摘要：本文对短脉冲聚焦正弦超声进行了综合阐述。首先介绍了其基本原理，包括超声的产生与聚焦机制以及短脉冲特性。接着探讨了其在医学成像领域的应用，如提高图像分辨率与对比度，以及在治疗方面的应用，像超声碎石和肿瘤治疗等。还分析了相关的技术参数影响，例如脉冲重复频率、脉冲持

一、引言

超声技术在现代科学与工程领域有着广泛的应用。短脉冲聚焦正弦超声作为超声技术的一个重要分支，凭借其独特的性能特点，在医学、材料检测等多个领域发挥着日益重要的作用。

二、基本原理

（一）超声的产生超声通常由压电换能器产生。当在压电材料两端施加交变电压时，压电材料会发生机械振动，从而产生超声信号。对于正弦超声，其振动形式遵循正弦函数规律，这种规律的振动使得超声在传播过程中具有特定的频率特性。

（二）聚焦原理通过特殊的声学透镜或阵列换能器设计，可以实现超声的聚焦。利用声学透镜的折射特性或者阵列换能器中不同单元的相位控制，使超声在特定的目标区域形成高强度的聚焦点，从而提高超声在该区域的作用效果。

（三）短脉冲特性短脉冲意味着超声信号持续时间较短。与连续波超声相比，短脉冲超声在时间域上具有更好的局域性。其脉冲宽度通常在微秒甚至纳秒量级，这使得它在发射后能够快速停止，减少了不必要的能量残留和干扰，并且有利于对回波信号进行精确的时间分辨。

三、在医学领域的应用

（一）医学成像在超声成像中，短脉冲聚焦正弦超声能够显著提高图像的分辨率。由于其短脉冲特性，可以更精准地确定回波信号的时间延迟，从而更准确地计算出反射界面的位置。同时，聚焦特性使得超声能量集中在感兴趣区域，提高了图像的对比度，能够清晰地显示出组织内部的细微结构，如小血管、微小肿瘤等。

（二）疾病治疗

脉冲重复频率决定了单位时间内超声脉冲发射的次数。较高的 PRF 可以在一定时间内获取更多的回波信号数据，提高成像或检测的速度，但过高的 PRF 可能导致回波信号之间的相互干扰，影响信号的准确性。

（二）脉冲持续时间

脉冲持续时间长短直接影响超声的能量和分辨率。较短的脉冲持续时间意味着在单个脉冲内能量相对较低，但能够提供更好的时间分辨率；而较长的脉冲持续时间则可携带更多能量，在治疗应用中可能更有效，但会降低时间分辨率并可能增加对周围组织的热效应影响。

（三）举例

“24个周期的脉冲持续时间”是指一个脉冲从开始到完成24次完整的周期性变化所需要的时间长度。例如，假设一个简单的脉冲信号类似正弦波的波动，每完成一次从波峰到波谷再回到波峰的过程就是一个周期，当这样的过程重复24次，这24次所经历的总时间就是这里所提到的脉冲持续时间。脉冲重复频率是每秒脉冲出现的次数，已知脉冲重复频率为10Hz，意味着1秒钟有10次脉冲。那么24个脉冲所需时间 = 24÷10 = 2.4秒，所以24个脉冲持续时间是2.4秒。

五、发展前景展望

随着材料科学、电子技术和计算机技术的不断进步，短脉冲聚焦正弦超声技术有望得到进一步发展。在材料科学领域，新型压电材料的研发可能会提高超声换能器的转换效率和频率特性，从而提升短脉冲聚焦正弦超声的性能。在电子技术方面，更先进的信号处理电路能够实现对超声信号更精准的控制和采集。计算机技术的发展则有助于对复杂的超声数据进行快速处理和三维重建，拓展其在医学成像和工业检测中的应用深度和广度。此外，多学科的交叉融合将促使短脉冲聚焦正弦超声与其他技术相结合，如与微纳米技术结合开发新型的超声微纳传感器，或者与人工智能技术结合实现超声诊断和治疗的智能化，为人类健康和科学技术发展带来更多的福祉。

来源：文文爱科学