A posição e a forma da faixa focal sonora do transdutor hifu esférico côncavo

Objetivo estudar as mudanças na forma e posição geométrica da faixa focal acústica do côncavotransdutor ultra-sônico esféricoQuando a intensidade do som é alta e o meio tem uma grande atenuação. Métodos da perspectiva de acústica física, os efeitos da não-linearidade e a atenuação da mídia causados ​​pela alta intensidade sonora na faixa focal sonora são analisadas, e o algoritmo de superposição linear de Rayleigh Integral é usado para realizar cálculos de simulação numérica. Tanto a análise teórica quanto o cálculo numérico mostram que, com o aumento da intensidade sonora e da atenuação média, a posição geométrica da zona focal acústica tem um avanço de nível de milímetro ao longo do eixo acústico na direção do transdutor; Ao mesmo tempo, a zona focal acústica a forma mudou gradualmente a partir de um elipsoid longo simétrico para um elipsóide curto com uma cabeça de gordura e cauda fina \".

Alta intensidade de som e atenuação média têm uma influência importante na posição e forma da região focal sonora do transdutor esférico côncavo. Consideração total deve ser dada ao posicionamento preciso e controle de dose de equipamentos HIFU, a formulação de padrões de inspeção e até mesmo a aplicação clínica.

Meu país fez notáveis ​​avanços no desenvolvimento e aplicação clínica de ultra-som focado de alta intensidade (equipamentos de ultra-som focados em alta intensidade (HIFU). No entanto, para realmente alcançar o controle de dose de posicionamento e tratamento precisos no equipamento, para que o tratamento clínico possa alcançar o efeito ideal de matar efetivamente a lesão sem danificar os tecidos normais envolventes, ainda há muitas questões teóricas e técnicas que precisam ser estudadas e resolvido em profundidade. Estudos experimentais domésticos e estrangeiros sobre a formação de danos causados ​​pelo HIFU em tecidos biológicos mostraram que, com o aumento da intensidade sólida, a posição da zona focal avança e, gradualmente, altera de um longo elipsoid para uma forma de \"forma \" ou um \"formato de cone\". Embora nos últimos anos, a literatura estrangeira fez algumas explicações qualitativas para o fenômeno acima, resolvendo numericamente a equação de propagação acústica não-linear (equação KZK), mas o procedimento de cálculo é complicado e a relação física no processo de cálculo não é clara. Por esta razão, este artigo leva o transdutor de focagem esférico côncavo como exemplo, e discute o problema estudando a influência da atenuação média e as características de propagação não linear sob alta intensidade sonora na faixa focal sonora.

Em nosso trabalho anterior, com base na integral da difração de Kirchhoff, derivamos a expressão da pressão sonora em qualquer ponto no campo de som de frequência única sob a condição de um campo de som linear com um côncavotransdutor de foco esféricocom radiação uniforme na superfície (também pediu pontos de rayleigh).

A partir da análise da teoria acústica não linear, quando a pressão sólida da onda senoidal de frequência única irradiada da superfície do transdutor para o meio é grande o suficiente, é chamado de \"onda de amplitude finita \", que propaga uma certa distância no meio (chamado a distância descontínua). ), a forma de onda será distorcida em uma onda Sawtooth, que também pode ser considerada uma onda de choque. Além da frequência fundamental da emissão original, o espectro de frequência dessa onda também inclui uma série de harmônicos mais altos. Eles são gradualmente gerados por energia continuamente absorvendo a onda fundamental durante a propagação de ondas sonoras, isto é, os harmônicos teciduais em medicina ultra-som. O coeficiente de amplitude pode ser usado para descrever a propagação de harmônicos de alta ordem com a distância de propagação e a relação de mudanças de energia durante a propagação.

A onda SawTooth forma uma distância, então σ é uma quantidade inflexível refletindo a distância de propagação. Com base nisso, calculamos a curva do coeficiente de amplitude da onda fundamental e os 3 primeiros harmônicos. Quando a onda sonora se propaga no meio, a pressão sonora decai exponencialmente com a distância, que pode ser expressa em um formulário. Para tecidos suaves em geral, o coeficiente de atenuação é aproximadamente proporcional à frequência. A fim de simplificar o cálculo, este artigo expressa o coeficiente de atenuação de cada componente harmônico como onde α é o sistema de atenuação de som da onda de som de freqüência fundamental em tecidos biológicos por distância.

Deve incluir a absorção sonora e dispersão do tecido. Depois de considerar os dois fatores acima (não linearidade e atenuação), a expressão da pressão sonora no campo de som focado pode ser estendida para o seguinte formulário: é o número de onda de cada harmônico. Esta fórmula é o que chamamos de algoritmo de superposição linear de Rayleigh Integral.

Resultado:

1 A influência da atenuação média na faixa focal sonora

Os parâmetros do transdutor esférico côncavo utilizado neste artigo são: raio de curvatura r = 15 cm, raio de abertura a = 42 cm, freqüência de trabalho f = 1,7 mhz. Assumindo que o meio é tecido mole geral, o seu coeficiente de atenuação α está na faixa de ensopado de 01-30dB (cm · mz). A velocidade do som, a densidade e outros parâmetros do meio são tomadas de acordo com a literatura relevante. A fim de estudar o coeficiente de atenuação como um único fator de influência, apenas uma única frequência, nomeadamente a frequência fundamental, precisa ser calculada e analisada para a lei de mudança do domínio de foco sólido com diferentes valores α. Por esta razão, na fórmula (3), uma série de cálculos numéricos foi realizada tomando m = 1. Os resultados mostram que, com o aumento da atenuação, ou seja, quando α = 0,3, 13 e 23db guisado (cm · MHz), a forma da região focal acústica -6DB gradualmente muda de um longo elipsoídeo para um elipsoid curto e Axis longo1 e curto eixo curto

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Eles são 111, 104 e 92, respectivamente. A posição da zona focal (posição no eixo acústico), os dois últimos são, respectivamente, 30 mm e 65mm à frente do primeiro ao longo do eixo acústico do transdutor. Ao mesmo tempo, a cabeça da zona focal (o fim próximo do transdutor) é mais\"gordo\" do que a cauda (o fim longe do transdutor).

2 O efeito da não linearidade causada por alta intensidade sonora na faixa de foco sólido é a mesma, a pressão sonora de radiação de superfície é considerada como um único fator, e seus valores são respectivamente 44, 73, 4 MPa e guisado α = 3DB (cm · MHz). Considerando que a atenuação do meio aumenta rapidamente com o aumento da frequência harmônica, o número de harmônicos não precisa ser demais. Os resultados do cálculo mostram que: como a pressão sonora de radiação superficial aumenta, a posição e a forma da mudança da zona focal ao contrário de quando o coeficiente de atenuação muda é tão grande, mas sua lei muda é semelhante. Isto é, as posições das duas últimas áreas focais são movidas por 16 mm e 21mm, respectivamente; A proporção do eixo longo e curto da área focal 6dB é de 119, 116 e 113, respectivamente, e a cabeça da área focal também tem uma tendência a se tornar \"gordura \".

3 O efeito combinado da atenuação e não-linearidade na faixa focal sonora

Os dois fatores acima são simultaneamente incorporados em fórmula (3) para cálculo. A Figura 3 (a) e a Figura 3 (b) mostram respectivamente que α = 3DB guisado (cm · MHz), p '0 = 44mpa e α = 2.3db guisado (cm · MHz), p' 0 = 44mpa

Ao considerar a atenuação e os efeitos não lineares ao mesmo tempo, o contorno da linha de pressão ISO-Sound na zona focal é o resultado do cálculo na figura. Em comparação com os dois, a posição da zona focal avançou por 8,4 mm, e a proporção dos eixos principais e menores da zona focal mudou de 11,9 para 8,5. Isso mostra que a tendência de mudança da zona focal causada pelo coeficiente de atenuação e não linearidade é a mesma, para que o efeito geral seja fortalecido.

para concluir

A análise teórica e o cálculo resulta neste documento mostram que a alta intensidade sonora e a atenuação média têm uma influência importante na forma e posição da zona focal sonora; Quanto maior o coeficiente de atenuação do meio, maior a intensidade sólida (isto é, mais forte a não-linearidade), e o som foco mais perto do campo é para o transdutor; A proporção dos eixos longos e curtos do campo focal também se torna menor, isto é, sua forma gradualmente muda de um longo elipsoídeo para um elipsoid curto, e a cabeça da área de foco sólido torna-se \"gordo\" do que a cauda. Fenômeno, a forma tende a ser \"cenoura \". As conclusões acima fornecem uma base para analisar quantitativamente a lei de mudança da área de foco sólido doCerâmica de Hifu Piezo.campo, e estudar ainda mais a relação entre a área de foco de som e a área de dano.