vanlig metod för HIFU för ljudfältstestning

Strålningsmetoden är en väletablerad mätmetod som fokuserar på att mäta planet piezoelektriska keramiska skjuvplåtar i en vätska. År 1987 härledde Beissner beräkningsformeln för strålningskraften på det helt absorberade målet i det fokuserade ultraljudsljudfältet under antagandet att den geometriska akustiken, den icke-diffraktiva högfrekvensbegränsningen och fjärrfältets riktning är rektangulära funktioner, När vinkeln ≤ 30 ° avvikelse är mindre än 8 %. 1998 använde han den geometriska akustiska metoden för att härleda den allmänna formeln för strålningskraften för fokuserat ultraljud på testmålet, diskuterade strålningskraften på det totala reflektionsmålet och det totala absorptionsmålet, och utförde experiment som verifierade att avvikelsen av ljudeffekten mätt med ultraljudseffektmätningen på 1,6 MHz och kalorimetrimetoden inte var mer än 3 %. År 2005 använde Shaw vid National Physical Laboratory i Storbritannien Rayleigh-integraler och experiment för att verifiera giltigheten av den allmänna formeln. Resultaten var ganska konsekventa. 2003 mätte han anodeffektförstärkarspänningen för HIFU-omvandlarens drivkrets genom att använda den strålningsbaserade vattenpelarmetoden (vatten som mäter det akustiska strålningstrycket eller den akustiska energitätheten för mätpunkten genom att mäta höjden på vätskekolonnen i det tunna röret).

Ljudfältsintensiteten vid 200 V till 2600 V indikerar att vattenpelarmetoden kan öka ljudfältsmätområdet till 2000 W/cm 2 , men när spänningen stiger till en viss nivå (2600 V) är ljudeffekten för stor, och betydande kavitation kommer att uppstå i vattnet. Bubbelgruppen stör ljudfältet, vilket gör mätljudeffekten betydligt instabil och uppvisar en mättnadstrend. Under 2004 och 2005 klarade Kina den nationella standarden för 'akustisk högintensiv fokuserad ultraljudsljudstyrka och ljudfältsegenskapersmätning' och 'högintensivt fokuserat ultraljud (H IFU) behandlingssystem' industristandarder, som fokuserar på ultraljudsegenskaper och ultraljud. Den grundläggande idén och metoden för effektmätning är att hitta läget för ljudtrycksfokuset med hydrofonens tredimensionella skanningsmetod, skanna och mäta det fokuserade ljudfältet, beräkna de geometriska parametrarna för brännpunkten och sedan piezoelektriska keramiska plattor givare mäter direkt ljudtrycket vid full effekt vid fokuseringen. Hydrofoner och strålningsmetoder rekommenderas för standarden.

2 hydrofondetektering

En hydrofon är en givare som omvandlar en undervattensljudtryckssignal till en elektrisk signal. När trycket (akustisk störning) på det piezoelektriska materialet ändras, ändras laddningsfördelningen inuti det piezoelektriska materialet proportionellt och reflekteras i form av en spänningssignal, så att den kan extraheras av elektroden på ytan av det piezoelektriska keramiska elementet. Dessa laddningar förstärks av en spänningsförstärkare eller en laddningsförstärkare, och signalbehandlingen visar en bild som reflekterar ljudvågens vågform. Således fullföljs ljudtrycksmätningen i ultraljudsljudfältet på ett mycket enkelt sätt. Traditionella material som används för ultraljudsdetektering av ljudfält är piezoelektrisk keramik och PVDF (polyvinylidenfluorid).

Piezoelektrisk keramik har hög hårdhet och känslighet och kan motstå ett visst intervall av ljudtryck i HIFU-fältet vid låg effekt, men ljudintensiteten När den ökas bryts den piezoelektriska keramiken lätt, det linjära dynamiska området är litet och den akustiska impedansen är hög, så att hydrofonen har ett visst ljudfält mot det uppmätta ljudfältet. PVDF:s akustiska impedans ligger nära vattens akustiska impedans, och den har god akustisk impedansmatchning med vatten, mjuk textur, enkel bearbetning, stabila kemiska egenskaper, bred frekvensrespons och utmärkt linjäritet. Det dynamiska omfånget är större än för piezoelektriska keramiska hydrofoner. Därför används PVDF för närvarande i allmänhet för mätning. Det kan förbättra det ojämna frekvenssvaret som produceras av piezoelektrisk keramik och minska störningen av det uppmätta ljudfältet så länge som filmen är tillräckligt tunn. PVDF finns i både film- och nåltyper. Diametern på filmtypen är större än 5 cm, medan diametern på nålen är mindre än 1 mm, vilket lätt skadas i HIFU-ljudfältet.

Storleken på HIFU-fokalområdet är cirka 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Därför har PVDF nackdelen med låg rumslig upplösning, och den har kanteffekt, och volymen kan inte göras mycket liten. Temperaturbegränsning, depolarisering uppstår när temperaturen når 60 °C, återanvändningshastigheten är låg och hydrofonmätningen kräver en mekanisk metod för punkt-för-punkt-skanning, även om man skannar 10 × 10 cm plan, den snabbaste Det tar också några timmar, så det är att använda några enkla linjer för att beskriva hur ljudfältsfördelningen blir. 2002 använde han högfrekventa piezoelektriska keramiska ihåliga sfärer som hydrofoner, och det har unika fördelar när det gäller geometri, storlek och känslighet. Kulans diameter är 0,7 till 1 mm, resonansfrekvensen är 1,8 till 2,7 MHz, känsligheten är dubbelt så stor som hydrofonen och den har god stabilitet ultraljudsgivare piezokeramisk platta , och trycket är nål-typ hydrofon. enheten anses vara den idealiska sensorn för att mäta högintensiva ljudfält. 

År 2004 rapporteras det om en ny typ av membranvattenberedare för HIFU ljudfältsmätning, vilket indikerar att sensorn kan mäta ljudeffekt omedelbart i HIFU-behandling, vilket säkerställer korrekt leverans av energi under behandling, och strålkraftsmätning och vatten. Jämfört med mätningen av mottagaren är komponenterna hållbara och har liten inverkan på temperaturen. 2006 designade Zanelli och Howard en hydrofon som effektivt undviker kavitationsskador. Den piezoelektriska keramiken är placerad i en metallsköld för att ge en slät yttre yta som minimerar risken för kavitationskärna på ytan. Liten, i det avgasade avjoniserade vattnet, har ljudfältsmätningen av givaren med en frekvens på 1,50 MHz, en diameter på 100 mm och en brännvidd på 150 mm uppnått goda resultat. Det linjära dynamiska området för piezoelektrisk keramik är dock otillräckligt, vilket påverkar dess övre gräns för användning i HIFU-mätningar.