《光聲CT多參數成像的理論與仿真研究》是依託中國科學技術大學，由胡漢平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：光聲CT多參數成像的理論與仿真研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡漢平
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光聲計算機斷層成像技術是近年來興起的無損醫學成像方法，它結合了純光學成像的高對比度與純超聲成像的高穿透深度的優點，可提供高解析度的生物組織成像。然而由於它是利用生物組織內各部分光吸收係數的差異成像，即成像只用到了介質的光學性質，故對於表層不透明物體的內部成像將無能為力。針對目前光聲成像技術偏重醫學套用且成像參數單一以及理論模型過於簡化因而基礎研究有很大不足的情況，本工作擬從建立熱力全耦合的光聲成像模型出發，深入研究物體組成材料的光學性質、熱學性質、力學性質及幾何性質之於光聲成像的作用機理和特點，充分挖掘光聲技術獨具的深度剖面分析能力所帶來的熱波顯微成像功能，全面探索光聲多參數成像的條件、特性、規律與算法，用以開發可工業用的光聲CT技術。其對於積體電路晶片、半導體材料、太陽能電池、特種纖維、飛機蒙皮、精密零部件、生物材料、功能梯度材料以及微/納米複合薄膜等的無損檢測、評價與探傷有重要意義。
結題摘要
本工作針對複合介質內部結構與缺陷光聲探測成像的一些關鍵問題主要開展了多層複合介質熱力全耦合光/熱聲模型、光聲信號的特點規律及各層介質物性與幾何特性對其的影響、光聲探測材料中次表面微裂紋的可行性與有效性及用COMSOL多物理場耦合仿真軟體進行光聲成像的模擬探索；以及熱聲波產生與傳播的通用理論、腔內聚焦及微尺度熱聲發射的聲場特性及各影響因素作用的分析、熱聲發射的三維聲場的計算、熱聲波在流體中產生及傳播衰減的計算等研究。發現了多層複合介質高頻光聲效應中的奇異共振現象並通過研究揭示其是一種新型的流-固-熱耦合雙共振現象，並有望利用這一現象中奇異共振峰的演變可探測微/納米複合薄膜界面變化的特性發展出一種類似於核磁共振的精細表征微/納米薄膜結構的方法；建立了與測試條件相適應的多層複合介質光聲效應模型，掌握了光聲信號隨探測頻率、裂紋深度、裂紋寬度變化的規律並設計了一套次表面微裂紋光聲測量方法和進行了模擬驗證；得到了可分析諸因素影響的多層複合介質通用熱聲模型；通過建模研究掌握了球腔內熱聲波聚焦發射的聲場分布特性、回響模式及其變化規律，發現了一種由腔內聲波干涉引起的類駐波共振頻率回響模式；得到了納米點、線、面熱聲發射的公式，對單個與多個，任意形狀與大小，任意頻率的連續諧波與數字脈衝發射熱聲源的近、遠場均能計算，並通過對碳納米管的點、線、面的熱聲發射的特性及影響因素的分析，掌握了熱聲場的聲壓隨頻率、測量位置、測量角度等的變化規律，為測量聲場的安排與強化積累了知識；給出了一種熱聲場近、遠場新的分界方法及其主要特徵, 即近場波動，遠場衰減，並使熱聲的一些基本特性得以解釋。上述研究廓清了對熱聲波產生與傳播的認識，從而為光聲探測成像的分析計算奠定了一些理論基礎，其對於積體電路晶片、半導體材料、太陽能電池、特種纖維、飛機蒙皮、精密零部件、功能梯度材料及微/納米複合薄膜等的無損檢測、評價與探傷有重要意義。
