загальний метод HIFU для тестування звукового поля

Радіаційний метод є добре відомим методом вимірювання, який зосереджується на вимірюванні площини п'єзоелектричні керамічні зсувні пластини в рідині. У 1987 році Бейснер вивів формулу розрахунку сили випромінювання на повністю поглинену мішень у сфокусованому ультразвуковому звуковому полі за припущенням, що геометрична акустика, недифракційне високочастотне обмеження та спрямованість дальнього поля є прямокутними функціями, коли кут ≤ 30 ° відхилення становить менше 0,8%. У 1998 році він застосував геометричний акустичний метод, щоб отримати загальну формулу сили випромінювання сфокусованого ультразвуку на тестовій мішені, обговорив силу випромінювання на мішені повного відбиття та мішені повного поглинання, і провів експеримент, який підтвердив, що відхилення потужності звуку, виміряної за допомогою вимірювання потужності ультразвуку 1,6 МГц і методом калориметрії, становило не більше 3%. У 2005 році Шоу з Національної фізичної лабораторії Сполученого Королівства використав інтеграли Релея та експерименти, щоб перевірити справедливість загальної формули. Результати були досить послідовними. У 2003 році він виміряв напругу анодного підсилювача потужності схеми приводу перетворювача HIFU за допомогою методу водяного стовпа на основі випромінювання (вода вимірює тиск акустичного випромінювання або щільність акустичної енергії в точці вимірювання шляхом вимірювання висоти стовпа рідини в тонкій трубці).

Інтенсивність звукового поля від 200 В до 2600 В вказує на те, що метод водяного стовпа може збільшити діапазон вимірювання звукового поля до 2000 Вт/см 2 , але коли напруга підвищується до певного рівня (2600 В), потужність звуку є занадто великою, і у воді виникне значна кавітація. Група бульбашок заважає звуковому полю, роблячи вимірювану потужність звуку значно нестабільною та демонструючи тенденцію до насичення. У 2004 та 2005 роках Китай прийняв національний стандарт «акустичного високоінтенсивного сфокусованого ультразвуку та вимірювання характеристик звукового поля» та галузеві стандарти «системи лікування високоінтенсивним сфокусованим ультразвуком (H IFU), які зосереджені на характеристиках ультразвуку та ультразвуку. Основна ідея та метод вимірювання потужності полягає в тому, щоб знайти положення фокусу звукового тиску методом тривимірного сканування гідрофона, сканувати та виміряти сфокусоване звукове поле, обчислити геометричні параметри фокусної плями, а потім перетворювач п'єзоелектричних керамічних пластин безпосередньо вимірює звуковий тиск на повній потужності при фокусуванні. Для стандарту рекомендовані гідрофони та методи випромінювання.

2 гідрофонне виявлення

Гідрофон - це перетворювач, який перетворює сигнал звукового тиску під водою в електричний сигнал. Коли тиск (акустичні збурення) на п’єзоелектричний матеріал змінюється, розподіл заряду всередині п’єзоелектричного матеріалу змінюється пропорційно та відображається у вигляді сигналу напруги, тому його можна витягнути електродом на поверхні п’єзоелектричного керамічного елемента. Ці заряди посилюються підсилювачем напруги або підсилювачем заряду, а обробка сигналу відображає зображення, яке відображає форму звукової хвилі. Таким чином, вимірювання звукового тиску в ультразвуковому полі виконується дуже простим способом. Традиційними матеріалами, що використовуються для виявлення ультразвукового звукового поля, є п’єзоелектрична кераміка та PVDF (полівініліденфторид).

П’єзоелектрична кераміка має високу твердість і чутливість і може витримувати певний діапазон звукового тиску в полі HIFU при низькій потужності, але при збільшенні інтенсивності звуку п’єзоелектрична кераміка легко ламається, лінійний динамічний діапазон малий, а акустичний опір високий, тому гідрофон має певні перешкоди для виміряного звукового поля. Акустичний опір PVDF близький до акустичного опору води, він має хороший акустичний опір, що відповідає воді, м’яку текстуру, легку обробку, стабільні хімічні властивості, широку частотну характеристику та відмінну лінійність. Динамічний діапазон більший, ніж у п'єзоелектричних керамічних гідрофонів. Тому PVDF в даний час зазвичай використовується для вимірювання. Це може покращити нерівномірну частотну характеристику, створювану п’єзоелектричною керамікою, і зменшити перешкоди для вимірюваного звукового поля, якщо плівка досить тонка. ПВДФ доступний у вигляді плівки та голки. Діаметр типу плівки перевищує 5 см, тоді як діаметр голки менше 1 мм, яку легко пошкодити в звуковому полі HIFU.

Розмір фокусної області HIFU становить приблизно 1,1 мм × 2,1 мм × 3,2 мм. Таким чином, PVDF має недолік низької просторової роздільної здатності, і він має крайовий ефект, і обсяг не може бути дуже маленьким. Обмеження температури, деполяризація відбувається, коли температура досягає 60 °C, рівень повторного використання низький, а вимірювання гідрофоном вимагає механічного методу для точкового сканування, навіть якщо сканування площини 10 × 10 см, найшвидше Це також займає кілька годин, тому використання кількох простих рядків для опису розподілу звукового поля стає неминучим. У 2002 році він використав високочастотні п’єзоелектричні керамічні порожнисті сфери як гідрофони, і вони мають унікальні переваги з точки зору геометрії, розміру та чутливості. Діаметр кулі становить від 0,7 до 1 мм, резонансна частота від 1,8 до 2,7 МГц, чутливість у два рази більша, ніж у гідрофону, і має хорошу стабільність. Ультразвуковий перетворювач - п'єзокерамічна пластина , а тиск - гідрофон голчастого типу. пристрій вважається ідеальним датчиком для вимірювання звукових полів високої інтенсивності. 

У 2004 році повідомляється про новий тип мембранного водонагрівача для вимірювання звукового поля HIFU, що вказує на те, що датчик може вимірювати потужність звуку відразу під час лікування HIFU, забезпечуючи таким чином точну доставку енергії під час лікування та вимірювання сили випромінювання та води. У порівнянні з вимірюванням приймача, компоненти довговічні та мають невеликий вплив на температуру. У 2006 році Занеллі та Ховард розробили гідрофон, який ефективно запобігає кавітаційним пошкодженням. П’єзоелектрична кераміка поміщена в металевий екран, щоб забезпечити гладку зовнішню поверхню, яка мінімізує можливість появи ядра кавітації на поверхні. Невелике, у дегазованій деіонізованій воді, вимірювання звукового поля перетворювача з частотою 1,50 МГц, діаметром 100 мм і фокусною відстанню 150 мм досягло хороших результатів. Однак лінійний динамічний діапазон п’єзоелектричної кераміки є недостатнім, що впливає на її верхню межу для використання в вимірюваннях HIFU.