聚焦超声技术是一种具有广泛临床应用前景的体外无创治疗新技术,超声辐射的声功率表示超声的能量输出,直接与超声治疗的效果和安全性相关,因而,对超声辐射功率的精确测量具有十分重要的意义。在实际的聚焦超声治疗过程中,超声的传播引起介质中质点的振速发生变化,可通过激光测振技术得到质点振速来描述声场,但是,由于聚焦换能器结构的对称性,焦域处的径向振速由于矢量叠加而抵消,而轴向振速得到增强,因此在焦域处测量的振速只包含轴向信息,而丢失了径向的声波能量,同时抵消的径向超声能量同样会使组织温升,所以需要从轴向振速中反演径向振速的能量,才能实现声功率的准确计算。因此本研究创新性地利用焦点轴向振速,反向推导换能器表面振速以及辐射声功率,提出了一种基于焦点轴向振速的聚焦超声功率测量方法。本文分别从线性和非线性声传播基本原理出发,建立了低强度聚焦超声(Low-intensity focused ultrasound,LIFU)和高强度聚焦超声(High-intensity focused ultrasound,HIFU)质点振速计算公式和仿真模型,研究了焦域的振速分布和换能器结构参数以及声功率的关系,提出了基于焦点轴向振速的线性和非线性声功率精确反演方法。首先,利用LIFU有限元仿真模型,数值模拟了不同口径和焦距的换能器在不同表面振速条件下的焦域振速分布,分析了换能器表面振速和超声功率以及焦点轴向振速的关系。实验上利用激光测振仪建立了 LIFU超声功率测量系统,通过焦域平面上最大轴向振速的测量实现了换能器超声功率计算,并研究了不同结构参数换能器在不同表面振速下,焦点轴向振速与换能器辐射声功率的关系,实验结果和理论仿真高度一致。结果表明,在换能器结构参数一定时,换能器超声功率和焦点轴向振速的平方成正比,通过焦点轴向振速就可以计算换能器的辐射声功率;当焦点轴向振速不变时,对于同一换能器口径,焦距越大,辐射声功率越大;对于同一焦距,换能器口径越小,辐射功率越大。然后,从非线性模型KZK方程出发,推导了 HIFU非线性声场焦点轴向振速的计算公式,并利用频域有限差分法求解HIFU声场,数值计算了不同声功率激励下HIFU非线性声场中各次谐波的焦点轴向振速,获得了焦点轴向振速的谐波/基波振速比和基波轴向振速以及各阶谐波增益的关系:进一步证明随着激励声压的提高,焦域的非线性增强,所需计算的谐波阶数要相应增加才能保证声功率的测量精度;基于-40dB谐波/基波振速比,建立了谐波阶数的判定标准和声功率计算公式,模拟了不同轴向振速下的声功率,并用激光测振仪进行了实验测量,实验结果数值仿真结果基本一致。本研究所提出的非接触式超声功率测量方法能够通过聚焦声场焦域的轴向声压和振速的测量,实现线性和非线性声功率的精确测量,为聚焦超声的低功率刺激和HIFU的治疗提供了功率测量和校准的新方法。