metoda comună de HIFU pentru testarea câmpului sonor

Metoda radiației este o metodă de măsurare bine stabilită care se concentrează pe măsurarea avionului plăci ceramice piezoelectrice de forfecare într-un lichid. În 1987, Beissner a derivat formula de calcul a forței de radiație pe ținta absorbită complet în câmpul sonor ultrasonic focalizat, presupunând că acustica geometrică, limitarea de înaltă frecvență nedifractivă și directivitatea câmpului îndepărtat sunt funcții dreptunghiulare, când abaterea unghiului ≤ 30 ° este mai mică de 0%. În 1998, a aplicat metoda acustică geometrică pentru a deriva formula generală a forței de radiație a ultrasunetelor focalizate pe ținta de testare, a discutat forța de radiație pe ținta totală de reflexie și ținta totală de absorbție și a efectuat experimentul verificat că abaterea puterii sonore măsurată prin măsurarea puterii ultrasonice de 1,6 MHz și metoda calorimetriei nu a fost mai mare de 3%. În 2005, Shaw de la Laboratorul Național de Fizică din Regatul Unit a folosit integralele Rayleigh și experimentele pentru a verifica validitatea formulei generale. Rezultatele au fost destul de consistente. În 2003, a măsurat tensiunea amplificatorului de putere anodic al circuitului de comandă al traductorului HIFU utilizând metoda coloanei de apă bazată pe radiații (apă măsurând presiunea radiației acustice sau densitatea energiei acustice a punctului de măsurare prin măsurarea înălțimii coloanei de lichid în tubul subțire).

Intensitatea câmpului sonor de la 200 V până la 2600 V indică faptul că metoda coloanei de apă poate crește domeniul de măsurare a câmpului sonor la 2000 W / cm 2 , dar când tensiunea crește la un anumit nivel (2600 V), puterea sonoră este prea mare și se va produce cavitație semnificativă în apă. Grupul de bule interferează cu câmpul sonor, făcând puterea sonoră de măsurare semnificativ instabilă și prezintă o tendință de saturație. În 2004 și 2005, China a trecut standardul național de „măsurare a puterii sunetului cu ultrasunete concentrate acustic de înaltă intensitate și a caracteristicilor câmpului sonor” și standardele industriale „sistem de tratament cu ultrasunete concentrate de mare intensitate (H IFU)”, care se concentrează pe caracteristicile ultrasunetelor și ultrasunete. Ideea de bază și metoda de măsurare a puterii este de a găsi poziția focusului presiunii sonore prin metoda de scanare tridimensională a hidrofonului, de a scana și de a măsura câmpul sonor focalizat, de a calcula parametrii geometrici ai punctului focal și apoi Traductorul cu plăci ceramice piezoelectrice măsoară direct presiunea sonoră la putere maximă la focalizare. Hidrofoanele și metodele de radiație sunt recomandate pentru standard.

2 detectie hidrofon

Un hidrofon este un traductor care convertește un semnal de presiune acustică subacvatică într-un semnal electric. Când presiunea (perturbarea acustică) asupra materialului piezoelectric se modifică, distribuția sarcinii în interiorul materialului piezoelectric se modifică proporțional și se reflectă sub forma unui semnal de tensiune, astfel încât poate fi extras de electrod de pe suprafața elementului ceramic piezoelectric. Aceste încărcări sunt amplificate de un amplificator de tensiune sau de un amplificator de încărcare, iar procesarea semnalului afișează o imagine care reflectă forma de undă a undei sonore. Astfel, măsurarea presiunii sonore în câmpul sonor ultrasonic este finalizată într-un mod foarte simplu. Materialele tradiționale utilizate pentru detectarea câmpului sonor cu ultrasunete sunt ceramica piezoelectrică și PVDF (fluorura de poliviniliden).

Ceramica piezoelectrică are duritate și sensibilitate ridicată și poate rezista la o anumită gamă de presiune a sunetului în câmpul HIFU la putere scăzută, dar intensitatea sunetului atunci când este crescută, ceramica piezoelectrică se sparge ușor, intervalul dinamic liniar este mic, iar impedanța acustică este mare, astfel încât hidrofonul are o anumită interferență cu câmpul sonor măsurat. Impedanța acustică PVDF este aproape de impedanța acustică a apei și are o impedanță acustică bună care se potrivește cu apa, textură moale, procesare ușoară, proprietăți chimice stabile, răspuns în frecvență larg și liniaritate excelentă. Intervalul dinamic este mai mare decât cel al hidrofoanelor ceramice piezoelectrice. Prin urmare, în prezent, PVDF este utilizat în general pentru măsurare. Poate îmbunătăți răspunsul neuniform în frecvență produs de ceramica piezoelectrică și poate reduce interferența la câmpul sonor măsurat, atâta timp cât filmul este suficient de subțire. PVDF este disponibil atât în ​​​​tipuri de film, cât și de ace. Diametrul tipului de film este mai mare de 5 cm, în timp ce diametrul acului este mai mic de 1 mm, care este ușor deteriorat în câmpul sonor HIFU.

Dimensiunea regiunii focale HIFU este de aproximativ 1, 1 mm × 2, 1 mm × 3, 2 mm. Prin urmare, PVDF are dezavantajul rezoluției spațiale scăzute și are efect de margine, iar volumul nu poate fi făcut foarte mic. Limitarea temperaturii, depolarizarea are loc atunci când temperatura ajunge la 60 °C, rata de reutilizare este scăzută, iar măsurarea hidrofonului necesită o metodă mecanică pentru scanarea punct cu punct, chiar dacă scanarea planului de 10 × 10 cm, cea mai rapidă. De asemenea, durează câteva ore, deci se utilizează câteva linii simple pentru a descrie distribuția câmpului sonor devine inevitabil. În 2002, a folosit ca hidrofoane sfere tubulare ceramice piezoelectrice de înaltă frecvență și are avantaje unice în ceea ce privește geometria, dimensiunea și sensibilitatea. Diametrul bilei este de 0,7 până la 1 mm, frecvența de rezonanță este de 1,8 până la 2,7 MHz, sensibilitatea este de două ori mai mare decât a hidrofonului și are o stabilitate bună placă piezoceramică cu traductor ultrasonic , iar presiunea este hidrofon de tip ac. dispozitivul este considerat a fi senzorul ideal pentru măsurarea câmpurilor sonore de mare intensitate. 

În 2004, a fost raportat un nou tip de încălzitor de apă cu membrană pentru măsurarea câmpului sonor HIFU, indicând faptul că senzorul poate măsura puterea sonoră imediat în tratamentul HIFU, asigurând astfel livrarea precisă a energiei în timpul tratamentului și măsurarea forței de radiație și a apei. În comparație cu măsurarea receptorului, componentele sunt durabile și au o influență mică asupra temperaturii. În 2006, Zanelli și Howard au conceput un hidrofon care evită eficient deteriorarea cavitației. Ceramica piezoelectrică este plasată într-un scut metalic pentru a oferi o suprafață exterioară netedă care minimizează posibilitatea apariției nucleului de cavitație pe suprafață. Mic, în apa deionizată degazată, măsurarea câmpului sonor al traductorului cu o frecvență de 1,50 MHz, un diametru de 100 mm și o distanță focală de 150 mm a obținut rezultate bune. Cu toate acestea, intervalul dinamic liniar al ceramicii piezoelectrice este insuficient, afectând limita sa superioară pentru utilizarea în măsurători HIFU.