CN101530320A - 聚焦超声空化及其微汽泡实时提取装置与检测方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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、收缩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。

附图说明

图1是本发明检测空化的装置示意图；

图2是本发明检测空化的装置示意图；

图3是本发明空化信号分离检测与参数提取的流程图；

图4是基于谱减法去除噪声的流程图；

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10是不同葡萄糖浓度下的空化阈值变化图；

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10。

具体实施方式

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′、第一宽带接收器9、第二宽带接收器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10μs，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30μs，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1MHz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，用采集卡进行信号采集。

(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图；

(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(n)＝[s₁(n)，s₂(n)，...，s_n(n)]^T为n源信号，X(m)＝[x₁(m)，x₂(m)，...，x_m(m)]^T是m维观测信号，其中n≤m。首先进行预白化处理，使x的相关矩阵E[xx^T]＝I，即令x＝CAs＝Bs，其中B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＝B^T)。定义对照函数kurt(y)＝E(y⁴)-3[E{y²}]²，w的递推公式为：w(k)＝E{x(w(k-1)^Tx)³}-3w(k-1)，其中w＝b_j且‖w‖＝1，b_j为B的第j列，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1MHz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采集装置。

Claims (3)

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。

2.一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，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。

3.一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。

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