الطريقة الشائعة لـ HIFU لاختبار مجال الصوت

طريقة الإشعاع هي طريقة قياس راسخة تركز على قياس المستوى ألواح القص الخزفية الكهرضغطية في سائل. في عام 1987، اشتق بيسنر صيغة حساب قوة الإشعاع على الهدف الممتص بالكامل في مجال الصوت بالموجات فوق الصوتية المركزة على افتراض أن الصوتيات الهندسية، وحدود التردد العالي غير الانعراجية واتجاهية المجال البعيد هي وظائف مستطيلة، عندما يكون انحراف الزاوية ≥ 30 درجة أقل من 0.8٪. في عام 1998، طبق الطريقة الصوتية الهندسية لاشتقاق الصيغة العامة لقوة الإشعاع للموجات فوق الصوتية المركزة على هدف الاختبار، وناقش قوة الإشعاع على هدف الانعكاس الكلي وهدف الامتصاص الكلي، وأجرى تجربة للتحقق من أن انحراف قوة الصوت المقاسة بقياس طاقة الموجات فوق الصوتية بمقدار 1.6 ميجاهرتز وطريقة قياس السعرات الحرارية لم يكن أكثر من 3%. في عام 2005، استخدم شو من المختبر الفيزيائي الوطني في المملكة المتحدة تكاملات وتجارب رايلي للتحقق من صحة الصيغة العامة. وكانت النتائج متسقة تماما. في عام 2003، قام بقياس جهد مضخم طاقة الأنود لدائرة محرك محول الطاقة HIFU باستخدام طريقة عمود الماء القائم على الإشعاع (يقيس الماء ضغط الإشعاع الصوتي أو كثافة الطاقة الصوتية لنقطة القياس عن طريق قياس ارتفاع عمود السائل في الأنبوب الرفيع).

تشير شدة مجال الصوت عند 200 فولت إلى 2600 فولت إلى أن طريقة عمود الماء يمكن أن تزيد نطاق قياس مجال الصوت إلى 2000 وات/سم2، ولكن عندما يرتفع الجهد إلى مستوى معين (2600 فولت)، تكون قوة الصوت كبيرة جدًا، وسيحدث تجويف كبير في الماء. تتداخل مجموعة الفقاعات مع مجال الصوت، مما يجعل قوة الصوت المقاسة غير مستقرة إلى حد كبير وتظهر اتجاه التشبع. في عامي 2004 و2005، أقرت الصين المعيار الوطني 'لقياس قوة الصوت بالموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة وخصائص مجال الصوت' ومعايير الصناعة 'نظام المعالجة بالموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (H IFU)'، والتي تركز على خصائص الموجات فوق الصوتية والموجات فوق الصوتية. الفكرة الأساسية وطريقة قياس الطاقة هي العثور على موضع تركيز ضغط الصوت عن طريق طريقة المسح ثلاثي الأبعاد للهيدروفون، ومسح وقياس مجال الصوت المركز، وحساب المعلمات الهندسية للبقعة البؤرية، ثم تقوم لوحات السيراميك الكهرضغطية بمحول الطاقة بقياس ضغط الصوت بكامل طاقته مباشرة عند التركيز. يوصى باستخدام السماعات المائية وطرق الإشعاع لهذا المعيار.

2 كشف الهيدروفونات

الهيدروفون هو محول يحول إشارة ضغط الصوت تحت الماء إلى إشارة كهربائية. عندما يتغير الضغط (الاضطراب الصوتي) على المادة الكهرضغطية، يتغير توزيع الشحنة داخل المادة الكهرضغطية بشكل متناسب وينعكس على شكل إشارة جهد، بحيث يمكن استخلاصها بواسطة القطب الكهربائي الموجود على سطح عنصر السيراميك الكهرضغطي. يتم تضخيم هذه الشحنات بواسطة مضخم الجهد أو مضخم الشحن، وتعرض معالجة الإشارة صورة تعكس الشكل الموجي للموجة الصوتية. وهكذا، يتم الانتهاء من قياس ضغط الصوت في مجال الصوت بالموجات فوق الصوتية بطريقة واضحة للغاية. المواد التقليدية المستخدمة للكشف عن مجال الصوت بالموجات فوق الصوتية هي السيراميك الكهرضغطي وPVDF (فلوريد البولي فينيلدين).

يتمتع السيراميك الكهرضغطي بصلابة وحساسية عالية، ويمكنه تحمل نطاق معين من ضغط الصوت في مجال HIFU عند طاقة منخفضة، ولكن شدة الصوت عند زيادتها، ينكسر السيراميك الكهرضغطي بسهولة، ويكون النطاق الديناميكي الخطي صغيرًا، والمقاومة الصوتية عالية، بحيث يكون للهيدروفون تداخل معين في مجال الصوت المقاس. إن المعاوقة الصوتية PVDF قريبة من المعاوقة الصوتية للماء، ولها مقاومة صوتية جيدة تتوافق مع الماء، وملمس ناعم، ومعالجة سهلة، وخصائص كيميائية مستقرة، واستجابة تردد واسعة وخطية ممتازة. النطاق الديناميكي أكبر من نطاق الهيدروفونات الخزفية الكهرضغطية. لذلك، يتم استخدام PVDF حاليًا بشكل عام للقياس. يمكنه تحسين استجابة التردد غير المتساوية التي تنتجها السيراميك الكهرضغطية وتقليل التداخل في مجال الصوت المقاس طالما أن الفيلم رقيق بدرجة كافية. PVDF متوفر في كلا النوعين من الأفلام والإبرة. قطر نوع الفيلم أكبر من 5 سم، بينما قطر الإبرة أقل من 1 مم، مما يسهل تلفها في مجال الصوت HIFU.

يبلغ حجم المنطقة البؤرية HIFU حوالي 1.1 مم × 2.1 مم × 3.2 مم. ولذلك، فإن PVDF له عيب الدقة المكانية المنخفضة، وله تأثير حافة، ولا يمكن جعل الحجم صغيرًا جدًا. الحد من درجة الحرارة، ويحدث إزالة الاستقطاب عندما تصل درجة الحرارة إلى 60 درجة مئوية، ويكون معدل إعادة الاستخدام منخفضًا، ويتطلب قياس الهيدروفونات طريقة ميكانيكية للمسح نقطة بنقطة، حتى لو كان مسح مستوى 10 × 10 سم، فإن الأسرع أيضًا يستغرق بضع ساعات، لذا فإن استخدام بضعة أسطر بسيطة لوصف توزيع المجال الصوتي يصبح أمرًا لا مفر منه. وفي عام 2002، استخدم كرات مجوفة من السيراميك الكهرضغطية عالية التردد كمكبرات صوت مائية، ولها مزايا فريدة من حيث الهندسة والحجم والحساسية. قطر الكرة من 0.7 إلى 1 ملم، وتردد الرنين من 1.8 إلى 2.7 ميجا هرتز، والحساسية ضعف حساسية الهيدروفون، ولها ثبات جيد. لوحة بيزوسيراميك لمحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، والضغط هو هيدروفون من نوع الإبرة. ويعتبر الجهاز المستشعر المثالي لقياس مجالات الصوت عالية الكثافة. 

في عام 2004، تم الإبلاغ عن نوع جديد من سخانات المياه الغشائية لقياس مجال الصوت HIFU، مما يشير إلى أن المستشعر يمكنه قياس قوة الصوت فورًا في علاج HIFU، وبالتالي ضمان التوصيل الدقيق للطاقة أثناء العلاج، وقياس قوة الإشعاع والماء. بالمقارنة مع قياس جهاز الاستقبال، فإن المكونات متينة ولها تأثير صغير على درجة الحرارة. في عام 2006، صمم زانيلي وهوارد مكبر صوتًا مائيًا يتجنب بشكل فعال أضرار التجويف. يتم وضع السيراميك الكهرضغطي في درع معدني لتوفير سطح خارجي أملس يقلل من احتمالية وجود نواة التجويف على السطح. صغير، في الماء منزوع الأيونات، حقق قياس المجال الصوتي لمحول الطاقة بتردد 1.50 ميجاهرتز وقطر 100 مم وطول بؤري 150 مم نتائج جيدة. ومع ذلك، فإن النطاق الديناميكي الخطي للسيراميك الكهروإجهادي غير كافٍ، مما يؤثر على الحد الأعلى للاستخدام في قياسات HIFU.