almindelig HIFU-metode til lydfelttestning

Strålingsmetoden er en veletableret målemetode, der fokuserer på måling af flyet piezoelektriske keramiske forskydningsplader i en væske. I 1987 udledte Beissner beregningsformlen for strålingskraften på det fuldt absorberede mål i det fokuserede ultralydslydfelt under den antagelse, at den geometriske akustik, den ikke-diffraktive højfrekvensbegrænsning og fjernfeltsdirektiviteten er rektangulære funktioner, når vinklen ≤ 30 ° afvigelse er mindre end 8 %. I 1998 anvendte han den geometriske akustiske metode til at udlede den generelle formel for strålingskraften for fokuseret ultralyd på testmålet, diskuterede strålingskraften på det totale reflektionsmål og det totale absorptionsmål, og udførte et eksperiment, der bekræftede, at afvigelsen af ​​lydeffekten målt ved ultralydseffektmålingen på 1,6 MHz og kalorimetrimetoden ikke var mere end 3%. I 2005 brugte Shaw fra National Physical Laboratory i Storbritannien Rayleigh-integraler og eksperimenter til at verificere gyldigheden af ​​den generelle formel. Resultaterne var ret konsistente. I 2003 målte han anodeeffektforstærkerspændingen i HIFU-transducerens drivkredsløb ved at bruge den strålingsbaserede vandsøjlemetode (vand, der måler det akustiske strålingstryk eller den akustiske energitæthed af målepunktet ved at måle højden af ​​væskesøjlen i det tynde rør).

Lydfeltintensiteten ved 200 V til 2600 V indikerer, at vandsøjlemetoden kan øge lydfeltsmåleområdet til 2000 W/cm 2, men når spændingen stiger til et vist niveau (2600 V), er lydeffekten for stor, og der vil opstå betydelig kavitation i vandet. Boblegruppen forstyrrer lydfeltet, hvilket gør målelydstyrken betydeligt ustabil og udviser en mætningstrend. I 2004 og 2005 bestod Kina den nationale standard for 'akustisk højintensitetsfokuseret ultralydslydstyrke- og lydfeltkarakteristikmåling' og industristandarderne for 'højintensitetsfokuseret ultralyd (H IFU) behandlingssystem', som fokuserer på ultralydskarakteristika og ultralyd. Den grundlæggende idé og metode til effektmåling er at finde placeringen af ​​lydtrykfokus ved hjælp af hydrofonens tredimensionelle scanningsmetode, scanne og måle det fokuserede lydfelt, beregne de geometriske parametre for brændpunktet og derefter piezoelektriske keramiske plader transducer måler direkte lydtrykket ved fuld effekt ved fokuseringen. Hydrofoner og strålingsmetoder anbefales til standarden.

2 hydrofondetektion

En hydrofon er en transducer, der konverterer et undervands lydtryksignal til et elektrisk signal. Når trykket (akustisk forstyrrelse) på det piezoelektriske materiale ændres, ændres ladningsfordelingen inde i det piezoelektriske materiale proportionalt og reflekteres i form af et spændingssignal, så det kan udtrækkes af elektroden på overfladen af ​​det piezoelektriske keramiske element. Disse ladninger forstærkes af en spændingsforstærker eller en ladningsforstærker, og signalbehandlingen viser et billede, der afspejler lydbølgens bølgeform. Dermed er lydtryksmålingen i ultralydslydfeltet gennemført på en meget ligetil måde. Traditionelle materialer, der bruges til ultralydslydfeltdetektion, er piezoelektrisk keramik og PVDF (polyvinylidenfluorid).

Piezoelektrisk keramik har høj hårdhed og følsomhed og kan modstå et vist område af lydtryk i HIFU-feltet ved lav effekt, men lydintensiteten Når den øges, brydes den piezoelektriske keramik let, det lineære dynamiske område er lille, og den akustiske impedans er høj, så hydrofonen har en vis lydinterferens til det målte felt. Den akustiske PVDF-impedans er tæt på vands akustiske impedans, og den har god akustisk impedans, der matcher vand, blød tekstur, nem behandling, stabile kemiske egenskaber, bred frekvensrespons og fremragende linearitet. Det dynamiske område er større end det for piezoelektriske keramiske hydrofoner. Derfor bruges PVDF i øjeblikket generelt til måling. Det kan forbedre den ujævne frekvensrespons produceret af piezoelektrisk keramik og reducere interferensen til det målte lydfelt, så længe filmen er tynd nok. PVDF fås i både film- og nåletyper. Diameteren på filmtypen er større end 5 cm, mens nålens diameter er mindre end 1 mm, hvilket let beskadiges i HIFU-lydfeltet.

Størrelsen af ​​HIFU-fokusområdet er omkring 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Derfor har PVDF ulempen ved lav rumlig opløsning, og det har kanteffekt, og volumen kan ikke gøres særlig lille. Temperaturbegrænsning, depolarisering opstår, når temperaturen når 60 °C, genbrugshastigheden er lav, og hydrofonmålingen kræver en mekanisk metode til punkt-for-punkt scanning, selv hvis man scanner 10 × 10 cm plan, den hurtigste. Det tager også et par timer, så det er at bruge et par enkle linjer til at beskrive lydfeltfordelingen. I 2002 brugte han højfrekvente piezoelektriske keramiske hulkugler som hydrofoner, og det har unikke fordele med hensyn til geometri, størrelse og følsomhed. Kuglens diameter er 0,7 til 1 mm, resonansfrekvensen er 1,8 til 2,7 MHz, følsomheden er dobbelt så stor som hydrofonen, og den har god stabilitet ultralydstransducer piezokeramisk plade , og trykket er nåle-type hydrofon. enheden anses for at være den ideelle sensor til måling af højintensive lydfelter. 

I 2004 meldes det om en ny type membranvandvarmer til HIFU lydfeltsmåling, hvilket indikerer at sensoren kan måle lydstyrke umiddelbart i HIFU behandling, og dermed sikre præcis levering af energi under behandling, samt måling af strålingskraft og vand .Sammenlignet med måling af modtageren er komponenterne holdbare og har en lille indflydelse på temperaturen. I 2006 designede Zanelli og Howard en hydrofon, der effektivt undgår kavitationsskader. Den piezoelektriske keramik er placeret i et metalskjold for at give en glat ydre overflade, der minimerer muligheden for kavitationskerne på overfladen. Lille, i det afgassede deioniserede vand, har lydfeltmålingen af ​​transduceren med en frekvens på 1,50 MHz, en diameter på 100 mm og en brændvidde på 150 mm opnået gode resultater. Det lineære dynamiske område af piezoelektrisk keramik er imidlertid utilstrækkeligt, hvilket påvirker dets øvre grænse for brug i HIFU-målinger.