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Science Advances的一项最新研究提出了一项引人注目的声学技术——声学抗衍射自适应轮廓技术 (ADAPT)，该技术在超声成像、声学调节和其他领域具有巨大潜力。
声学抗衍射自适应轮廓技术（ADAPT）的光束整形机制。
研究背景：
高度可控的声束整形对于超声成像和声学调节至关重要，然而，迄今为止，对其在传播过程中完全调控声压分布的能力仍然面临一定挑战。
ADAPT 技术的创新：
在这项研究中，科学家们提出了 ADAPT 技术，旨在生成传播不变的声束，即声束在传播路径上保持不变形。为实现这一目标，研究团队利用波数和波束复用的概念构建了一个通用框架，并通过线性阵列超声换能器实现了高度灵活的声束。
声束整形对于多个领域至关重要，尤其是在生物医学成像、传感和粒子操纵方面。通过控制波的传播，可以在生物学和生物医学工程等多学科领域中实现一系列应用。
通过光束复用，使用单个多元件声换能器生成基于声学抗衍射自适应轮廓技术 (ADAPT) 的光束。
ADAPT 方法的基本概念涉及到贝塞尔光束的叠加，通过线性阵列换能器的实际应用，实现了对声束的形状和特性的精确控制。相对于传统的聚焦光束，ADAPT 方法生成的声束不仅在焦点深度处提供有效成像，而且在感兴趣区域内也表现出更高的精度。
科学家们采用两种有效的方法来塑造声束。一种方法是通过结合预定义的单焦点位置和声源信息，经典地塑造聚焦光束。另一种方法是将已知的压力或相位分布函数，包括贝塞尔函数，直接映射到声源的每个像素。这两种方法都适用于调节梁的纵向声学剖面。
ADAPT 方法的创新之处在于将这两种方法结合起来，将预定义的声束分解为多个具有不同波数和系数的贝塞尔光束。通过这种方式，研究团队实现了对声束轮廓的灵活调整，包括拉伸、压缩或分割，从而在不同轴向位置生成声束。
光束复用是 ADAPT 方法的关键组成部分。科学家们发现，使用单个多元素声波同时生成所需的贝塞尔光束是具有挑战性的。与传统方法不同，ADAPT 通过使用换能器的总谱带宽同时产生多个具有不同波数的声束，使得波束与阵列元件尺寸的最高横向空间频率要求得以对齐。
基于衰减补偿声学抗衍射自适应轮廓技术 (ADAPT) 的光束。
潜在应用领域：
ADAPT 技术的非衍射特性使其在医学、生物学和材料科学等多个领域具有广泛应用潜力。科学家们强调，这项技术的推出克服了传统声束整形方法的局限性，为声学成像、声纳和声学镊子等领域提供了更为灵活和高效的工具。
研究小组还引入了剪切波弹性成像，这是一种通过声波在材料内部传播时产生的声辐射力来实现的新型成像方式。通过调节输入参数，如光束中心位置和长度，研究人员成功实现了所需的线形轮廓，为模仿组织的模型内实验提供了新的可能性。
线性阵列换能器上的纯相位声学抗衍射自适应剖面技术 (ADAPT) 以及剪切波弹性成像的应用图示。
在 Gu 团队的研究中，他们突破性地展示了通过 ADAPT 技术生成自适应剪切波，并在模仿组织的模型内进行实验。以下是该技术在剪切波弹性成像中的一些关键方面：
声波在材料内传播时，会引发声辐射力。这种辐射力与声波在介质中传播的动量变化率成正比。这一原理是剪切波弹性成像的基础，通过检测声波引起的介质变形，可以获得关于材料弹性特性的信息。
Gu 团队演示了通过声束的脉冲激励如何诱发瞬态横向传播的剪切波。这种剪切波的形状取决于声束的几何形状，使其成为一种高度可控的成像方法。通过调节输入参数，包括光束中心位置和长度，研究人员能够实现所需的线形轮廓，为实验提供了更多的自由度。
剪切波的传播速度与介质的弹性特性成正比。这意味着通过测量剪切波的传播速度，可以获取关于材料弹性和变形的信息。这对于研究组织的力学性质以及对组织健康的评估具有重要意义。
为了在模仿组织的模型内进行实验，Gu 团队使用了 Verasonics 研究扫描仪。这种先进的扫描仪在声学研究中被广泛应用，为科学家提供了高分辨率和精准控制的实验平台。
基于 ADAPT 的光束具有非衍射特性，这意味着在传播过程中可以有效地保持所需的轮廓。这对于剪切波弹性成像至关重要，因为它允许在材料中的声衰减和衍射的情况下实现精确的成像。
Gu 和团队建议引入各种附加功能，以扩展该技术的应用领域。其中包括适用于医学成像、声纳和声学镊子的剪切波弹性。这预示着 ADAPT 技术在未来将成为医学和生物医学工程中多方面研究的关键工具。
Gu 团队的工作展示了 ADAPT 技术在声学领域的多重潜能，特别是在剪切波弹性成像方面。这一创新为更深入地了解组织的力学性质和实现更精准的医学成像提供了崭新的途径。
