kaedah biasa HIFU untuk ujian medan bunyi

Kaedah sinaran adalah kaedah pengukuran yang mantap yang memfokuskan pada mengukur satah plat ricih seramik piezoelektrik dalam cecair. Pada tahun 1987, Beissner memperoleh formula pengiraan daya sinaran pada sasaran yang diserap sepenuhnya dalam medan bunyi ultrasonik yang difokuskan di bawah andaian bahawa akustik geometri, had frekuensi tinggi bukan difraktif dan arahan arah medan jauh adalah fungsi segi empat tepat, Apabila sudut ≤ 30 ° sisihan kurang daripada 8%. Pada tahun 1998, beliau menggunakan kaedah akustik geometri untuk memperoleh formula umum daya sinaran ultrabunyi tertumpu pada sasaran ujian, membincangkan daya sinaran pada jumlah sasaran pantulan dan jumlah sasaran penyerapan, dan menjalankan eksperimen mengesahkan bahawa sisihan kuasa bunyi yang diukur oleh pengukuran kuasa ultrasonik 1.6 MHz dan kaedah kalorimetri tidak melebihi 3%. Pada tahun 2005, Shaw dari Makmal Fizikal Kebangsaan United Kingdom menggunakan kamiran dan eksperimen Rayleigh untuk mengesahkan kesahihan formula am. Hasilnya agak konsisten. Pada tahun 2003, beliau mengukur voltan penguat kuasa anod litar pemacu transduser HIFU dengan menggunakan kaedah lajur air berasaskan sinaran (air mengukur tekanan sinaran akustik atau ketumpatan tenaga akustik titik pengukuran dengan mengukur ketinggian lajur cecair dalam tiub nipis).

Keamatan medan bunyi pada 200 V hingga 2600 V menunjukkan bahawa kaedah lajur air boleh meningkatkan julat pengukuran medan bunyi kepada 2000 W / cm 2, tetapi apabila voltan meningkat ke tahap tertentu (2600 V), kuasa bunyi terlalu besar, dan peronggaan yang ketara akan berlaku di dalam air. Kumpulan gelembung mengganggu medan bunyi, menjadikan kuasa bunyi pengukur tidak stabil dengan ketara dan mempamerkan aliran tepu. Pada tahun 2004 dan 2005, China meluluskan piawaian kebangsaan bagi piawaian industri 'kuasa bunyi ultrabunyi berintensiti tinggi berintensiti tinggi akustik dan pengukuran ciri medan bunyi' dan piawaian industri 'sistem rawatan ultrabunyi berintensiti tinggi (H IFU) berintensiti tinggi', yang memfokuskan pada ciri ultrasound dan ultrasound. Idea asas dan kaedah pengukuran kuasa adalah untuk mencari kedudukan fokus tekanan bunyi dengan kaedah pengimbasan tiga dimensi hidrofon, mengimbas dan mengukur medan bunyi fokus, mengira parameter geometri titik fokus, dan kemudian transduser plat seramik piezoelektrik secara langsung mengukur tekanan bunyi pada kuasa penuh pada pemfokusan. Kaedah hidrofon dan sinaran disyorkan untuk standard.

2 pengesanan hidrofon

Hidrofon ialah transduser yang menukar isyarat tekanan bunyi bawah air kepada isyarat elektrik. Apabila tekanan (gangguan akustik) pada bahan piezoelektrik berubah, taburan cas di dalam bahan piezoelektrik berubah secara berkadar dan dicerminkan dalam bentuk isyarat voltan, jadi ia boleh diekstrak oleh elektrod pada permukaan elemen seramik piezoelektrik. Caj ini dikuatkan oleh penguat voltan atau penguat cas, dan pemprosesan isyarat memaparkan imej yang mencerminkan bentuk gelombang gelombang bunyi. Oleh itu, pengukuran tekanan bunyi dalam medan bunyi ultrasonik diselesaikan dengan cara yang sangat mudah. Bahan tradisional yang digunakan untuk pengesanan medan bunyi ultrasonik ialah seramik piezoelektrik dan PVDF (polyvinylidene fluoride).

Seramik piezoelektrik mempunyai kekerasan dan kepekaan yang tinggi, dan boleh menahan julat tekanan bunyi tertentu dalam medan HIFU pada kuasa rendah, tetapi keamatan bunyi Apabila meningkat, seramik piezoelektrik mudah pecah, julat dinamik linear adalah kecil, dan impedans akustik adalah tinggi, supaya hidrofon mempunyai gangguan tertentu kepada medan bunyi yang diukur. Impedans akustik PVDF adalah hampir dengan impedans akustik air, dan ia mempunyai padanan impedans akustik yang baik dengan air, tekstur lembut, pemprosesan mudah, sifat kimia yang stabil, tindak balas frekuensi yang luas dan kelinearan yang sangat baik. Julat dinamik lebih besar daripada hidrofon seramik piezoelektrik. Oleh itu, pada masa ini, PVDF biasanya digunakan untuk pengukuran. Ia boleh meningkatkan tindak balas frekuensi tidak sekata yang dihasilkan oleh seramik piezoelektrik dan mengurangkan gangguan kepada medan bunyi yang diukur selagi filem itu cukup nipis. PVDF boleh didapati dalam kedua-dua jenis filem dan jarum. Diameter jenis filem lebih besar daripada 5 cm, manakala diameter jarum kurang daripada 1 mm, yang mudah rosak dalam medan bunyi HIFU.

Saiz kawasan fokus HIFU ialah kira-kira 1. 1 mm × 2. 1 mm × 3. 2 mm. Oleh itu, PVDF mempunyai kelemahan resolusi spatial rendah, dan ia mempunyai kesan kelebihan, dan volum tidak boleh dibuat sangat kecil. Had suhu, penyahkutuban berlaku apabila suhu mencapai 60 °C, kadar penggunaan semula adalah rendah, dan pengukuran hidrofon memerlukan kaedah mekanikal untuk pengimbasan titik demi titik, walaupun mengimbas satah 10 × 10 cm, yang terpantas Ia juga mengambil masa beberapa jam, jadi ia menggunakan beberapa baris mudah untuk menggambarkan pengedaran medan bunyi menjadi tidak dapat dielakkan. Pada tahun 2002, beliau menggunakan sfera berongga seramik piezoelektrik frekuensi tinggi sebagai hidrofon, dan ia mempunyai kelebihan unik dari segi geometri, saiz dan kepekaan. Diameter bola ialah 0.7 hingga 1 mm, kekerapan resonans ialah 1. 8 hingga 2. 7 MHz, kepekaan adalah dua kali ganda berbanding hidrofon, dan ia mempunyai kestabilan yang baik plat piezoceramic transduser ultrasonik , dan tekanan adalah hidrofon jenis jarum. peranti ini dianggap sebagai penderia yang ideal untuk mengukur medan bunyi berintensiti tinggi. 

Pada tahun 2004, dilaporkan jenis baru pemanas air membran untuk pengukuran medan bunyi HIFU, menunjukkan bahawa sensor boleh mengukur kuasa bunyi serta-merta dalam rawatan HIFU, sekali gus memastikan penghantaran tenaga yang tepat semasa rawatan, dan pengukuran daya sinaran dan air .Berbanding dengan ukuran penerima, komponennya tahan lama dan mempunyai pengaruh kecil pada suhu. Pada tahun 2006, Zanelli dan Howard mereka bentuk hidrofon yang berkesan mengelakkan kerosakan peronggaan. Seramik piezoelektrik diletakkan dalam perisai logam untuk memberikan permukaan luar yang licin yang meminimumkan kemungkinan nukleus peronggaan pada permukaan. Kecil, dalam air penyahionan ternyahgas, pengukuran medan bunyi transduser dengan frekuensi 1.50 MHz, diameter 100 mm dan panjang fokus 150 mm telah mencapai hasil yang baik. Walau bagaimanapun, julat dinamik linear seramik piezoelektrik tidak mencukupi, menjejaskan had atasnya untuk digunakan dalam pengukuran HIFU.