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大张角聚焦超声是近年来肿瘤热疗和治疗超声领域的新的研究热点。利用超声波特有的深穿透能力、强方向性和可聚焦性，实现超声能量在人体深部组织的高强度汇聚，在短时间内造成病变组织的急性热损伤，达到治疗的目的。本论文系统研究了大张角球形聚焦声源的声场和温度场特性，用有限差分法将声场和热场、温度场计算有机结合。讨论了换能器的几何参数、生物组织的物理参数及超声定位辅助系统对声场以及温度场的影响。本论文的工作主要包括以下几方面的内容：(1)利用SBE方法研究了不同张角聚焦换能器声场的非线性特性，讨论了开孔对不同张角换能器声场及非线性能量转化的影响。指出随着换能器张角的增大，聚焦增益越大，聚焦形态越小。同时焦平面上谐波幅值增长越快，非线性现象越明显，非线性声场的形态参数也越小。开孔会使焦区的各次谐波声压幅值都有所下降，对同样大小的开孔，聚焦换能器的张角越大，孔对聚焦声场的影响越小，而开孔张角的大小对热源强度、物理焦域以其形态参数也有影响。(2)提出了一种大张角聚焦换能器线性及非线性声场的新算法。在椭球坐标系中直接由描述声波的流体运动基本方程组出发，用有限差分法在时域计算大孔径几何聚焦声源的声场。该算法避免了二阶抛物线近似等存在的条件限制，对孔径角度没有要求；不仅适用于连续波声源，对脉冲波声源也同样适用；不需要区分近场远场，在整个区域内统一计算，计算区域随聚焦程度加大而缩减；对吸收项和非线性项的离散差分提出了一种新的处理方法，其中吸收项的引入相当于增加了一个低通滤波器。(3)用垂直入射理论模式分析了大张角聚焦声束在层状生物组织中的非线性传播，指出当样品离声焦点超过焦距的1/10时，反射和折射不再可忽略，对分层介质的计算必须使用斜入射理论模型。本论文的工作有助于提高大张角聚焦声束在HIFU超声治疗中的治疗效果及治疗精度。