高强度聚焦超声（HIFU）是一种用于生物医学应用的无创方法，包括手术，癌症治疗和冲击波岩石疗法。当应用HIFU时，将超声波波在组织凝结和消融的焦点处散发。可以在模拟的帮助下进一步分析该技术的声学特征和非线性性质。
超声关注医疗程序
对于临床应用中使用的程序，超声集中是一种针对人体特定区域的广泛使用的技术，并防止了对周围健康组织损害的风险。HIFU类似于超声成像，但它是一种使用较低频率的侵入性技术，可以减少其他治疗方法通常看到的副作用。
HIFU使用具有聚焦透镜的超声传感器，在该镜头中，发射信号可以在焦点区内达到更高的强度水平。当信号达到高振幅时，非线性效应变得显着，并产生高阶谐波。使用ComsolMultiphysics®软件和声学模块，我们可以通过耗散介质对HIFU的非线性传播进行建模。
建模焦距内的超声信号
假定该教程模型中使用的换能器外壳和镜头是刚性的。半径的球形镜头（r）和光圈（一个）排放五周期的脉搏脉冲，聚焦于焦点F位于组织幻影。该信号仅在行驶时仅占据域的有限部分，其幅度为0.1 MPa，中心频率为1 MHz。幅度足够显着，可以在传播信号的同时产生高阶谐波，但是它不足以形成冲击，这意味着不需要冲击技术。
2D轴对称模型几何形状的插图。
我们可以通过以下方式计算从信号到焦点的行进时间：
在哪里C是声音的速度d是相应材料中的行进距离。
使用非线性压力声学，时间显式界面，与Comsol Multiphysics版本5.6一起使用，我们可以在流体中建模有限振幅高压级非线性波。对于本教程，使用不连续的Galerkin有限元法（DG-FEM），界面以双曲线保护定律的形式求解非线性声学方程的系统。这是一种更具记忆效率的方法，可以解决具有数百万个自由度（DOF）的模型。
通常，在解决波浪传播问题时，网格将需要足够良好以解决信号的频率含量。本教程中使用的模型以源为脉冲，使得在空间中传播信号有限。在这种情况下，仅在计算域的这一部分（保存许多DOF）才需要细网。为了实现这一点，自适应网状精炼启用了自动重新构造的功能，可确保使用精细的网格来解决传播信号的高阶谐波。
设置自适应网状精炼特征。
分析HIFU信号的传播
从下面的结果来看，我们可以看到音调爆发信号从t =10μs开始，并在水和组织幻像域之间进行传播。我们还能够可视化一个信号的一部分，以t =20μs的形式反射回源。另外，信号的聚焦在t =30μs处可见，并在t =40μs时达到其最大值。这些结果表明，随着信号变得更接近焦距，信号强度会增加。
超声信号的传播有时t = 10、20、30和40μs。
我们可以通过分析在水 - 周期界面和焦点处的信号来确认上述结果。从下面的图中，我们可以看到，在焦点上，声压幅度比在水 - 距离界面上大约10倍。同样，在焦点上，正压峰几乎是负峰的两倍，这表明信号朝向焦点区域时变为高线性。
在水 - 距离界面和焦点处的声压。
如前所述，自适应网状精炼在通过计算域遵循信号时，功能用于自动重新构造。下面的动画显示了网格如何遵循信号的非线性传播。在这种情况下，网格在锋利的前部周围具有较小的元素，并且较大的元素位于更远的地方。
下一步
单击下面的按钮自行尝试模型。这将带您到应用程序库，其中包括分步文档和MPH文件。
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