Položaj i oblik žarišnog raspona zvuka konkavne sferne HIFU sonde

Cilj Proučiti promjene u obliku i geometrijskom položaju akustičnog žarišnog raspona konkavnog sferni ultrazvučni pretvarač kada je intenzitet zvuka visok i medij ima veliko prigušenje. Metode Iz perspektive fizikalne akustike, analizirani su učinci nelinearnosti i prigušenja medija uzrokovani visokim intenzitetom zvuka na žarišni raspon zvuka, a algoritam linearne superpozicije Rayleighovog integrala korišten je za izvođenje proračuna numeričke simulacije. I teorijska analiza i numerički proračun pokazuju da s povećanjem intenziteta zvuka i srednjeg prigušenja, geometrijski položaj akustične žarišne zone ima milimetarski pomak duž akustične osi u smjeru pretvornika; u isto vrijeme, akustična žarišna zona Oblik se postupno mijenjao od simetričnog dugog elipsoida do kratkog elipsoida s 'debelom glavom i tankim repom'.

 

Visoki intenzitet zvuka i srednje prigušenje imaju važan utjecaj na položaj i oblik žarišnog područja zvuka konkavnog sferičnog pretvarača. Treba u potpunosti razmotriti precizno pozicioniranje i kontrolu doze HIFU opreme, formuliranje standarda inspekcije, pa čak i kliničku primjenu.

 

moja je zemlja napravila izvanredne pomake u razvoju i kliničkoj primjeni fokusiranog ultrazvuka visokog intenziteta (oprema za fokusirani ultrazvuk visokog intenziteta (HIFU)). Međutim, kako bi se doista postiglo točno pozicioniranje i kontrola doze tretmana na opremi, tako da klinički tretman može postići idealan učinak učinkovitog uništavanja lezije bez oštećenja okolnih normalnih tkiva, još uvijek postoje mnoga teoretska i tehnička pitanja koja se moraju temeljito proučiti i riješiti. Domaća i inozemna eksperimentalna istraživanja o nastanku oštećenja HIFU-a u biološkim tkivima pokazala su da se s povećanjem intenziteta zvuka položaj žarišne zone pomiče prema naprijed i postupno prelazi iz dugog elipsoida u 'punoglavac' ili 'konusni oblik'. Iako je posljednjih godina strana literatura napravila neka kvalitativna objašnjenja gornjeg fenomena numeričkim rješavanjem jednadžbe širenja nelinearnih akustičnih valova (KZK jednadžba), postupak proračuna je kompliciran, a fizički odnos u procesu proračuna nejasan. Iz tog razloga, ovaj rad uzima kao primjer konkavni sferni fokusirajući pretvornik i raspravlja o problemu proučavajući utjecaj prigušenja medija i karakteristika nelinearnog širenja pod visokim intenzitetom zvuka na žarišni raspon zvuka.

 

U našem prethodnom radu, na temelju Kirchhoffovog difrakcijskog integrala, izveli smo izraz zvučnog tlaka u bilo kojoj točki u jednofrekventnom zvučnom polju pod uvjetom linearnog zvučnog polja s konkavnim sferni fokusirajući pretvarač s jednolikim zračenjem na površini (također se nazivaju za Rayleighove točke).

 

Iz analize teorije nelinearne akustike, kada je zvučni tlak jednofrekventnog sinusnog vala koji zrači s površine pretvornika u medij dovoljno velik, naziva se 'val s konačnom amplitudom', koji se širi na određenu udaljenost u mediju (koja se naziva diskontinuirana udaljenost). ), valni oblik će biti iskrivljen u pilasti val, koji se također može smatrati udarnim valom. Osim osnovne frekvencije izvorne emisije, frekvencijski spektar ovog vala također uključuje niz viših harmonika. Oni postupno nastaju kontinuiranom apsorpcijom energije temeljnog vala tijekom širenja zvučnih valova, odnosno tkivnih harmonika u ultrazvučnoj medicini. Koeficijent amplitude može se koristiti za opisivanje širenja harmonika visokog reda s udaljenošću širenja i odnosom promjena energije tijekom širenja.

 

Val zuba pile tvori udaljenost, pa je σ bezdimenzijska veličina koja odražava udaljenost širenja. Na temelju toga smo izračunali krivulju koeficijenta amplitude osnovnog vala i prva 3 harmonika. Kada se zvučni val širi u mediju, zvučni tlak eksponencijalno opada s udaljenošću, što se može izraziti u obliku. Za opća meka tkiva, koeficijent prigušenja TM je otprilike proporcionalan frekvenciji. Kako bi se pojednostavio izračun, ovaj članak izražava koeficijent prigušenja svake harmonijske komponente kao gdje je α sustav prigušenja zvuka zvučnog vala osnovne frekvencije u biološkim tkivima po jedinici udaljenosti.

 

 

Treba uključiti apsorpciju zvuka i raspršivanje tkiva. Nakon razmatranja gornja dva faktora (nelinearnost i prigušenje), izraz zvučnog tlaka u fokusiranom zvučnom polju može se proširiti na sljedeći oblik: je valni broj svakog harmonika. Ovu formulu nazivamo linearnim superpozicijskim algoritmom Rayleighovog integrala.

 

Proizlaziti:

 

1 Utjecaj srednjeg prigušenja na žarišni raspon zvuka

Parametri jediničnog konkavnog sfernog pretvornika korištenog u ovom radu su: polumjer zakrivljenosti R = 15 cm, polumjer otvora a = 42 cm, radna frekvencija f = 1,7 MHz. Uz pretpostavku da je medij općenito meko tkivo, njegov koeficijent prigušenja α je u rasponu od 01-30dB stew (cm·Mz). Brzina zvuka, gustoća i drugi parametri medija uzimaju se prema relevantnoj literaturi. Kako bi se proučavao koeficijent prigušenja kao jedinstveni utjecajni čimbenik, potrebno je izračunati i analizirati samo jednu frekvenciju, naime osnovnu frekvenciju, za zakon promjene domene fokusa zvuka s različitim vrijednostima α. Zbog toga je u formuli (3) proveden niz numeričkih izračuna uzimajući M=1. Rezultati pokazuju da se s povećanjem prigušenja, odnosno kada je α = 0,3, 13 i 23dB stew (cm·Mhz), oblik akustične žarišne regije od -6dB postupno mijenja iz dugog elipsoida u kratki elipsoid, a njegova duga os1 i kratka os

 

2

One su redom 111, 104 i 92. Položaj žarišne zone (položaj na akustičnoj osi), potonje dvije su redom 30 mm odnosno 65 mm ispred prve duž akustične osi sonde. U isto vrijeme, glava žarišne zone (kraj blizu sonde) više je 'mastan' od repa (kraj daleko od sonde).

 

2 Učinak nelinearnosti uzrokovan visokim intenzitetom zvuka na raspon fokusa zvuka je isti, zvučni tlak površinskog zračenja smatra se jednim faktorom, a njegove vrijednosti su 44, 73, 4 MPa i α = 3dB gušenje (cm·MHz). S obzirom da prigušenje medija brzo raste s porastom frekvencije harmonika, broj harmonika ne mora biti prevelik. Rezultati proračuna pokazuju da: kako se zvučni tlak površinskog zračenja povećava, položaj i oblik žarišne zone se mijenjaju za razliku od promjene koeficijenta prigušenja. On je tako velik, ali je njegov zakon promjene sličan. To jest, položaji posljednja dva žarišna područja pomaknuti su naprijed za 16 mm odnosno 21 mm; omjer duge i kratke osi žarišnog područja od 6dB je 119, 116, odnosno 113, a glava žarišnog područja također ima tendenciju postati 'debela'.

 

3 Kombinirani učinak prigušenja i nelinearnosti na žarišni raspon zvuka

Gornja dva faktora su istovremeno uključena u formulu (3) za izračun. Slika 3(a) i Slika 3(b) pokazuju da je α=3dB stew (cm·MHz), P′ 0=44MPa i α=2,3dB stew (cm·MHz), P′ 0=44MPa

Kada se u isto vrijeme razmatraju prigušenje i nelinearni učinci, kontura linije izozvučnog tlaka u žarišnoj zoni je rezultat izračuna na slici. U usporedbi s ta dva, položaj žarišne zone pomaknuo se naprijed za 8,4 mm, a omjer velike i sporedne osi žarišne zone promijenio se s 11,9 na 8,5. Pokazuje da je trend promjene žarišne zone uzrokovan koeficijentom prigušenja i nelinearnošću isti, tako da je ukupni učinak pojačan.

 

 

u zaključku

Rezultati teorijske analize i proračuna u ovom radu pokazuju da visoki intenzitet zvuka i srednje prigušenje imaju važan utjecaj na oblik i položaj žarišne zone zvuka; što je veći koeficijent prigušenja medija, to je veći intenzitet zvuka (odnosno, jača je nelinearnost), a fokus zvuka Što je polje bliže pretvorniku; omjer duge i kratke osi žarišnog polja također postaje manji, odnosno njegov oblik postupno se mijenja iz dugog elipsoida u kratki elipsoid, a glava područja fokusa zvuka postaje 'debela' od repa. Fenomen, oblik naginje ka 'mrkvi'. Gornji zaključci daju temelj za kvantitativnu analizu zakona promjene područja fokusa zvuka Polje HIFU piezo keramike i dalje proučavati odnos između područja fokusa zvuka i područja oštećenja.