本发明涉及生物材料，尤其涉及一种利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法。
背景技术：
1、近年来，组织工程作为一种新的修复方法，为组织或器官受到严重损伤而失去功能的病例的医治提供了全新方案。相应地，对可用于组织和器官修复的多孔生物软材料的需求不断增加，这也促使对多孔生物软材料的研究迅速发展。理想的多孔生物软材料需要满足多重要求，既要具有优良的生物可降解性和生物相容性，又要具备良好的可加工性与生物活性分子结合性，还要具备优良的力学性能。目前，能够同时满足上述要求的多孔生物软材料还比较少，主要以聚乙醇酸(pga)、聚乳酸(pla)和聚己内酯(pcl)及其共聚物和衍生物为主。
2、为了便于对多孔生物软材料的几何结构、流动阻力状态等特征参数进行分析评价，需要确定多孔生物软材料的孔隙迂曲度。目前，在测量多孔生物软材料的孔隙迂曲度时，需要先测定用于与多孔生物软材料进行耦合的流体中的声速，以及测定当多孔生物软材料固体中充以超流体4he时的慢纵波波速，然后再根据上述测定的声速和慢纵波波速计算出流固耦合状态下的多孔生物软材料的孔隙迂曲度。
3、然而，目前的测量方式中，需要多孔生物软材料充以超流体4he，容易使得待测的多孔生物软材料产生一定的破坏，难以做到无损、原位测量，会影响对孔隙结构动态演化过程描述的准确性。并且，由于需要使用超流体4he，而超流体4he的使用及存储要求较高，且超流体4he的价格也相对较贵，导致测量成本较高。此外，由于要先测定用于与多孔生物软材料进行耦合的流体中的声速，以及测定当多孔生物软材料固体中充以超流体4he时的慢纵波波速，导致测量耗时较长，测量效率较低。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法。
2、本发明的技术方案如下：
3、提供了一种利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法，所述方法包括：
4、确定待测的处于流固耦合状态下的多孔生物软材料的测量区域；
5、从所述测量区域的表面沿轴向向所述多孔生物软材料发射超声波，以使所述多孔生物软材料中激发出横向传播的剪切波；
6、实时跟踪所述多孔生物软材料中激发出的剪切波，采集获取回波数据；
7、根据获取的回波数据，进行位置追踪和反演分析，获取所述测量区域不同深度位置处的剪切波速度；
8、根据获取的剪切波速度，计算获取所述多孔生物软材料的孔隙迂曲度。
9、在一些可能的实现方式中，利用超声波探头对准所述测量区域的表面，并沿轴向向所述多孔生物软材料发射超声波。
10、在一些可能的实现方式中，利用所述超声波探头实时跟踪所述多孔生物软材料中激发出的剪切波，采集获取回波数据。
11、在一些可能的实现方式中，根据获取的回波数据，进行位置追踪和反演分析，获取所述测量区域不同深度位置处的剪切波速度，包括：
12、根据获取的回波数据，针对所述多孔生物软材料的帧间运动，运用基于相位差的斑点追踪方法对所述多孔生物软材料的成像平面内不同位置的微小位移进行追踪，获取微小位移数据；
13、基于获取的微小位移数据，利用有限差分法对剪切波波动方程进行直接反演以计算不同深度位置处的剪切波速度。
14、在一些可能的实现方式中，根据获取的回波数据，针对所述多孔生物软材料的帧间运动，运用基于相位差的斑点追踪方法对所述多孔生物软材料的成像平面内不同位置的微小位移进行追踪，获取微小位移数据，包括：
15、针对获取的回波数据中的超声射频信号，构建如下的超声射频信号的复数形式表达式：
16、
17、
18、根据超声射频信号的复数形式表达式，构建并求解如下的复数互相关函数计算式：
19、
20、根据复数互相关函数计算式，构建并求解如下的微小位移计算式，获取所述多孔生物软材料的成像平面内的微小位移数据：
21、
22、其中，a(t)表示处于流固耦合状态下的多孔生物软材料形变前的信号，a(t)表示信号的振幅，e表示自然常数，ω0表示超声波探头的中心频率，t表示时间，θ表示给定的相位角，b(t)表示处于流固耦合状态下的多孔生物软材料形变后的信号，τ表示时间延迟，rab(t)表示复数互相关函数，t0表示互相关信号窗口的大小，v表示时间变量，*表示复数共轭，u(t)表示处于流固耦合状态下的多孔生物软材料的位移数据，φ(t)表示相位差，φ(t)＝ω0τ，λ0表示超声波波长，π表示圆周率，arg(rab(t))表示复数互相关函数的辐角主值。
23、在一些可能的实现方式中，所述剪切波波动方程为：
24、
25、其中，u表示处于流固耦合状态下的多孔生物软材料的位移，(x,y)表示多孔生物软材料的成像平面感兴趣区域内位置点的坐标，φ表示多孔生物软材料的孔隙率，ρf表示与多孔生物软材料进行耦合的流体密度，ρs表示多孔生物软材料对应的基体固态材料的密度，n表示多孔生物软材料对应的基体固态材料的剪切模量，t表示时间。
26、在一些可能的实现方式中，利用以下公式对剪切波波动方程进行直接反演以计算不同深度位置处的剪切波速度：
27、
28、其中，v表示剪切波速度，m表示采集的帧数，t表示捕获帧的周期。
29、在一些可能的实现方式中，根据获取的剪切波速度，利用以下公式计算获取所述多孔生物软材料的孔隙迂曲度：
30、
31、其中，α表示多孔生物软材料的孔隙迂曲度，φ表示多孔生物软材料的孔隙率，ρf表示与多孔生物软材料进行耦合的流体密度，ρs表示多孔生物软材料对应的基体固态材料的密度，n表示多孔生物软材料对应的基体固态材料的剪切模量，v表示获取的多孔生物软材料中激发出的剪切波速度。
32、本发明技术方案的主要优点如下：
33、本发明的利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法通过利用超声激励流固耦合状态下多孔生物软材料中产生剪切波，并基于实时回波数据进行位移跟踪与反演分析来获得剪切波速度，根据剪切波速度计算出流固耦合状态下多孔生物软材料的孔隙迂曲度，能够在不使用超流体4he的情况下实现孔隙迂曲度的测量，不会对多孔生物软材料产生破坏，可实现无损、原位测量，并且无需测定用于与多孔生物软材料进行耦合的流体中的声速，测量成本低，测量效率高。
1.一种利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法，其特征在于，利用超声波探头对准所述测量区域的表面，并沿轴向向所述多孔生物软材料发射超声波。
3.根据权利要求2所述的利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法，其特征在于，利用所述超声波探头实时跟踪所述多孔生物软材料中激发出的剪切波，采集获取回波数据。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法，其特征在于，根据获取的回波数据，进行位置追踪和反演分析，获取所述测量区域不同深度位置处的剪切波速度，包括：
5.根据权利要求4所述的利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法，其特征在于，根据获取的回波数据，针对所述多孔生物软材料的帧间运动，运用基于相位差的斑点追踪方法对所述多孔生物软材料的成像平面内不同位置的微小位移进行追踪，获取微小位移数据，包括：
6.根据权利要求4所述的利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法，其特征在于，所述剪切波波动方程为：
7.根据权利要求6所述的利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法，其特征在于，利用以下公式对剪切波波动方程进行直接反演以计算不同深度位置处的剪切波速度：
8.根据权利要求1所述的利用超声剪切波测量多孔生物软材料孔隙迂曲度的方法，其特征在于，根据获取的剪切波速度，利用以下公式计算获取所述多孔生物软材料的孔隙迂曲度：
