6、超声波成像中的波特性与模拟

超声波成像中的波特性与模拟

1. 波的类型

1.1 传播波前类型与扩展波模拟器

常见的理想化波几何形状有三种，可通过扩展波模拟器（Expanding Waves Simulator）的图形用户界面（GUI）顶部的三个选项激活扩展或传播波前的动画。
- 平面波 ：最常用的波型，如图 2.4 左侧所示。其表达式为 ( \exp\left[i2\pi f_0\left(t - \frac{x}{c_0}\right)\right] )，其中 ( c_0 ) 是介质声速。借助扩展波模拟器，可将其可视化为沿 ( y ) 和 ( z ) 方向无限宽的平面，沿 ( x ) 轴移动。对于该模拟器，脉冲 ( \delta\left[2\pi f_0\left(t - \frac{x}{c_0}\right)\right] ) 更方便。当从 ( z = 0 ) 位置上方观察时，平面波和脉冲都沿传播轴向右移动。为更好地近似实际设备，平面波需乘以与源平面中发射器形状对应的窗口或切口。
- 圆柱波 ：发射器是沿 ( z ) 轴的无限长线源。在垂直于 ( z ) 轴的每个平面中，是一个半径为 ( r_{xy} = \sqrt{x^2 + y^2} ) 的圆形扩展波前。扩展波前最好用函数 ( \delta\left[2\pi f_0\left(t - \frac{r_{xy}}{c_0}\right)\right] ) 描述。实际上，这个无限长的圆柱体通常会被窗口化为长度为 ( L ) 的有限长度源。连续波的圆柱波前表达式为 ( \exp\left[i2\pi f_0\left(t - \frac{r_{xy}}{c_0}\rig