装置，水槽中注入除气水，第一空化接收换能器 2、第二空化接收换能器2'分别为lMHz宽带换能器和10MHz宽带换 能器，分别用于接收不同频段的空化信号，完成定焦，用采集卡进行信号米集。
(1) 聚焦超声采用高于实施例1得到的空化阈值，聚焦超声换能
器作用但未观测到空化信号时，记录此时的信号为背景噪声信号；聚
焦超声作用并观测到空化信号时，记录此时的信号为空化声信号；
(2) 对于采集到的声信号首先采用谱减法去除背景噪声对背景
噪声信号以及空化声信号分别求其功率谱，并将二者在频域相减，求 出相减后的功率谱估计与相位估计，将功率谱估计和相位估计反变换 为时域信号，该信号即为去除背景噪声后的空化声信号，图4为采用 谱减法去除背景噪声的具体实施过程流程(3) 将去除背景噪声后的空化声信号作为ICA方法的观测信号， 利用ICA方法进行空化信号分离，具体流程参见图5:设 S(")-h("W")，…， (")f为"源信号，XO)-h00,X2O)，…,;^(附)r是w 维观测信号，其中"^柳。首先进行预白化处理，使x的相关矩阵 ￡[xx'] = /，即令x-CA-^,其中5是混合矩阵，其列向量是正交的， 再考虑用Kurtosis作为对照函数，使Kurtosis达到最大化得到w (w-矿)。定义对照函数^^(力=￡0/)-3[￡{/}]2， w的递推公式为-w(A;)-五(x(m^—lf;c)3j-3w(^ —1)，其中^-6/且|卜| = 1， ^为B的第J歹lj， 依次分离宽带噪声和其他信号、分离次谐波和其他信号，得到非线性 的宽带噪声和次谐波信号。
(4)对分离出的宽带噪声和次谐波进行空化参数提取，将所得波形 通过FFT转换到频域；对于每个给定的信号，选择频率正好位于三、 四次谐波中间的0.2MHz窄带频率窗，计算其中宽带噪声的均方根值
(RMS)的幅度，同时计算出次谐波的峰峰值；把这两个幅值根据每 段信号对应的时间坐标转换到时域，这两个曲线就是惯性空化以及非惯性空化随时间的变化的曲线；对曲线沿时间轴求积分就得到了该时
间内的惯性空化总量和非惯性空化总量，由此判断瞬间微泡断裂相对
数量和持续振动微泡相对数量，得到了该时间内的空化强度。
实施例3，除气水中与血栓中空化声信号参数的提取及对比分析。选 择代表惯性空化和非惯性空化的宽带噪声和次谐波作为研究对象，观 测聚焦超声作用于除气水和血栓时整个治疗过程中宽带噪声与次谐 波的变化情况
采用图2的实验装置，制备除气水以及血栓样品，第一空化接收 换能器2、第二空化接收换能器2'，分别为lMHz宽带换能器和10MHz 宽带换能器，分别用于接收不同频段的空化信号，完成定焦。用采集 卡8采集信号，外触发信号来自任意波形发生器7的CH2，外触发信 号共六次触发，前五个每隔20ms给一次触发，最后一次触发时间是 110ms， CHA信号来自第一宽带接收器9输出，CHB信号来自第二宽带 接收器9'输出，采用单次采集模式，采集作用的6段数据；
(1) 触发聚焦超声换能器4在除气水中作用并记录6段数据，重 复实验3次；不改变实验条件，将血栓置于装有生理盐水的橡胶管中， 并以保鲜膜包裹，将其固定与三维调节装置上，置于除气水中，触发 聚焦超声换能器作用于血栓并记录6段数据，重复实验3次；
(2) 分别对每段数据采用实施2中步骤(2) (3)方法进行处理，
去除背景噪声并分离出宽带噪声及次谐波信号，可看出其变化趋势； (3 )对每段数据分离出的宽带噪声及次谐波进行空化参数提取，
具体流程参见图6:首先对数据进行分段，每1000个数据点为一段，
并通过FFT转换到频域，选择频率正好位于三、四次谐波中间0. 2MHz
窄带频率窗，计算其中宽带噪声的均方根值(RMS)幅度，同时计算次谐波的峰峰值，其次把这两个幅值根据其对应的时间坐标转换到时 域，得到惯性空化以及非惯性空化随时间的变化曲线，
(4)空化声信号特征参数提取对曲线沿时间轴求积分就得到了 该时间内的惯性空化总量和非惯性空化总量，由此判断瞬间微泡断裂 相对数量和持续振动微泡相对数量，得到了该时间内的空化强度；重 复步骤2、 3，对水中及血栓中分别进行的3次实验处理分析，得出 统计分析结果。
实验结果参见图11、图12，根据分析，血栓和水中的次谐波值 随时间变化不大，且血栓中的次谐波值与水相比较大，而宽带噪声在 血栓和水中的随时间变化较大，水和血栓相比宽带噪声值相差不大， 次谐波值相对于宽带噪声值偏大，由此可判断瞬间持续振动微泡比瞬 间断裂微泡浓度偏高。
依据本发明的方法和装置所采集到的空化信号，可以适用本发明
的方法处理，也可以使用任何信号处理的方法进行处理和分析。本发 明的空化信号的检测方法，可以应用本发明的空化检测装置，也可以 应用其他任何空化信号的釆集装置。
权利要求
1. 一种聚焦超声空化及其微汽泡实时提取装置，包括聚焦超声换能器(4)，第一空化接收换能器(2)与空化探测换能器(3)三个超声换能器，其特征在于所述装置分为空化产生部分与空化检测部分，空化产生部分主要由任意波形发生器(7)、第一功率放大器(6)和聚焦超声换能器(4)组成；空化检测部分主要由空化接收换能器(2)与空化探测换能器(3)、第一宽带接收器(9)和示波器或数字采集卡(8)组成，第一空化接收换能器(2)与空化探测换能器(3)分别作为空化接收和探测换能器，第一空化接收换能器(2)、空化探测换能器(3)与聚焦超声换能器(4)共焦点，均置于水槽(1)中，在水槽中聚焦超声换能器(4)的对面位置设置有吸声材料(10)，任意波形发生器(7)的第一通道输出端与第一功率放大器(6)的输入端相连接，第一功率放大器(6)的输出端与聚焦超声换能器(4)相连接，驱动聚焦超声换能器(4)产生空化；任意波形发生器(7)的第二通道以脉冲逆转方式输出空化检测波形，与第二功率放大器(6′)相连接，第二功率放大器(6′)的输出端激励空化探测换能器(3)发射空化探测信号；任意波形发生器(7)的第三通道输出触发信号，与示波器或数据采集卡(8)相连接，用于触发信号采集；第一空化接收换能器(2)接收到聚焦超声换能器(4)产生的声空化信号，通过第一宽带接收器(9)，与示波器或PC机上的数据采集卡(8)相连接，由示波器或数据采集卡(8)对第一宽带接收器(9)的数据进行采集，示波器或PC机对数据进行存储，供离线的分析，任意波形发生器(7)可编辑波形，使聚焦超声换能器(4)以常规模式发射波形产生空化信号，同时使空化探测换能器(3)以脉冲逆转方式发射空化探测信号。
2. —种聚焦超声空化及其微汽泡实时提取装置，包括聚焦超声换能器(4)，第一空化接收换能器(2)与第二空化接收换能器(2')三个超声换能器，其特征在于所述装置分为空化产生部分与空化检测部分，空化产生部分主要是主要由任意波形发生器(7)、功率放大器(6)和聚焦超声换能器(4)组成，任意波形发生器(7)的第一通道与功率放大器(6)相连接，用于给聚焦超声换能器(4)提供激励信号；任意波形发生器(7)的第二通道连接示波器或数据采集卡(8)的触发通道提供触发信号；通过调整这两个通道信号的延时，能够控制声场发射与采集卡的相对时间间隔，进而实现对整个系统的时序控制；任意波形发生器(7)编辑波形，使激励聚焦超声换能器(4)的信号以脉冲逆转方式发射；空化检测部分主要由第一空化接收换能器(2)、第一宽带接收器(9)和示波器或数据采集卡(8)的通道一组成第一输出通道，由第二空化接收换能器(2')、第二宽带接收器(9')和示波器或数据采集卡(8)的通道二组成第二输出通道；第一空化接收换能器(2)与第二空化接收换能器(2')分别与聚焦超声换能器(4)共焦点，用于接收空化泡反射或者散射的声信息，与相应的第一宽带接收器(9)、第二宽带接收器(9')连接，通过第一、第二宽带接收器放大，再连接到示波器或数据采集卡(8)的通道一、通道二采集声信息，并对信号进行存储，供离线分析；所述的第一空化接收换能器(2)、第二空化接收换能器(2')与聚焦超声换能器(4)均放置在水槽(1)中，所述水槽(1)中在聚焦超声换能器(4)的对面位置设置有吸声材料(10)，第一空化接收换能器(2)与第二空化接收换能器(2')采用不同的频带宽带换能器，分别用于接收 次谐波和宽带噪声信号，接收到的声信号经过处理即可获得聚焦超声 的空化信息。
3. —种聚焦超声空化及其微汽泡实时的检测方法，其特征在于， 空化检测包括如下步骤，① 利用空化装置接收空化信号，信号中包括未发生空化时的背景 信号以及该背景条件下采集到的空化声信号；② 采用谱减法去除背景噪声:对未发生空化时的背景信号以及该 背景条件下采集到的空化声信号，分别求其功率谱，并将二者在频域 相减，相减后的功率谱估计与相位估计，反变换为时域信号，该信号 即为去除背景噪声后的空化声信号；③ 利用ICA分离，将去除背景噪声后的空化声信号中的宽带噪声 成分、次谐波等目标信号与其他信号成分分离，在分离所得信号中， 具有非线性的宽带噪声代表了惯性空化信息，次谐波代表了非惯性空 化信息，可用于判定空化信号的产生以及空化阈值；④ 空化声信号特征参数提取将所得波形通过FFT转换到频域； 对于每个给定的信号，选择频率正好位于三、四次谐波中间的0. 2MHz 窄带频率窗，计算其中宽带噪声的均方根值(RMS)的幅度，同时计 算出次谐波的峰峰值；把这两个幅值根据每段信号对应的时间坐标转 换到时域，这两个曲线就是惯性空化以及非惯性空化随时间的变化的 曲线；对曲线沿时间轴求积分就得到了该时间内的惯性空化总量和非 惯性空化总量，由此判断瞬间微泡断裂相对数量和持续振动微泡相对 数量，得到了该时间内的空化强度。
全文摘要
本发明属于超声空化检测与信号分析技术领域，涉及到聚焦超声空化信号分离检测方法与装置。一种装置的一个超声换能器以脉冲逆转方式发射空化检测信号，另一个超声换能器接收超声空化以及微气泡活动所散射的声学信号；另一种装置的换能器以脉冲逆转方式产生空化信号；检测方法对于每次空化检测实验，提取未发生空化时的背景信号，对采集到的空化声信号和背景信号分别求其功率谱，求出相减后的功率谱估计与相位估计，将其反变换为时域信号，对系统噪声进行滤除；ICA方法将空化声信号中的宽带噪声成分、次谐波等目标信号与其他信号成分分离，提取空化声信号特征参数，本发明的检测方法灵敏度高，可以进行定量分析。
文档编号A61B5/00GK101530320SQ20091002177
公开日2009年9月16日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者婷 丁, 万明习, 张思远, 杨 柳 申请人:西安交通大学