gebruikelijke methode van HIFU voor geluidsveldtesten

De stralingsmethode is een beproefde meetmethode die zich richt op het meten van het vlak piëzo-elektrische keramische schuifplaten in een vloeistof. In 1987 leidde Beissner de berekeningsformule af van de stralingskracht op het volledig geabsorbeerde doel in het gefocusseerde ultrasone geluidsveld onder de veronderstelling dat de geometrische akoestiek, de niet-diffractieve hoogfrequente begrenzing en de verrevelddirectiviteit rechthoekige functies zijn, wanneer de afwijking van de hoek ≤ 30 ° minder dan 0, 8% is. In 1998 paste hij de geometrische akoestische methode toe om de algemene formule van de stralingskracht van gefocusseerd ultrageluid op het testdoel af te leiden, besprak hij de stralingskracht op het totale reflectiedoel en het totale absorptiedoel, en voerde een experiment uit om te verifiëren dat de afwijking van het geluidsvermogen gemeten door de ultrasone vermogensmeting van 1,6 MHz en de calorimetriemethode niet meer dan 3% bedroeg. In 2005 gebruikte Shaw van het National Physical Laboratory van het Verenigd Koninkrijk Rayleigh-integralen en experimenten om de geldigheid van de algemene formule te verifiëren. De resultaten waren redelijk consistent. In 2003 mat hij de anodeversterkerspanning van het HIFU-transduceraandrijfcircuit met behulp van de op straling gebaseerde waterkolommethode (water meet de akoestische stralingsdruk of akoestische energiedichtheid van het meetpunt door de hoogte van de vloeistofkolom in de dunne buis te meten).

De geluidsveldintensiteit bij 200 V tot 2600 V geeft aan dat de waterkolommethode het geluidsveldmeetbereik kan vergroten tot 2000 W/cm2, maar wanneer de spanning stijgt tot een bepaald niveau (2600 V), is het geluidsvermogen te groot en zal er aanzienlijke cavitatie in het water optreden. De bellengroep interfereert met het geluidsveld, waardoor het gemeten geluidsvermogen aanzienlijk instabiel wordt en een verzadigingstrend vertoont. In 2004 en 2005 heeft China de nationale norm voor 'akoestisch, met hoge intensiteit gericht ultrageluid, geluidsvermogen en geluidsveldkarakteristieken meten' en het 'hoge intensiteit gericht ultrasoon (H IFU) behandelingssysteem', industriestandaarden aangenomen, die zich richten op ultrasone eigenschappen en echografie. Het basisidee en de methode van vermogensmeting is om de positie van de geluidsdrukfocus te vinden met behulp van de driedimensionale scanmethode van de hydrofoon, het gefocusseerde geluidsveld te scannen en te meten, de geometrische parameters van het brandpunt te berekenen en vervolgens piëzo-elektrische keramische platentransducers meten direct de geluidsdruk op vol vermogen bij het scherpstellen. Hydrofoons en stralingsmethoden worden aanbevolen voor de standaard.

2 hydrofoondetectie

Een hydrofoon is een transducer die een geluidsdruksignaal onder water omzet in een elektrisch signaal. Wanneer de druk (akoestische verstoring) op het piëzo-elektrische materiaal verandert, verandert de ladingsverdeling binnen het piëzo-elektrische materiaal proportioneel en wordt gereflecteerd in de vorm van een spanningssignaal, zodat deze kan worden geëxtraheerd door de elektrode op het oppervlak van het piëzo-elektrische keramische element. Deze ladingen worden versterkt door een spanningsversterker of een ladingsversterker, en de signaalverwerking geeft een beeld weer dat de golfvorm van de geluidsgolf weerspiegelt. Zo wordt de geluidsdrukmeting in het ultrasone geluidsveld op zeer eenvoudige wijze uitgevoerd. Traditionele materialen die worden gebruikt voor ultrasone geluidsvelddetectie zijn piëzo-elektrische keramiek en PVDF (polyvinylideenfluoride).

Piëzo-elektrische keramiek heeft een hoge hardheid en gevoeligheid en is bestand tegen een bepaald bereik van geluidsdruk in het HIFU-veld bij laag vermogen, maar de geluidsintensiteit. Wanneer deze wordt verhoogd, wordt de piëzo-elektrische keramiek gemakkelijk gebroken, is het lineaire dynamische bereik klein en is de akoestische impedantie hoog, zodat de hydrofoon een zekere interferentie heeft met het gemeten geluidsveld. De akoestische impedantie van PVDF ligt dicht bij de akoestische impedantie van water en heeft een goede akoestische impedantie die overeenkomt met water, een zachte textuur, gemakkelijke verwerking, stabiele chemische eigenschappen, een brede frequentierespons en uitstekende lineariteit. Het dynamische bereik is groter dan dat van piëzo-elektrische keramische hydrofoons. Daarom wordt PVDF momenteel algemeen gebruikt voor metingen. Het kan de ongelijkmatige frequentierespons verbeteren die wordt geproduceerd door piëzo-elektrische keramiek en de interferentie van het gemeten geluidsveld verminderen, zolang de film maar dun genoeg is. PVDF is verkrijgbaar in zowel film- als naaldtypes. De diameter van het filmtype is groter dan 5 cm, terwijl de diameter van de naald minder dan 1 mm is, wat gemakkelijk beschadigd raakt in het HIFU-geluidsveld.

De grootte van het HIFU-brandpuntsgebied is ongeveer 1,1 mm x 2,1 mm x 3,2 mm. Daarom heeft PVDF het nadeel van een lage ruimtelijke resolutie, heeft het een randeffect en kan het volume niet erg klein worden gemaakt. Temperatuurbeperking, depolarisatie treedt op wanneer de temperatuur 60 ° C bereikt, de mate van hergebruik laag is en de hydrofoonmeting vereist een mechanische methode voor punt-voor-punt scannen, zelfs als het scannen van een vlak van 10 x 10 cm het snelst is. Het duurt ook een paar uur, dus het gebruik van een paar eenvoudige regels om de geluidsveldverdeling te beschrijven wordt onvermijdelijk. In 2002 gebruikte hij hoogfrequente piëzo-elektrische keramische holle bollen als hydrofoons, en dit heeft unieke voordelen op het gebied van geometrie, grootte en gevoeligheid. De diameter van de bal is 0,7 tot 1 mm, de resonantiefrequentie is 1,8 tot 2,7 MHz, de gevoeligheid is tweemaal die van de hydrofoon en heeft een goede stabiliteit ultrasone transducer piëzokeramische plaat , en de druk is een naaldhydrofoon. het apparaat wordt beschouwd als de ideale sensor voor het meten van geluidsvelden met hoge intensiteit. 

In 2004 wordt melding gemaakt van een nieuw type membraanwaterverwarmer voor HIFU-geluidsveldmeting, wat aangeeft dat de sensor het geluidsvermogen onmiddellijk kan meten bij HIFU-behandeling, waardoor een nauwkeurige levering van energie tijdens de behandeling, en stralingskrachtmeting en water wordt gegarandeerd. Vergeleken met de meting van de ontvanger zijn de componenten duurzaam en hebben ze een kleine invloed op de temperatuur. In 2006 ontwierpen Zanelli en Howard een hydrofoon die cavitatieschade effectief vermijdt. Het piëzo-elektrische keramiek wordt in een metalen schild geplaatst om een ​​glad buitenoppervlak te verkrijgen dat de kans op cavitatiekernen op het oppervlak minimaliseert. Klein, in het ontgaste gedeïoniseerde water heeft de geluidsveldmeting van de transducer met een frequentie van 1,50 MHz, een diameter van 100 mm en een brandpuntsafstand van 150 mm goede resultaten opgeleverd. Het lineaire dynamische bereik van piëzo-elektrische keramiek is echter onvoldoende, wat de bovengrens voor gebruik bij HIFU-metingen beïnvloedt.