Определение параметров ультразвукового излучателя для обеспечения определенной амплитуды ударного фронта в фокусе

Во многих современных медицинских приложениях мощного сфокусированого ультразвука используется нелинейный акустический эффект образования ударных фронтов (или разрывов) в профиле волны в фокусе. Стоит задача определения параметров излучателя, позволяющих получить определенное значение амплитуды ударного фронта в фокусе, необходимое для конкретного приложения. Предполагается, что главным параметром излучателя, определяющим амплитуду разрыва, является его угловая апертура. Проверка этого предположения проводилась на основе многопараметрических численных расчетов полей, сделанных на основе уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова. Предложен метод выделения профиля с полностью развитым разрывом, создаваемым излучателем с заданными параметрами. Развит подход для определения амплитуды разрыва между временными точками профиля, соответствующими задаваемому уровню временной производной от волнового профиля относительно его максимума. При этом величина уровня определяется путем сравнения мощности тепловых источников в фокусе, рассчитанной численно и аналитически с использованием значения амплитуды разрыва. На основе полученных данных проведён расчет характерных значений амплитуды разрыва для излучателей, работающих на частоте 1 МГц в диапазоне угловых апертур от 0.8 до 2. Показано, что для создания разрывов амплитудой порядка 80 МПа, характерных для практического применения мощного медицинского ультразвука, оптимальными являются излучатели с угловой апертурой, близкой к единице.