uobičajena metoda HIFU za ispitivanje zvučnog polja

Metoda zračenja je dobro uspostavljena metoda mjerenja koja se fokusira na mjerenje ravnine piezoelektrične keramičke smične ploče u tekućini. Godine 1987. Beissner je izveo formulu za izračun sile zračenja na potpuno apsorbiranu metu u fokusiranom ultrazvučnom zvučnom polju pod pretpostavkom da su geometrijska akustika, nedifrakcijsko visokofrekventno ograničenje i usmjerenost dalekog polja pravokutne funkcije, kada je kut ≤ 30 ° odstupanje manje od 0,8%. Godine 1998. primijenio je geometrijsku akustičnu metodu kako bi izveo opću formulu sile zračenja fokusiranog ultrazvuka na ispitnu metu, raspravljao o sili zračenja na meti potpune refleksije i meti ukupne apsorpcije i proveo eksperiment kojim je potvrdio da odstupanje snage zvuka izmjereno ultrazvučnim mjerenjem snage od 1,6 MHz i kalorimetrijskom metodom nije veće od 3%. Godine 2005. Shaw iz Nacionalnog fizikalnog laboratorija Ujedinjenog Kraljevstva upotrijebio je Rayleighove integrale i eksperimente kako bi potvrdio valjanost opće formule. Rezultati su bili prilično dosljedni. Godine 2003. izmjerio je napon anodnog pojačala snage pogonskog kruga HIFU sonde koristeći metodu vodenog stupca temeljenu na zračenju (voda mjeri tlak akustičnog zračenja ili gustoću akustične energije mjerne točke mjerenjem visine stupca tekućine u tankoj cijevi).

Intenzitet zvučnog polja na 200 V do 2600 V pokazuje da metoda vodenog stupca može povećati raspon mjerenja zvučnog polja na 2000 W/cm 2 , ali kada napon poraste na određenu razinu (2600 V), zvučna snaga je prevelika i u vodi će doći do značajne kavitacije. Skupina mjehurića ometa zvučno polje, čineći mjernu snagu zvuka značajno nestabilnom i pokazuje trend zasićenja. Godine 2004. i 2005. Kina je donijela nacionalni standard za 'akustično mjerenje zvučne snage i karakteristika zvučnog polja visokog intenziteta fokusiranog ultrazvuka' i industrijske standarde 'sustava tretmana fokusiranim ultrazvukom visokog intenziteta (H IFU)', koji su usredotočeni na karakteristike ultrazvuka i ultrazvuk. Osnovna ideja i metoda mjerenja snage je pronaći položaj fokusa zvučnog tlaka metodom trodimenzionalnog skeniranja hidrofona, skenirati i izmjeriti fokusirano zvučno polje, izračunati geometrijske parametre žarišne točke, a zatim pretvornik s piezoelektričnim keramičkim pločama izravno mjeri zvučni tlak pri punoj snazi ​​pri fokusiranju. Za standard se preporučuju hidrofoni i metode zračenja.

2 detekcija hidrofona

Hidrofon je pretvarač koji pretvara signal podvodnog zvučnog tlaka u električni signal. Kada se pritisak (akustička smetnja) na piezoelektrični materijal promijeni, raspodjela naboja unutar piezoelektričnog materijala mijenja se proporcionalno i reflektira se u obliku naponskog signala, tako da ga elektroda može izdvojiti na površini piezoelektričnog keramičkog elementa. Ti se naboji pojačavaju pomoću pojačivača napona ili pojačivača naboja, a obrada signala prikazuje sliku koja odražava valni oblik zvučnog vala. Stoga se mjerenje zvučnog tlaka u ultrazvučnom zvučnom polju dovršava na vrlo jednostavan način. Tradicionalni materijali koji se koriste za ultrazvučnu detekciju zvučnog polja su piezoelektrična keramika i PVDF (poliviniliden fluorid).

Piezoelektrična keramika ima visoku tvrdoću i osjetljivost i može izdržati određeni raspon zvučnog tlaka u HIFU polju pri maloj snazi, ali intenzitet zvuka Kada se poveća, piezoelektrična keramika se lako lomi, linearni dinamički raspon je mali, a akustična impedancija je visoka, tako da hidrofon ima određene smetnje u izmjerenom zvučnom polju. PVDF akustična impedancija je blizu akustične impedancije vode i ima dobru akustičnu impedanciju koja se slaže s vodom, meku teksturu, jednostavnu obradu, stabilna kemijska svojstva, širok frekvencijski odziv i izvrsnu linearnost. Dinamički raspon je veći nego kod piezoelektričnih keramičkih hidrofona. Stoga se PVDF trenutno općenito koristi za mjerenje. Može poboljšati neravnomjeran frekvencijski odziv koji proizvodi piezoelektrična keramika i smanjiti smetnje u izmjerenom zvučnom polju sve dok je film dovoljno tanak. PVDF je dostupan u obliku filma i igle. Promjer tipa filma je veći od 5 cm, dok je promjer igle manji od 1 mm, koja se lako ošteti u HIFU zvučnom polju.

Veličina HIFU žarišne regije je oko 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Stoga PVDF ima nedostatak niske prostorne razlučivosti i ima rubni učinak, a volumen se ne može učiniti vrlo malim. Ograničenje temperature, depolarizacija se događa kada temperatura dosegne 60 °C, stopa ponovne upotrebe je niska, a mjerenje hidrofonom zahtijeva mehaničku metodu za skeniranje točke po točku, čak i ako se skenira ravnina 10 × 10 cm, najbrže Također je potrebno nekoliko sati, tako da korištenje nekoliko jednostavnih redaka za opisivanje distribucije zvučnog polja postaje neizbježno. Godine 2002. koristio je visokofrekventne piezoelektrične keramičke šuplje kugle kao hidrofone, a ima jedinstvene prednosti u pogledu geometrije, veličine i osjetljivosti. Promjer kugle je 0,7 do 1 mm, rezonantna frekvencija je 1,8 do 2,7 MHz, osjetljivost je dvostruko veća od hidrofona i ima dobru stabilnost ultrazvučni pretvarač piezokeramičke ploče , a tlak je igličasti hidrofon. uređaj se smatra idealnim senzorom za mjerenje zvučnih polja visokog intenziteta. 

Godine 2004. objavljena je nova vrsta membranskog grijača vode za HIFU mjerenje zvučnog polja, što ukazuje na to da senzor može mjeriti snagu zvuka odmah u HIFU tretmanu, čime se osigurava točna isporuka energije tijekom tretmana i mjerenje sile zračenja i vode. U usporedbi s mjerenjem prijemnika, komponente su izdržljive i imaju mali utjecaj na temperaturu. Godine 2006. Zanelli i Howard dizajnirali su hidrofon koji učinkovito izbjegava oštećenje uzrokovano kavitacijom. Piezoelektrična keramika smještena je u metalni štit kako bi se osigurala glatka vanjska površina koja smanjuje mogućnost kavitacijske jezgre na površini. Mala, u otplinjenoj deioniziranoj vodi, mjerenje zvučnog polja pretvornika s frekvencijom od 1,50 MHz, promjerom od 100 mm i žarišnom duljinom od 150 mm postiglo je dobre rezultate. Međutim, linearni dinamički raspon piezoelektrične keramike je nedostatan, što utječe na njezinu gornju granicu za korištenje u HIFU mjerenjima.