Seasamh agus cruth raon fócasach fuaime an trasducer sféarúil cuasach HIFU

Cuspóir Staidéar a dhéanamh ar na hathruithe ar chruth agus ar shuíomh geoiméadrach raon fócasach fuaimiúil an chuasaigh trasducer ultrasonaic sféarúil nuair a bhíonn an déine fuaime ard agus go bhfuil maolú mór ag an meán. Modhanna Ó thaobh fuaimíocht fhisiceach de, déantar anailís ar éifeachtaí neamhlíneachta agus maolú na meán de bharr déine fuaime ard ar an raon fócasach fuaime, agus úsáidtear algartam forshuímh líneach Rayleigh integral chun ríomhaireachtaí insamhalta uimhriúla a dhéanamh. Léiríonn anailís theoiriciúil agus ríomh uimhriúil araon, le méadú ar dhéine fuaime agus ar mhaolú meánach, go bhfuil dul chun cinn ar leibhéal milliméadar ag suíomh geoiméadrach an chrios fócasach fuaimiúil feadh an ais fhuaimiúil i dtreo an trasdaitheora; ag an am céanna, an crios fócasach fuaimiúil D'athraigh an cruth de réir a chéile ó éilipsóideach fada siméadrach go héilipsóideach gearr le 'ceann saille agus eireaball tanaí'.

 

Tá tionchar tábhachtach ag déine fuaime ard agus caolú meánach ar shuíomh agus cruth réigiún fócasach fuaime an trasducer sféarúil cuasach. Ba cheart breithniú iomlán a dhéanamh ar shuíomh beacht agus ar rialú dáileog trealaimh HIFU, ar fhoirmiú caighdeáin iniúchta, agus fiú ar an gcur i bhfeidhm cliniciúil.

 

Tá dul chun cinn suntasach déanta ag mo thír i bhforbairt agus i gcur i bhfeidhm cliniciúil ultrafhuaime dírithe ard-déine (trealamh ultrafhuaime dírithe ar ard-déine (HIFU). Mar sin féin, chun suíomh cruinn agus rialú dáileog cóireála a bhaint amach go fírinneach ar an trealamh, ionas gur féidir le cóireáil chliniciúil an éifeacht idéalach a bhaint amach chun an lesion a mharú go héifeachtach gan dochar a dhéanamh ar na gnáth-fhíocháin máguaird, tá go leor saincheisteanna teoiriciúla agus teicniúla fós ann a gcaithfear staidéar a dhéanamh orthu agus a réiteach go domhain. Léiríodh i staidéir thurgnamhach intíre agus eachtrannacha ar fhoirmiú damáiste HIFU i bhfíocháin bhitheolaíocha, le méadú ar dhéine fuaime, go dtéann suíomh an chrios fócasach ar aghaidh agus go n-athraíonn sé de réir a chéile ó éilipsóideach fada go dtí 'cruth ceannphoill' nó 'cruth cón'. Cé go bhfuil roinnt mínithe cáilíochtúla déanta ag litríocht eachtrach ar an bhfeiniméan thuas le blianta beaga anuas trí réiteach uimhriúil a dhéanamh ar an gcothromóid iomadú tonn fuaimiúil neamhlíneach (cothromóid KZK), ach tá an nós imeachta ríomh casta agus níl an caidreamh fisiceach sa phróiseas ríofa soiléir. Ar an gcúis seo, glacann an páipéar seo an trasducer fócasach sféarúil cuasach mar shampla, agus pléann sé an fhadhb trí staidéar a dhéanamh ar thionchar an tanúcháin mheán agus na saintréithe iomadú neamhlíneach faoi dhéine fuaime ard ar an raon fócasach fuaime.

 

Inár gcuid oibre roimhe seo, bunaithe ar dhíraonta Kirchhoff, tá léiriú an bhrú fuaime díorthaithe againn ag pointe ar bith sa réimse fuaime aon-minicíochta faoi choinníoll réimse líneach fuaime le cuasach. trasducer fócasach sféarúil le radaíocht aonfhoirmeach ar an dromchla (ar a dtugtar freisin Do phointí Rayleigh).

 

Ón anailís ar theoiric fuaimíochta neamhlíneach, nuair a bhíonn brú fuaime na tonnta sín aon-minicíochta a radaítear ó dhromchla an trasducer isteach sa mheán mór go leor, tugtar 'tonn aimplitiúid chríochnaitheach', a iomadaíonn fad áirithe sa mheán (ar a dtugtar an t-achar neamhleanúnach). ), déanfar an tonnform a shaobhadh isteach i dtonnta sawtooth, ar féidir a mheas freisin mar thonn turraing. Chomh maith le minicíocht bhunúsach an astaithe bunaidh, cuimsíonn speictream minicíochta an tonn seo sraith de harmonics níos airde freisin. De réir a chéile a ghintear iad trí fhuinneamh a ionsú go leanúnach ón tonn bhunúsach le linn iomadú tonnta fuaime, is é sin, na harmonics fíocháin i leigheas ultrafhuaime. Is féidir an comhéifeacht aimplitiúid a úsáid chun cur síos a dhéanamh ar iomadú armónach ard-ord leis an achar iomadaithe agus caidreamh na n-athruithe fuinnimh le linn iomadú.

 

Cruthaíonn an tonn fiacail sábhadóireachta fad, mar sin is cainníocht gan toise é σ a léiríonn an fad iomadaithe. Bunaithe air seo, tá cuar comhéifeacht aimplitiúid na buntoinne agus na chéad 3 armónach ríofa againn. Nuair a iomadaíonn an tonn fuaime sa mheán, meathann an brú fuaime go heaspónantúil leis an achar, is féidir a chur in iúl i bhfoirm. Maidir le fíocháin bhoga ginearálta, tá an comhéifeacht maolaithe TM comhréireach go garbh leis an minicíocht. Chun an ríomh a shimpliú, cuireann an t-alt seo in iúl comhéifeacht maolaithe gach comhpháirt armónach mar nuair is é α an córas maolaithe fuaime don tonn fuaime minicíochta bunúsacha i bhfíocháin bhitheolaíocha in aghaidh an aonaid achair.

 

 

Ba cheart go n-áireofaí leis ionsú fuaime agus scaipeadh an fhíocháin. Tar éis breithniú a dhéanamh ar an dá fhachtóir thuas (neamhlíneacht agus caolú), is féidir léiriú an bhrú fuaime sa réimse fuaime dírithe a leathnú go dtí an fhoirm seo a leanas: is é an tonnuimhir gach armónach. Is é an fhoirmle seo a dtugaimid an t-algartam forshuíomh líneach de Rayleigh lárnach.

 

Toradh:

 

1 Tionchar caolú meánach ar an raon fócasach fuaime

Is iad seo a leanas paraiméadair an trasducer sféarúil cuasach cuasach a úsáidtear sa pháipéar seo: ga cuaire R = 15 cm, ga Cró a = 42 cm, minicíocht oibre f = 1.7 MHz. Ag glacadh leis gur fíochán bog ginearálta an meán, tá a chomhéifeacht tanúcháin α sa raon stew 01-30dB (cm·Mz). Glactar treoluas fuaime, dlús agus paraiméadair eile an mheáin de réir na litríochta ábhartha. D'fhonn staidéar a dhéanamh ar an gcomhéifeacht maolaithe mar fhachtóir tionchair amháin, ní gá ach minicíocht aonair, eadhon an minicíocht bhunúsach, a ríomh agus a anailísiú le haghaidh dlí athraithe an fhearainn fócas fuaime le luachanna α éagsúla. Ar an ábhar sin, san fhoirmle (3), rinneadh sraith ríomhanna uimhriúla trí M=1 a ghlacadh. Léiríonn na torthaí, le méadú an tanúcháin, is é sin, nuair a bhíonn stew α = 0.3, 13 agus 23dB (cm·Mhz), go n-athraíonn cruth an réigiúin fhócasaigh fhuaimiúil -6dB de réir a chéile ó éilipsóideach fada go héilipsóideach gearr, agus a ais fhada1 agus ais ghearr.

 

2

Tá siad 111, 104, agus 92 faoi seach. Suíomh an chrios fócasach (suíomh ar an ais fhuaimiúil), tá an dá cheann deiridh faoi seach 30mm agus 65mm chun tosaigh ar an gcéad cheann feadh ais fhuaimiúil an trasducer. Ag an am céanna, tá níos mó 'saille' ag ceann an chrios fócasaigh (an deireadh gar don trasduchtóir) ná a eireaball (an deireadh i bhfad ón trasduchtóir).

 

2 Tá an éifeacht neamhlíneachta de bharr déine fuaime ard ar an raon fócas fuaime mar an gcéanna, meastar gur fachtóir amháin é an brú fuaime radaíochta dromchla, agus is é a luachanna faoi seach 44, 73, 4 MPa, agus α = stew 3dB (cm·MHz). Ós rud é go n-ardóidh maolú an mheáin go tapa le méadú ar an minicíocht armónach, ní gá go mbeadh líon na n-armónach ró-iomarca. Léiríonn na torthaí ríomh: de réir mar a mhéadaíonn an brú fuaime radaíochta dromchla, athraíonn suíomh agus cruth an chrios fócasach murab ionann agus nuair a athraíonn an comhéifeacht maolaithe Tá sé chomh mór, ach tá a dhlí athraitheach cosúil. Is é sin le rá go ndéantar suíomhanna an dá réimse fócasacha deiridh a bhogadh ar aghaidh faoi 16mm agus 21mm faoi seach; is é an cóimheas idir ais fhada agus ghearr limistéar fócasach 6dB ná 119, 116, agus 113 faoi seach, agus tá claonadh ag ceann an limistéir fhócasaigh a bheith ina 'saille' freisin.

 

3 Éifeacht chomhcheangailte tanúcháin agus neamhlíneachta ar an raon fócasach fuaime

Ionchorpraítear an dá fhachtóir thuas go comhuaineach i bhfoirmle (3) le haghaidh ríomh. Taispeánann Fíor 3(a) agus Fíor 3(b) faoi seach go bhfuil stobhach α=3dB (cm·MHz), P′ 0=44MPa agus α=2.3dB stobhach (cm·MHz), P′ 0=44MPa

Agus éifeachtaí tanúcháin agus neamhlíneacha á mbreithniú ag an am céanna, is é comhrian na líne brú iso-fuaime sa chrios fócasach an toradh ríofa ar an bhfigiúr. I gcomparáid leis an dá cheann, tá suíomh an chrios fócasach tar éis bogadh ar aghaidh 8.4mm, agus tá an cóimheas idir aiseanna móra agus beaga an chrios fócasach athraithe ó 11.9 go 8.5. Léiríonn sé go bhfuil an treocht athraithe ar an gcrios fócasach de bharr an chomhéifeacht tanúcháin agus nonlinearity mar an gcéanna, mar sin tá an éifeacht iomlán a neartú.

 

 

mar fhocal scoir

Léiríonn an anailís theoiriciúil agus na torthaí ríofa sa pháipéar seo go bhfuil tionchar tábhachtach ag déine fuaime ard agus maolú meánach ar chruth agus ar shuíomh an chrios fócasach fuaime; is mó comhéifeacht maolaithe an mheáin, is airde an déine fuaime (is é sin, an níos láidre an neamhlíneacht), agus an fócas fuaime Is é an réimse is gaire don trasducer; éiríonn an cóimheas idir aiseanna fada agus gearr an réimse fócasach níos lú freisin, is é sin, athraíonn a cruth de réir a chéile ó ellipsoid fada go ellipsoid gearr, agus déantar ceann an limistéir fhócas fuaime mar 'saill' ná an eireaball. Feiniméan, is gnách gur 'cairéad' an cruth. Cuireann na conclúidí thuas bonn ar fáil chun anailís chainníochtúil a dhéanamh ar dhlí an athraithe i réimse an fhócas fuaime den Réimse criadóireachta HIFU piezo , agus staidéar breise a dhéanamh ar an gcaidreamh idir an limistéar fócas fuaime agus an limistéar damáiste.