硬质壳层包围物质的声阻抗匹配与声能量透射

摘要

在过去的几十年中,关于超声无损检测(NDT)和超声生物组织成像的研究经历了巨大的发展.在工业超声检测和医学超声成像的研究中的一个重要难题是超声如何通过硬质壳层对其包围的物质进行检测和成像,解决上述难题的关键是实现换能器与非均匀物质的声阻抗匹配.例如,常用的PZT换能器的特征阻抗(Zp=33MRayl)远大于生物组织的声阻抗(Z0=1.5MRayl).为了将压电换能器与生物组织相匹配,必须使用阻抗匹配层.本文中，利用声穿透干涉透射和中间层四分之一波长匹配两种耦合阻抗匹配方法，使超声能量穿透硬质壳体并进入其内部物质。为验证所提出方法的有效性，建立了理论模型对超声穿透头颅骨进入内部脑物质的穿透效果进行研究。结果表明：利用超声探头和附加匹配层形成的声穿透干涉增强界面，以及附加匹配层、头颅骨和颅内物质构成的声阻抗匹配传输结构能有效地将声波能量传输到内部物质。这为硬质壳层包围物质的检测和成像提供了重要的研究方法和技术支撑。