MatLabMatLab声场仿真软件工具声场仿真软件工具Field IIField II在医学超声仪器研究中的应用在医学超声仪器研究中的应用Field II是一个基于线性声学，能仿真超声探头所发出的声场以及探头接收声场转化电信号成为图像的过程的一款工具包。开发者为丹麦理工大学（Technical University ofDemark）的J.A.延森（Jorgen Arendt Jenson）。该程序能够模拟各种不同超声换能器在以脉冲或者连续波工作方式下的脉冲发射和回波的情况。同时可以模拟出与人体组织真实图像一样的线性图像。也就是说仿真所有类型的超声换能器和相关图像，也可以动态控制换能器的聚焦和变迹，所以，FieldII 可以仿真所有类型的超声成像系统。而且，最新版本还可用于合成孔径成像。2021/6/71使用方法使用方法将软件包解压到相应文件夹中，打开Matlab,设置工作路径（path）为Field II的根目录，使用之前要对软件初始化，在matlab中输入field_init命令，稍等片刻，待系统提示已完成初始化，即可调用Field II库中的函数。所有函数命令可以分为四类：通用命令、换能器命令、阵元控制命令阵元控制命令、声场计算命令。换能器命令都是以xdc_开头，阵元控制命令都是以ele_开头，声场计算命令都是以calc_开头，很好区分。2021/6/72MATLABMATLAB过程描述过程描述函数名函数名作用作用field_debug调试初始化field_end终止Field II软件系统并释放内存field_guide显示Field II用户手册（pdf文档）field_info显示Field II软件系统信息field_init初始化Field II软件系统set_sampling设置系统采样频率set_field设置程序不同仿真参数通用命令（通用命令（General commands）2021/6/73换能器命令（换能器命令（Transducer Transducer commandscommands）函数名函数名作用作用xdc_apodization创建一个换能器孔径的变迹时间线xdc_baffle设置孔径的背衬条件xdc_center_focus设置动态聚焦线的原点xdc_concave定义凹型孔径xdc_convert将矩形描述转换为三角形描述xdc_convex_array创建凸型阵列换能器xdc_convex_focused_array创建垂直聚焦凸型阵列换能器xdc_convex_focused_multirow创建垂直聚焦的凸型多行换能器xdc_dynamic_focus采用动态孔径聚焦xdc_excitation设置孔径的激励脉冲2021/6/74函数名函数名作用作用xdc_focus创建孔径的聚焦时间线xdc_focused_array创建垂直方向聚焦的线阵换能器xdc_focused_multirow创建一个垂直方向聚焦的多行线阵换能器xdc_focused_times创建用户定义延迟时间的孔径聚焦时间线xdc_free释放孔径占用内存xdc_get获得孔径信息xdc_impulse设置孔径的脉冲响应xdc_linear_array创建一个线阵换能器xdc_linear_multirow创建一个多行线阵换能器xdc_lines创建一个由线定义的孔径xdc_piston定义一个圆形扁平孔径xdc_quantization量化相位延迟xdc_rectangles创建由矩形组成的孔径xdc_show显示孔径信息xdc_times_focus创建一个由用户定义延时值的孔径聚焦时间线xdc_triangles设置一个包含三角形阵元的多元孔径xdc_2d_array创建2D阵列换能器返回2021/6/75阵元控制命令阵元控制命令（Element manipulation Element manipulation commandscommands）函数名函数名作用作用ele_apodization设置单个模型阵元的变迹ele_delay设置单个模型阵元的延迟ele_waveform设置单个物理阵元的波形2021/6/76声场计算命令声场计算命令（Field calculation commandsField calculation commands）函数名函数名作用作用calc_h计算空间脉冲响应calc_hhp计算脉冲回声场calc_hp计算发射声场calc_scat计算散射粒子集的接收信号calc_scat_all计算孔径中所有发射、接收阵元的散射粒子集的接收信号calc_scat_multi计算孔径中所有阵元的散射粒子集的接收信号2021/6/77声场初始化过程声场初始化过程field_init作用：对Field II软件系统进行初始化设置，是调用该系统的必须的第一步。调用方法：field_init（缩写值）输入：缩写值，输入0可以抑制初始声场屏幕的显示。如果输入-1，没有ACII码输出，如果设置了field_debug过程，则将会显示调试信息和错误信息。输出：无2021/6/78程序初始化时默认采用矩形描述孔径，所有的参数值可以通过set_field过程改变。field_endfield_end作用：终止Field II软件系统并释放内存调用方法：field_end输入：无输出：无如果调用了field_init过程，则程序会采用下表列出的初始值：2021/6/79声场初始值声场初始值表5.5变量变量代表意义代表意义取值取值c声速1540m/sfs采样频率100.106Hzshow_time是否显示计算时间1（是）debug是否显示调试信息0（否）use_att是否考虑衰减0（否）att非频率依赖性衰减0.0dB/mfreq_att中心频率对应的频率依赖性衰减0.0dB/m Hzatt_f0中心频率衰减Hzuse_rectangles是否采用矩形描述孔径1（是）use_triangles是否采用三角形描述孔径0（否）use_lines是否采用线条描述孔径0（否）no_ascii_output是否输出ASCII码0（否）fast_integration是否使用边界线条和三角形的快速积分0（否2021/6/710set_samplingset_sampling作用：设置系统的采样频率，注意：所有孔径采用的脉冲都必须重置采样频率！调用方法：set_sampling（fs）输入：fs，新的采样频率输出：无7. set_field7. set_field作用：设置仿真程序的不同参数（见表5.5）调用方法：set_field（option_name, value）输入：表5.5中参数输出：无2021/6/711例一：计算凹型换能器的点扩展函数在例1当中用到fieldII软件当中的函数：xdc_concave（定义凹型孔径）xdc_impulse（设置孔径的脉冲响应）xdc_excitation（设置孔径的激励脉冲）xdc_free（释放孔径占用内存）2021/6/712例一2021/6/713例二：计算多幅点扩展函数，主要观察聚焦和声学变迹的效果在例2当中用到fieldII软件当中的函数：xdc_linear_array（创建一个线阵换能器）xdc_show（显示孔径信息）xdc_impulse（设置孔径的脉冲响应）xdc_excitation（设置孔径的激励脉冲）先运行主函数pnt_img.m，调用其它函数如pts_pha.m生成不同的聚焦和变迹方案。2021/6/714例二：计算多幅点扩展函数，主要观察聚焦和声学变迹的效果不同聚焦效果不同变迹效果2021/6/715例三：仿真胎儿与心脏数据.计算沿声轴的强度分布在例3当中用到fieldII软件当中的函数：set_sampling（设置系统采样频率）set_field（设置程序不同仿真参数）xdc_linear_array（创建一个线阵换能器）xdc_focused_array（创建垂直方向聚焦的线阵换能器）xdc_excitation（设置孔径的激励脉冲）xdc_impulse（设置孔径的脉冲响应）xdc_free（释放孔径占用内存）2021/6/716例三：仿真胎儿与心脏数据.计算沿声轴的强度分布2021/6/717例四：计算线性阵列仿体图像在例4当中用到fieldII软件当中的函数：xdc_linear_array（创建一个线阵换能器）xdc_impulse（设置孔径的脉冲响应）xdc_excitation（设置孔径的激励脉冲）xdc_focus（创建孔径的聚焦时间线）xdc_center_focus（设置动态聚焦线的原点）xdc_apodization（创建一个换能器孔径的变迹时间线）xdc_free（释放孔径占用内存）第一步：先运行mk_pht.m，生成仿体数据。第二步：运行sim_img.m，生成50条声线数据。第三步：运行make_image.m，显示生成的图像。2021/6/718例四：计算线性阵列仿体图像2021/6/719例五：肾脏图像仿真在例5当中用到fieldII软件当中的函数：set_sampling（设置系统采样频率）set_field（设置程序不同仿真参数）xdc_linear_array（创建一个线阵换能器）xdc_impulse（设置孔径的脉冲响应）xdc_excitation（设置孔径的激励脉冲）xdc_apodization（创建一个换能器孔径的变迹时间线）xdc_focus（创建孔径的聚焦时间线）xdc_free（释放孔径占用内存）第一步：运行make_scatterers.m，程序会调用human_kidney-_phantom.m，生成仿体数据。第二步：运行sim_kidney.m，对每条声线进行变迹和插值。第三步：运行make_polar.m显示图像。2021/6/720例五：肾脏图像仿真2021/6/721例六：胎儿图像仿真 在例6当中用到fieldII软件当中的函数： set_sampling（设置系统采样频率）xdc_linear_array（创建一个线阵换能器）xdc_impulse（设置孔径的脉冲响应）xdc_excitation（设置孔径的激励脉冲）xdc_apodization（创建一个换能器孔径的变迹时间线）xdc_focus（创建孔径的聚焦时间线）xdc_free（释放孔径占用内存）第一步：运行mk_pht.m程序，其中会调用feu_pha.m文件，而feu_pha.m文件又调用bmpread.m文件。是根据一幅扫描得到的胎儿图像fetus.bmp，利用它作为基础，构造胎儿仿体数据。共128条声线，扇形扫描。第二步：运行sim_phas.m文件，对每条声线进行变迹和插值。第三步：运行make_image.m，显示图像。2021/6/722例六：胎儿图像仿真 2021/6/723下一步工作：继续学习matlab和超声学。2021/6/724部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！