yleinen HIFU-menetelmä äänikenttätestaukseen

Säteilymenetelmä on vakiintunut mittausmenetelmä, joka keskittyy tason mittaamiseen pietsosähköiset keraamiset leikkauslevyt nesteessä. Vuonna 1987 Beissner johti laskentakaavan säteilyvoimasta täysin absorboituneeseen kohteeseen fokusoidussa ultraäänikentässä olettaen, että geometrinen akustiikka, ei-diffraktiivinen suurtaajuusrajoitus ja kaukokentän suuntaus ovat suorakaiteen muotoisia toimintoja, kun kulma ≤ 30 ° poikkeama on 8%. Vuonna 1998 hän sovelsi geometrista akustista menetelmää johtamaan yleiskaavan fokusoidun ultraäänen säteilyvoimasta testikohteeseen, käsitteli kokonaisheijastuskohteeseen ja kokonaisabsorptiokohteeseen kohdistuvaa säteilyvoimaa ja suoritti kokeen, joka varmisti, että ultraäänitehomittauksella mitatun äänitehon poikkeama 1,6 MHz ja kalorimetrinen 3%. Vuonna 2005 Shaw Yhdistyneen kuningaskunnan kansallisesta fysikaalisesta laboratoriosta käytti Rayleighin integraaleja ja kokeita varmistaakseen yleisen kaavan oikeellisuuden. Tulokset olivat melko johdonmukaisia. Vuonna 2003 hän mittasi HIFU-anturin käyttöpiirin anoditehovahvistimen jännitteen säteilypohjaisella vesipatsasmenetelmällä (vesi mittaa mittauspisteen akustista säteilypainetta tai akustista energiatiheyttä mittaamalla ohuessa putkessa olevan nestepatsaan korkeutta).

Äänikentän voimakkuus jännitteellä 200 V - 2600 V osoittaa, että vesipatsasmenetelmällä voidaan nostaa äänikentän mittausalue arvoon 2000 W/cm 2, mutta kun jännite nousee tietylle tasolle (2600 V), ääniteho on liian suuri ja vedessä tapahtuu merkittävää kavitaatiota. Kuplaryhmä häiritsee äänikenttää, mikä tekee mittausäänitehosta merkittävästi epävakaa ja näyttää kyllästymistrendin. Vuosina 2004 ja 2005 Kiina hyväksyi 'akustisen korkean intensiteetin fokusoidun ultraääniäänen tehon ja äänikentän ominaisuuksien mittauksen' kansalliset standardit ja 'korkean intensiteetin ultraäänikäsittelyjärjestelmän (H IFU)' alan standardit, jotka keskittyvät ultraääniominaisuuksiin ja ultraääneen. Tehonmittauksen perusideana ja menetelmänä on löytää äänenpainefokusen sijainti hydrofonin kolmiulotteisella skannausmenetelmällä, skannaa ja mitata fokusoitu äänikenttä, laskea polttopisteen geometriset parametrit ja sitten pietsosähköiset keraamiset levymuuntimet mittaavat suoraan äänenpaineen täydellä teholla tarkennuksessa. Standardiin suositellaan hydrofoneja ja säteilymenetelmiä.

2 hydrofonin tunnistus

Hydrofoni on anturi, joka muuntaa vedenalaisen äänenpainesignaalin sähköiseksi signaaliksi. Kun pietsosähköiseen materiaaliin kohdistuva paine (akustinen häiriö) muuttuu, pietsosähköisen materiaalin sisällä oleva varausjakauma muuttuu suhteessa ja heijastuu jännitesignaalina, joten se voidaan poistaa pietsosähköisen keraamisen elementin pinnalla olevalla elektrodilla. Nämä varaukset vahvistetaan jännitevahvistimella tai varausvahvistimella, ja signaalinkäsittely näyttää kuvan, joka heijastaa ääniaallon aaltomuotoa. Siten äänenpaineen mittaus ultraäänikentässä valmistuu hyvin yksinkertaisella tavalla. Perinteisiä ultraääniäänikentän havaitsemiseen käytettyjä materiaaleja ovat pietsosähköinen keramiikka ja PVDF (polyvinylideenifluoridi).

Pietsosähköisellä keramiikalla on korkea kovuus ja herkkyys, ja ne kestävät tietyn alueen äänenpaineen HIFU-kentässä pienellä teholla, mutta äänenvoimakkuutta korotettuna pietsosähköinen keramiikka rikkoutuu helposti, lineaarinen dynaaminen alue on pieni ja akustinen impedanssi on korkea, joten hydrofonilla on tietty häiriö mitattuun äänikenttään. PVDF-akustinen impedanssi on lähellä veden akustista impedanssia, ja sillä on hyvä akustinen impedanssisovitus veden kanssa, pehmeä rakenne, helppo käsittely, vakaat kemialliset ominaisuudet, laaja taajuusvaste ja erinomainen lineaarisuus. Dynaaminen alue on suurempi kuin pietsosähköisten keraamisten hydrofonien. Siksi PVDF:ää käytetään tällä hetkellä yleisesti mittaamiseen. Se voi parantaa pietsosähköisen keramiikan tuottamaa epätasaista taajuusvastetta ja vähentää häiriöitä mitattuun äänikenttään niin kauan kuin kalvo on riittävän ohut. PVDF on saatavana sekä kalvo- että neulatyypeinä. Kalvotyypin halkaisija on yli 5 cm, kun taas neulan halkaisija on alle 1 mm, mikä vaurioituu helposti HIFU-äänikentässä.

HIFU-polttoalueen koko on noin 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Siksi PVDF:n haittana on alhainen tilaresoluutio ja sillä on reunavaikutus, eikä tilavuutta voida tehdä kovin pieneksi. Lämpötilarajoitus, depolarisaatio tapahtuu, kun lämpötila saavuttaa 60 °C, uudelleenkäyttöaste on alhainen ja hydrofonimittaus vaatii mekaanisen menetelmän pistekohtaiseen pyyhkäisyyn, vaikka skannattaisiin 10 × 10 cm tasoa, nopein Kestää myös muutaman tunnin, joten äänikentän jakauman kuvaaminen muutaman yksinkertaisen rivin avulla tulee väistämättä. Vuonna 2002 hän käytti korkeataajuisia pietsosähköisiä keraamisia onttoja palloja hydrofoneina, ja sillä on ainutlaatuisia etuja geometrian, koon ja herkkyyden suhteen. Pallon halkaisija on 0,7-1 mm, resonanssitaajuus 1,8-2,7 MHz, herkkyys on kaksi kertaa hydrofonin herkkyys ja sen vakaus on hyvä. ultraäänianturi pietsokeraaminen levy , ja paine on neulatyyppinen hydrofoni. Laitetta pidetään ihanteellisena anturina korkean intensiteetin äänikenttien mittaamiseen. 

Vuonna 2004 on raportoitu uudentyyppinen kalvovesilämmitin HIFU-äänikentän mittaukseen, mikä osoittaa, että anturi voi mitata äänitehoa välittömästi HIFU-hoidossa, mikä varmistaa tarkan energian toimituksen hoidon aikana sekä säteilyvoiman ja veden mittaamisen. Vastaanottimen mittaukseen verrattuna komponentit ovat kestäviä ja niillä on pieni vaikutus lämpötilaan. Vuonna 2006 Zanelli ja Howard suunnittelivat hydrofonin, joka ehkäisee tehokkaasti kavitaatiovaurioita. Pietsosähköinen keramiikka on sijoitettu metallisuojukseen, jotta saadaan tasainen ulkopinta, joka minimoi kavitaatioytimen mahdollisuuden pinnalle. Pieni, kaasuttomassa deionisoidussa vedessä, muuntimen äänikenttämittauksella taajuudella 1,50 MHz, halkaisijalla 100 mm ja polttovälillä 150 mm on saatu hyviä tuloksia. Pietsosähköisen keramiikan lineaarinen dynaaminen alue on kuitenkin riittämätön, mikä vaikuttaa sen ylärajaan käytettäväksi HIFU-mittauksissa.