روش متداول هایفو برای تست میدان صدا

روش تابش یک روش اندازه گیری به خوبی تثبیت شده است که بر اندازه گیری هواپیما تمرکز دارد صفحات برشی سرامیکی پیزوالکتریک در یک مایع. در سال 1987، بایسنر فرمول محاسبه نیروی تشعشع روی هدف کاملاً جذب شده در میدان صوتی متمرکز فراصوت را با این فرض استخراج کرد که آکوستیک هندسی، محدودیت فرکانس بالا غیر پراش و جهت میدان دور، توابع مستطیلی هستند، زمانی که زاویه کمتر از 30 درجه باشد. او در سال 1998 از روش آکوستیک هندسی برای استخراج فرمول کلی نیروی تابش اولتراسوند متمرکز بر روی هدف آزمایشی استفاده کرد، نیروی تشعشع روی هدف بازتاب کل و هدف جذب کل را مورد بحث قرار داد و آزمایشی انجام داد که تأیید کرد که انحراف توان صوت اندازه‌گیری شده با روش اندازه‌گیری توان اولتراسونیک 1.6 مگاهرتز بیشتر از 3 درصد نبوده است. در سال 2005، شاو از آزمایشگاه ملی فیزیک بریتانیا از انتگرال ها و آزمایش های ریلی برای تأیید صحت فرمول کلی استفاده کرد. نتایج کاملاً منسجم بود. در سال 2003، او ولتاژ تقویت‌کننده توان آند مدار محرک مبدل HIFU را با استفاده از روش ستون آب مبتنی بر تابش (آب اندازه‌گیری فشار تابش صوتی یا چگالی انرژی صوتی نقطه اندازه‌گیری با اندازه‌گیری ارتفاع ستون مایع در لوله نازک) اندازه‌گیری کرد.

شدت میدان صوتی در 200 ولت تا 2600 ولت نشان می‌دهد که روش ستون آب می‌تواند محدوده اندازه‌گیری میدان صوتی را تا 2000 وات بر سانتی‌متر مربع افزایش دهد، اما زمانی که ولتاژ به سطح معینی (2600 ولت) افزایش می‌یابد، قدرت صوت خیلی زیاد است و کاویتاسیون قابل‌توجهی در آب رخ می‌دهد. گروه حباب با میدان صوتی تداخل می‌کند و قدرت صدای اندازه‌گیری را به طور قابل‌توجهی ناپایدار می‌کند و روند اشباع را نشان می‌دهد. در سال‌های 2004 و 2005، چین استاندارد ملی «اندازه‌گیری قدرت صدای فراصوت متمرکز با شدت بالا و ویژگی‌های میدان صوتی» و استانداردهای صنعتی «سیستم درمان اولتراسوند متمرکز با شدت بالا (H IFU)» را تصویب کرد که بر ویژگی‌های اولتراسوند و اولتراسوند تمرکز دارد. ایده اصلی و روش اندازه‌گیری توان، یافتن موقعیت کانون فشار صوت با روش اسکن سه‌بعدی هیدروفون، اسکن و اندازه‌گیری میدان صوتی متمرکز، محاسبه پارامترهای هندسی نقطه کانونی و سپس مبدل صفحات سرامیکی پیزوالکتریک به طور مستقیم فشار صدا را با قدرت کامل در فوکوس اندازه گیری می کند. روش های هیدروفون و تشعشع برای استاندارد توصیه می شود.

2 تشخیص هیدروفون

هیدروفون یک مبدل است که سیگنال فشار صدای زیر آب را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. هنگامی که فشار (اختلال صوتی) روی ماده پیزوالکتریک تغییر می کند، توزیع بار در داخل ماده پیزوالکتریک به طور متناسب تغییر می کند و به صورت سیگنال ولتاژ منعکس می شود، بنابراین می توان آن را توسط الکترود روی سطح عنصر سرامیکی پیزوالکتریک استخراج کرد. این بارها توسط یک تقویت کننده ولتاژ یا یک تقویت کننده شارژ تقویت می شوند و پردازش سیگنال تصویری را نشان می دهد که شکل موج موج صوتی را منعکس می کند. بنابراین، اندازه گیری فشار صدا در میدان صوتی اولتراسونیک به روشی بسیار ساده کامل می شود. مواد سنتی مورد استفاده برای تشخیص میدان صوتی اولتراسونیک سرامیک های پیزوالکتریک و PVDF (پلی وینیلیدین فلوراید) هستند.

سرامیک های پیزوالکتریک سختی و حساسیت بالایی دارند و می توانند محدوده خاصی از فشار صدا را در میدان HIFU در توان کم تحمل کنند، اما شدت صدا وقتی افزایش می یابد، سرامیک پیزوالکتریک به راحتی شکسته می شود، محدوده دینامیکی خطی کوچک است و امپدانس صوتی بالا است، به طوری که هیدروفون تداخل خاصی با میدان صوتی اندازه گیری شده دارد. امپدانس صوتی PVDF نزدیک به امپدانس صوتی آب است و دارای تطابق امپدانس صوتی خوب با آب، بافت نرم، پردازش آسان، خواص شیمیایی پایدار، پاسخ فرکانس وسیع و خطی بودن عالی است. محدوده دینامیکی بزرگتر از هیدروفون های سرامیکی پیزوالکتریک است. بنابراین، PVDF در حال حاضر به طور کلی برای اندازه گیری استفاده می شود. این می تواند پاسخ فرکانس ناهموار تولید شده توسط سرامیک های پیزوالکتریک را بهبود بخشد و تا زمانی که فیلم به اندازه کافی نازک باشد، تداخل در میدان صوتی اندازه گیری شده را کاهش دهد. PVDF در دو نوع فیلم و سوزنی موجود است. قطر نوع فیلم بیشتر از 5 سانتی متر است در حالی که قطر سوزن کمتر از 1 میلی متر است که در میدان صوتی HIFU به راحتی آسیب می بیند.

اندازه ناحیه کانونی HIFU حدود 1.1 میلی متر × 2. 1 میلی متر × 3.2 میلی متر است. بنابراین PVDF نقطه ضعف تفکیک فضایی پایین را دارد و جلوه لبه دارد و نمی توان حجم را خیلی کم کرد. محدودیت دما، دپلاریزاسیون زمانی اتفاق می‌افتد که دما به 60 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، میزان استفاده مجدد کم است، و اندازه‌گیری هیدروفون به یک روش مکانیکی برای اسکن نقطه به نقطه نیاز دارد، حتی اگر اسکن صفحه 10 × 10 سانتی‌متر، سریع‌ترین آن باشد، همچنین چند ساعت طول می‌کشد، بنابراین از چند خط ساده برای توصیف میدان صدا استفاده می‌کند. او در سال 2002 از کره های توخالی سرامیکی پیزوالکتریک با فرکانس بالا به عنوان هیدروفون استفاده کرد و از نظر هندسه، اندازه و حساسیت مزایای منحصر به فردی دارد. قطر توپ 0.7 تا 1 میلی متر، فرکانس رزونانس 1. 8 تا 2. 7 مگاهرتز، حساسیت دو برابر هیدروفون است و پایداری خوبی دارد. صفحه پیزوسرامیک مبدل اولتراسونیک و فشار هیدروفون از نوع سوزنی است. این دستگاه به عنوان سنسور ایده آل برای اندازه گیری میدان های صوتی با شدت بالا در نظر گرفته می شود. 

در سال 2004، نوع جدیدی از آبگرمکن غشایی برای اندازه‌گیری میدان صوتی HIFU گزارش شد که نشان می‌دهد حسگر می‌تواند قدرت صدا را بلافاصله در عملیات HIFU اندازه‌گیری کند، بنابراین از تحویل دقیق انرژی در طول درمان، و اندازه‌گیری نیروی تشعشع و آب اطمینان می‌دهد. در مقایسه با اندازه‌گیری گیرنده، قطعات بادوام هستند و تأثیر کمی بر دما دارند. در سال 2006، زانلی و هوارد یک هیدروفون طراحی کردند که به طور موثری از آسیب کاویتاسیون جلوگیری می کند. سرامیک پیزوالکتریک در یک محافظ فلزی قرار می گیرد تا سطح بیرونی صافی را فراهم کند که احتمال ایجاد هسته کاویتاسیون روی سطح را به حداقل می رساند. کوچک، در آب دیونیزه شده گاز زدایی، اندازه گیری میدان صوتی مبدل با فرکانس 1.50 مگاهرتز، قطر 100 میلی متر و فاصله کانونی 150 میلی متر نتایج خوبی به دست آورده است. با این حال، محدوده دینامیکی خطی سرامیک های پیزوالکتریک کافی نیست و بر حد بالای آن برای استفاده در اندازه گیری های HIFU تأثیر می گذارد.