běžná metoda HIFU pro testování zvukového pole

Radiační metoda je osvědčená metoda měření, která se zaměřuje na měření roviny piezoelektrické keramické střižné desky v kapalině. V roce 1987 Beissner odvodil vzorec pro výpočet síly záření na plně absorbovaný cíl v zaostřeném ultrazvukovém zvukovém poli za předpokladu, že geometrická akustika, nedifrakční vysokofrekvenční omezení a směrovost vzdáleného pole jsou pravoúhlé funkce, když je odchylka úhlu ≤ 30 ° menší než 0, 8 %. V roce 1998 aplikoval geometrickou akustickou metodu k odvození obecného vzorce síly záření fokusovaného ultrazvuku na testovací terč, diskutoval sílu záření na terč totálního odrazu a terče celkové absorpce a provedl experiment, který ověřil, že odchylka akustického výkonu naměřená měřením ultrazvukového výkonu 1,6 MHz a metodou kalorimetrie není větší než 3 %. V roce 2005 použil Shaw z Národní fyzikální laboratoře Spojeného království Rayleighovy integrály a experimenty k ověření platnosti obecného vzorce. Výsledky byly celkem konzistentní. V roce 2003 změřil napětí anodového výkonového zesilovače budícího obvodu HIFU měniče pomocí metody vodního sloupce založeného na záření (voda měří tlak akustického záření nebo hustotu akustické energie v místě měření měřením výšky sloupce kapaliny v tenké trubici).

Intenzita zvukového pole při 200 V až 2600 V naznačuje, že metoda vodního sloupce může zvýšit rozsah měření zvukového pole na 2000 W/cm 2 , ale když napětí stoupne na určitou úroveň (2600 V), je akustický výkon příliš velký a ve vodě se objeví výrazná kavitace. Bublinová skupina interferuje se zvukovým polem, čímž je akustický výkon měření výrazně nestabilní a vykazuje trend saturace. V letech 2004 a 2005 Čína prošla národním standardem 'akustického vysoce intenzivního zaměřeného měření ultrazvukového výkonu a charakteristik zvukového pole' a průmyslovými standardy 'systému ošetření vysoce intenzivním zaměřeným ultrazvukem (H IFU)', které se zaměřují na ultrazvukové charakteristiky a ultrazvuk. Základní myšlenkou a metodou měření výkonu je zjištění polohy ohniska akustického tlaku hydrofonní metodou trojrozměrného skenování, skenování a měření zaostřeného zvukového pole, výpočet geometrických parametrů ohniska a následně piezoelektrický snímač keramických desek přímo měří akustický tlak při plném výkonu při zaostřování. Pro standard se doporučují hydrofony a radiační metody.

2 detekce hydrofonu

Hydrofon je převodník, který převádí podvodní signál akustického tlaku na elektrický signál. Při změně tlaku (akustické poruchy) na piezoelektrický materiál se úměrně mění rozložení náboje uvnitř piezoelektrického materiálu a projevuje se ve formě napěťového signálu, takže jej lze extrahovat elektrodou na povrchu piezoelektrického keramického prvku. Tyto náboje jsou zesíleny napěťovým zesilovačem nebo nábojovým zesilovačem a zpracování signálu zobrazuje obraz, který odráží tvar zvukové vlny. Měření akustického tlaku v ultrazvukovém zvukovém poli je tak dokončeno velmi přímočarým způsobem. Tradiční materiály používané pro detekci ultrazvukového pole jsou piezoelektrická keramika a PVDF (polyvinylidenfluorid).

Piezoelektrická keramika má vysokou tvrdost a citlivost a snese určitý rozsah akustického tlaku v poli HIFU při nízkém výkonu, ale intenzita zvuku Při zvýšení se piezoelektrická keramika snadno rozbije, lineární dynamický rozsah je malý a akustická impedance je vysoká, takže hydrofon má určitou interferenci s měřeným zvukovým polem. Akustická impedance PVDF je blízká akustické impedanci vody a má dobrou akustickou impedanci odpovídající vodě, měkkou texturu, snadné zpracování, stabilní chemické vlastnosti, širokou frekvenční odezvu a vynikající linearitu. Dynamický rozsah je větší než u piezoelektrických keramických hydrofonů. Proto se v současnosti pro měření obecně používá PVDF. Může zlepšit nerovnoměrnou frekvenční odezvu produkovanou piezoelektrickou keramikou a snížit rušení měřeného zvukového pole, pokud je film dostatečně tenký. PVDF je k dispozici ve formě fólie i jehly. Průměr typu fólie je větší než 5 cm, zatímco průměr jehly je menší než 1 mm, což se ve zvukovém poli HIFU snadno poškodí.

Velikost ohniskové oblasti HIFU je přibližně 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Proto má PVDF nevýhodu nízkého prostorového rozlišení a má okrajový efekt a objem nemůže být příliš malý. Omezení teploty, depolarizace nastává, když teplota dosáhne 60 °C, míra opětovného použití je nízká a měření hydrofonem vyžaduje mechanickou metodu pro bodové skenování, i když skenování roviny 10 × 10 cm, nejrychlejší Trvá také několik hodin, takže použití několika jednoduchých řádků k popisu rozložení zvukového pole se stává nevyhnutelným. V roce 2002 použil jako hydrofony vysokofrekvenční piezoelektrické keramické duté koule, které mají jedinečné výhody z hlediska geometrie, velikosti a citlivosti. Průměr koule je 0,7 až 1 mm, rezonanční frekvence 1,8 až 2,7 MHz, citlivost je dvojnásobná než u hydrofonu a má dobrou stabilitu ultrazvukový snímač piezokeramická deska a tlak je jehlový hydrofon. přístroj je považován za ideální snímač pro měření zvukových polí vysoké intenzity. 

V roce 2004 je hlášen nový typ membránového ohřívače vody pro měření zvukového pole HIFU, což naznačuje, že senzor může měřit akustický výkon okamžitě při ošetření HIFU, čímž je zajištěna přesná dodávka energie během léčby a měření síly záření a vody. Ve srovnání s měřením přijímače jsou komponenty odolné a mají malý vliv na teplotu. V roce 2006 Zanelli a Howard navrhli hydrofon, který účinně zabraňuje poškození kavitací. Piezoelektrická keramika je umístěna v kovovém štítu, aby zajistila hladký vnější povrch, který minimalizuje možnost kavitačního jádra na povrchu. Malé, v odplyněné deionizované vodě, měření zvukového pole měniče s frekvencí 1,50 MHz, průměrem 100 mm a ohniskovou vzdáleností 150 mm dosáhlo dobrých výsledků. Lineární dynamický rozsah piezoelektrické keramiky je však nedostatečný, což ovlivňuje její horní mez pro použití při měření HIFU.