metodo comune di HIFU per i test sul campo sonoro

Il metodo delle radiazioni è un metodo di misurazione consolidato che si concentra sulla misurazione dell'aereo piastre di taglio ceramiche piezoelettriche in un liquido. Nel 1987, Beissner derivò la formula di calcolo della forza di radiazione sul bersaglio completamente assorbito nel campo sonoro ultrasonico focalizzato partendo dal presupposto che l'acustica geometrica, la limitazione ad alta frequenza non diffrattiva e la direttività del campo lontano siano funzioni rettangolari, quando la deviazione dell'angolo ≤ 30 ° è inferiore allo 0,8%. Nel 1998, ha applicato il metodo acustico geometrico per derivare la formula generale della forza di radiazione degli ultrasuoni focalizzati sul bersaglio di prova, ha discusso la forza di radiazione sul bersaglio di riflessione totale e sul bersaglio di assorbimento totale, e ha condotto un esperimento verificando che la deviazione della potenza sonora misurata dalla misurazione della potenza ultrasonica di 1,6 MHz e dal metodo calorimetrico non era superiore al 3%. Nel 2005, Shaw del National Physical Laboratory del Regno Unito ha utilizzato integrali ed esperimenti di Rayleigh per verificare la validità della formula generale. I risultati sono stati abbastanza coerenti. Nel 2003, ha misurato la tensione dell'amplificatore di potenza anodico del circuito di pilotaggio del trasduttore HIFU utilizzando il metodo della colonna d'acqua basato sulla radiazione (acqua che misura la pressione della radiazione acustica o la densità di energia acustica del punto di misurazione misurando l'altezza della colonna di liquido nel tubo sottile).

L'intensità del campo sonoro da 200 V a 2600 V indica che il metodo della colonna d'acqua può aumentare l'intervallo di misurazione del campo sonoro a 2000 W/cm2, ma quando la tensione sale a un certo livello (2600 V), la potenza sonora è troppo grande e nell'acqua si verificherà una cavitazione significativa. Il gruppo di bolle interferisce con il campo sonoro, rendendo la potenza sonora misurata notevolmente instabile e presentando un andamento di saturazione. Nel 2004 e nel 2005, la Cina ha approvato lo standard nazionale di 'misurazione della potenza sonora degli ultrasuoni focalizzati ad alta intensità e delle caratteristiche del campo sonoro' e gli standard di settore del 'sistema di trattamento con ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (H IFU)', che si concentrano sulle caratteristiche degli ultrasuoni e sugli ultrasuoni. L'idea di base e il metodo di misurazione della potenza è trovare la posizione del fuoco della pressione sonora mediante il metodo di scansione tridimensionale dell'idrofono, scansionare e misurare il campo sonoro focalizzato, calcolare i parametri geometrici del punto focale e quindi Il trasduttore piezoelettrico a piastre ceramiche misura direttamente la pressione sonora a piena potenza alla focalizzazione. Per lo standard si raccomandano idrofoni e metodi di radiazione.

2 rilevamento idrofoni

Un idrofono è un trasduttore che converte un segnale di pressione sonora subacquea in un segnale elettrico. Quando la pressione (disturbo acustico) sul materiale piezoelettrico cambia, la distribuzione della carica all'interno del materiale piezoelettrico cambia proporzionalmente e si riflette sotto forma di segnale di tensione, quindi può essere estratto dall'elettrodo sulla superficie dell'elemento ceramico piezoelettrico. Queste cariche vengono amplificate da un amplificatore di tensione o da un amplificatore di carica e l'elaborazione del segnale visualizza un'immagine che riflette la forma d'onda dell'onda sonora. Pertanto, la misurazione della pressione sonora nel campo sonoro ultrasonico viene completata in modo molto semplice. I materiali tradizionali utilizzati per il rilevamento del campo sonoro a ultrasuoni sono la ceramica piezoelettrica e il PVDF (fluoruro di polivinilidene).

La ceramica piezoelettrica ha elevata durezza e sensibilità e può sopportare un certo intervallo di pressione sonora nel campo HIFU a bassa potenza, ma l'intensità del suono quando aumenta, la ceramica piezoelettrica si rompe facilmente, la gamma dinamica lineare è piccola e l'impedenza acustica è elevata, quindi l'idrofono ha una certa interferenza con il campo sonoro misurato. L'impedenza acustica del PVDF è vicina all'impedenza acustica dell'acqua e ha una buona impedenza acustica che si adatta all'acqua, consistenza morbida, facilità di lavorazione, proprietà chimiche stabili, ampia risposta in frequenza ed eccellente linearità. La gamma dinamica è maggiore di quella degli idrofoni ceramici piezoelettrici. Pertanto, il PVDF è attualmente generalmente utilizzato per la misurazione. Può migliorare la risposta in frequenza irregolare prodotta dalla ceramica piezoelettrica e ridurre l'interferenza nel campo sonoro misurato purché la pellicola sia sufficientemente sottile. Il PVDF è disponibile sia nel tipo a pellicola che ad ago. Il diametro del tipo di pellicola è maggiore di 5 cm, mentre il diametro dell'ago è inferiore a 1 mm, che si danneggia facilmente nel campo sonoro HIFU.

La dimensione della regione focale HIFU è di circa 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Pertanto, il PVDF presenta lo svantaggio di una bassa risoluzione spaziale, ha un effetto bordo e il volume non può essere ridotto molto. Limitazione della temperatura, la depolarizzazione avviene quando la temperatura raggiunge i 60 °C, il tasso di riutilizzo è basso e la misurazione dell'idrofono richiede un metodo meccanico per la scansione punto per punto, anche se la scansione di un piano 10 × 10 cm, la più veloce, richiede anche alcune ore, quindi l'uso di poche semplici righe per descrivere la distribuzione del campo sonoro diventa inevitabile. Nel 2002, ha utilizzato sfere cave ceramiche piezoelettriche ad alta frequenza come idrofoni e presenta vantaggi unici in termini di geometria, dimensioni e sensibilità. Il diametro della sfera è compreso tra 0,7 e 1 mm, la frequenza di risonanza è compresa tra 1,8 e 2,7 MHz, la sensibilità è doppia rispetto a quella dell'idrofono e ha una buona stabilità piastra piezoceramica del trasduttore ultrasonico e la pressione è un idrofono ad ago. il dispositivo è considerato il sensore ideale per la misurazione di campi sonori ad alta intensità. 

Nel 2004, è stato segnalato un nuovo tipo di scaldabagno a membrana per la misurazione del campo sonoro HIFU, indicando che il sensore può misurare immediatamente la potenza sonora nel trattamento HIFU, garantendo così un'accurata erogazione di energia durante il trattamento e la misurazione della forza di radiazione e dell'acqua. Rispetto alla misurazione del ricevitore, i componenti sono durevoli e hanno una piccola influenza sulla temperatura. Nel 2006 Zanelli e Howard hanno progettato un idrofono che evita efficacemente i danni da cavitazione. La ceramica piezoelettrica è posizionata in uno schermo metallico per fornire una superficie esterna liscia che riduca al minimo la possibilità di nuclei di cavitazione sulla superficie. Su piccola scala, nell'acqua deionizzata degasata, la misurazione del campo sonoro del trasduttore con una frequenza di 1,50 MHz, un diametro di 100 mm e una lunghezza focale di 150 mm ha ottenuto buoni risultati. Tuttavia, la gamma dinamica lineare delle ceramiche piezoelettriche è insufficiente, influenzandone il limite superiore per l’uso nelle misurazioni HIFU.