發(fā)布時(shí)間：2020-12-10 17:53

　　利用光聲成像技術(shù)采集細(xì)胞信息,已經(jīng)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(dāng)前光聲成像系統(tǒng)中光聲信號(hào)的采集主要是遠(yuǎn)場(chǎng)成像,由于倏逝波頻率很高,無法遠(yuǎn)距離傳輸。因此,本文從光聲成像中的點(diǎn)聲源研究入手,基于當(dāng)前負(fù)折射率超材料的發(fā)展,設(shè)計(jì)了一種類流體超材料結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了倏逝波在材料內(nèi)部的負(fù)折射傳輸,降低了點(diǎn)聲源遠(yuǎn)場(chǎng)成像中倏逝波的傳輸損耗。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:首先,基于負(fù)折射率超材料設(shè)計(jì)思想構(gòu)建了一種可以抑制橫波傳輸?shù)念惲黧w超材料結(jié)構(gòu),并通過仿真模擬和放大實(shí)驗(yàn)深入分析了其聲波傳輸特性。實(shí)驗(yàn)表明,該結(jié)構(gòu)可以有效抑制橫波的傳輸,同時(shí)具有良好的縱波傳輸效應(yīng)。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(duì)高頻率的倏逝波難以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴},利用類流體超材料結(jié)構(gòu)設(shè)構(gòu)建了可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)源搬移、聲波定向低損耗傳輸?shù)哪Ｐ?包括軸對(duì)稱管狀結(jié)構(gòu)模型、線缺陷態(tài)結(jié)構(gòu)聲傳輸模型、人工周期結(jié)構(gòu)模型以及部分特殊結(jié)構(gòu)的聲傳輸模型,并對(duì)此進(jìn)行了相應(yīng)的仿真測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(diǎn)聲源倏逝波高效傳輸?shù)男枨�。最�?針對(duì)部分情況下光聲信號(hào)強(qiáng)度比較低的問... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

光聲成像原理圖

同時(shí),本文采用點(diǎn)源簡(jiǎn)化模型,這樣可以在不影響研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,盡可能減少需要研究的物理量。為了準(zhǔn)確地進(jìn)行聲學(xué)傳輸特性的描述,本文主要保留了壓強(qiáng),溫度、體積元和密度四個(gè)物理量。光聲信號(hào)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(chǎn)生主要是由于變化的溫度引起的。光聲信號(hào)的強(qiáng)度與多個(gè)物理量都有一定的關(guān)聯(lián)度,具體主要包括高能脈沖激光的頻率和強(qiáng)度、被照射物體自身的光吸收特性、光聲信號(hào)的頻率等。

為了進(jìn)一步計(jì)算光聲成像中光聲信號(hào)的傳輸特性,需要對(duì)“點(diǎn)聲源”的聲場(chǎng)傳輸模型進(jìn)一步細(xì)化。本文在上述理論模型的基礎(chǔ)上,引入了聲學(xué)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(cè)物體的點(diǎn)聲源被放置在聲學(xué)透鏡的左側(cè),距離聲學(xué)透鏡為。為了簡(jiǎn)化模型的計(jì)算,聲學(xué)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(huì)在聲學(xué)透鏡的右側(cè)觀察到點(diǎn)聲源的“聲學(xué)像”,其距離聲學(xué)透鏡的距離為。隨后進(jìn)行點(diǎn)聲源聲傳輸特性的計(jì)算。點(diǎn)聲源聲傳輸特性的計(jì)算是通過計(jì)算聲場(chǎng)振幅分布實(shí)現(xiàn)的。在光聲成像的傳輸過程中,首先計(jì)算點(diǎn)聲源的聲場(chǎng)振幅分布。隨后計(jì)算聲波進(jìn)入聲學(xué)透鏡后的聲場(chǎng)振幅。最后再計(jì)算成像點(diǎn)的聲場(chǎng)振幅。在完成上述計(jì)算后,即可進(jìn)行點(diǎn)聲源與成像點(diǎn)的聲壓等聲學(xué)特性的對(duì)比,并計(jì)算在傳統(tǒng)聲材料中聲傳輸?shù)拿}沖響應(yīng)。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(jiǎn)單的線性疊加計(jì)算被認(rèn)為是有效的。這樣就可以將復(fù)雜的光聲成像問題簡(jiǎn)化為點(diǎn)聲源的成像問題。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光聲成像技術(shù)研究[J]. 邢計(jì)元,馬英翔,焦運(yùn)良.  科技視界. 2020(04)
[2]圓形燒蝕光斑的縱波聲場(chǎng)分析[J]. 王玉慶,鄭曉彥,馬世榜.  激光與紅外. 2018(12)
[3]聲學(xué)超材料與超表面研究進(jìn)展[J]. 丁昌林,董儀寶,趙曉鵬.  物理學(xué)報(bào). 2018(19)
[4]Acoustic focusing through two layer annuluses in air[J]. 管義鈞,孫宏祥,劉樹森,袁壽其,夏建平,葛勇.  Chinese Physics B. 2016(10)
[5]線狀燒蝕光源作用時(shí)瑞利表面波的指向性研究[J]. 劉品瀟,馬世榜,黃榮杰.  激光與紅外. 2016(09)
[6]基于光聲光譜法檢測(cè)鹽酸克倫特羅的研究[J]. 龔雨含,王崇皓,馬亮,龔瑞昆.  湖北農(nóng)業(yè)科學(xué). 2016(05)
[7]基于可調(diào)諧脈沖激發(fā)的血糖濃度光聲無損檢測(cè)研究[J]. 任重,劉國棟,黃振.  中國激光. 2016(02)
[8]斜入射激光支持燃燒波時(shí)縱波聲場(chǎng)的指向性[J]. 馬健,趙揚(yáng),張振振,高巖,孫繼華,巨陽.  強(qiáng)激光與粒子束. 2016(02)
[9]光聲成像研究進(jìn)展[J]. 苗少峰,楊虹,黃遠(yuǎn)輝,宮睿,邵曉鵬,畢祥麗.  中國光學(xué). 2015(05)
[10]激光超聲橫波聲場(chǎng)指向性的研究[J]. 劉品瀟,馬世榜,黃榮杰.  激光雜志. 2015(09)

博士論文
[1]光聲成像技術(shù)的重建算法與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 宋智源.天津大學(xué) 2009

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



本文編號(hào)：2909124