La position et la forme de la gamme focale sonore du transducteur hifu sphérique concave

Objectif à étudier les changements dans la forme et la position géométrique de la plage focale acoustique du concavetransducteur à ultrasons sphériquesLorsque l'intensité sonore est élevée et que le médium a une grande atténuation. Les méthodes du point de vue de l'acoustique physique, les effets de la non-linéarité et de l'atténuation des médias causés par une intensité sonore élevée sur la plage focale du son sont analysées, et l'algorithme de superposition linéaire de l'intégrale de Rayleigh est utilisé pour effectuer des calculs de simulation numérique. L'analyse théorique et le calcul numérique montrent qu'avec l'augmentation de l'intensité sonore et de l'atténuation moyenne, la position géométrique de la zone focale acoustique a une avance au niveau millimètre le long de l'axe acoustique dans le sens du transducteur; Dans le même temps, la zone focale acoustique de la forme est progressivement passée d'un ellipsoïde long symétrique à un ellipsoïde court avec une tête "graisse et une queue mince ".

Une intensité sonore élevée et une atténuation moyenne ont une influence importante sur la position et la forme de la région focale sonore du transducteur sphérique concave. Une pleine considération doit être accordée au positionnement précis et au contrôle de la dose de l'équipement HIFU, de la formulation des normes d'inspection et même de l'application clinique.

Mon pays a fait des percées remarquables dans le développement et l'application clinique de l'échographie focalisée à haute intensité (équipement échographique focalisé à haute intensité (HIFU)). Cependant, pour vraiment obtenir un contrôle précis du positionnement et de la dose de traitement sur l'équipement, afin que le traitement clinique puisse atteindre l'effet idéal de la mort efficace de la lésion sans endommager les tissus normaux environnants, il y a encore de nombreux problèmes théoriques et techniques qui doivent être étudiés et résolu en profondeur. Des études expérimentales domestiques et étrangères sur la formation des dommages de la HIFU dans les tissus biologiques ont montré qu'avec l'augmentation de l'intensité sonore, la position de la zone focale se déplace et passe progressivement d'un long ellipsoïde à une forme de tadpole " "Cone Shape ". Bien que ces dernières années, la littérature étrangère a fait quelques explications qualitatives pour le phénomène ci-dessus en résolvant numériquement l'équation de propagation des ondes acoustiques non linéaire (équation KZK), mais la procédure de calcul est compliquée et la relation physique dans le processus de calcul n'est pas claire. Pour cette raison, cet article prend l'exemple du transducteur de focalisation sphérique concave et discute du problème en étudiant l'influence de l'atténuation moyenne et des caractéristiques de propagation non linéaire sous une intensité sonore élevée sur la plage focale sonore.

Dans nos travaux précédents, sur la base de l'intégrale de la diffraction de Kirchhoff, nous avons dérivé l'expression de la pression sonore à tout moment du champ sonore à une seule fréquence sous la condition d'un champ sonore linéaire avec un concavetransducteur de focalisation sphériqueavec un rayonnement uniforme à la surface (également appelé les points de Rayleigh).

De l'analyse de la théorie de l'acoustique non linéaire, lorsque la pression acoustique de l'onde sinusoïdale à une seule fréquence rayonnée de la surface du transducteur dans le milieu est suffisamment grande, elle est appelée une \"onde d'amplitude finie \", qui propage une certaine distance dans le milieu (appelé la distance discontinue). ), la forme d'onde sera déformée en une onde en dents de scie, qui peut également être considérée comme une onde de choc. En plus de la fréquence fondamentale de l'émission d'origine, le spectre de fréquence de cette onde comprend également une série d'harmoniques plus élevées. Ils sont progressivement générés en absorbant en continu l'énergie à partir de l'onde fondamentale lors de la propagation des ondes sonores, c'est-à-dire les harmoniques tissulaires en médecine à ultrasons. Le coefficient d'amplitude peut être utilisé pour décrire la propagation des harmoniques d'ordre élevé avec la distance de propagation et la relation des changements d'énergie pendant la propagation.

L'onde en dents de scie forme une distance, donc σ est une quantité sans dimension reflétant la distance de propagation. Sur cette base, nous avons calculé la courbe du coefficient d'amplitude de l'onde fondamentale et les 3 premières harmoniques. Lorsque l'onde sonore se propage dans le milieu, la pression acoustique se désintègre de façon exponentielle avec la distance, qui peut être exprimée sous une forme. Pour les tissus mous généraux, le coefficient d'atténuation T M est à peu près proportionnel à la fréquence. Afin de simplifier le calcul, cet article exprime le coefficient d'atténuation de chaque composant harmonique comme lorsque α est le système d'atténuation sonore de l'onde sonore de fréquence fondamentale dans les tissus biologiques par unité de distance.

Il doit inclure l'absorption saine et la diffusion du tissu. Après avoir considéré les deux facteurs ci-dessus (non-linéarité et atténuation), l'expression de la pression sonore dans le champ sonore ciblé peut être étendue à la forme suivante: est le nombre d'ondes de chaque harmonique. Cette formule est ce que nous appelons l'algorithme de superposition linéaire de Rayleigh Integral.

Résultat:

1 L'influence de l'atténuation moyenne sur la gamme focale sonore

Les paramètres du transducteur sphérique concave de l'unité utilisé dans cet article sont: Rayon de courbure r = 15 cm, rayon d'ouverture A = 42 cm, fréquence de travail F = 1,7 MHz. En supposant que le milieu est des tissus mous généraux, son coefficient d'atténuation α se trouve dans la plage de ragoût de 01-30 dB (cm · mz). La vitesse du son, la densité et d'autres paramètres du médium sont prises en fonction de la littérature pertinente. Afin d'étudier le coefficient d'atténuation en tant que facteur d'influence unique, une seule fréquence, à savoir la fréquence fondamentale, doit être calculée et analysée pour la loi de changement du domaine de mise au point sonore avec différentes valeurs α. Pour cette raison, dans la formule (3), une série de calculs numériques a été effectuée en prenant m = 1. Les résultats montrent qu'avec l'augmentation de l'atténuation, c'est-à-dire lorsque α = 0,3, 13 et 23 dB (cm · MHz), la forme de la région focale acoustique -6 dB passe progressivement d'un long ellipsoïde à un ellipsoïde court, et sa axe long et axe court

2

Ils sont respectivement 111, 104 et 92. Position de la zone focale (position sur l'axe acoustique), les deux derniers sont respectivement de 30 mm et 65 mm devant les premiers le long de l'axe acoustique du transducteur. Dans le même temps, la tête de la zone focale (l'extrémité proche du transducteur) est plus "fat " que sa queue (l'extrémité loin du transducteur).

2 L'effet de la non-linéarité causé par une intensité sonore élevée sur la plage de focus sonore est la même, la pression sonore du rayonnement de surface est considérée comme un seul facteur, et ses valeurs sont respectivement de 44, 73, 4 MPa et α = 3db (CM · MHz). Étant donné que l'atténuation du milieu augmente rapidement avec l'augmentation de la fréquence harmonique, le nombre d'harmoniques n'a pas besoin d'être trop. Les résultats du calcul montrent que: à mesure que la pression sonore du rayonnement de surface augmente, la position et la forme de la zone focale changent contrairement au moment du coefficient d'atténuation, il est si grand, mais sa loi changeante est similaire. C'est-à-dire que les positions des deux dernières zones focales sont avancées respectivement de 16 mm et 21 mm; Le rapport de l'axe long et court de la zone focale 6 dB est respectivement de 119, 116 et 113, et la tête de la zone focale a également tendance à devenir "fat ".

3 L'effet combiné de l'atténuation et de la non-linéarité sur la plage focale du son

Les deux facteurs ci-dessus sont incorporés simultanément dans la formule (3) pour le calcul. La figure 3 (a) et la figure 3 (b) montrent respectivement que le ragoût α = 3DB (cm · MHz), P ′ 0 = 44MPA et α = 2,3 dB (cm · MHz), P ′ 0 = 44MPA

Lorsque l'on considère l'atténuation et les effets non linéaires en même temps, le contour de la ligne de pression ISO-Sound dans la zone focale est le résultat du calcul de la figure. Par rapport aux deux, la position de la zone focale a progressé de 8,4 mm, et le rapport des axes majeurs et mineurs de la zone focale est passé de 11,9 à 8,5. Il montre que la tendance du changement de la zone focale causée par le coefficient d'atténuation et la non-linéarité est la même, donc l'effet global est renforcé.

en conclusion

L'analyse théorique et les résultats de calcul dans cet article montrent qu'une intensité sonore élevée et une atténuation moyenne ont une influence importante sur la forme et la position de la zone focale du son; Plus le coefficient d'atténuation du milieu est élevé, plus l'intensité sonore est élevée (c'est-à-dire, plus la non-linéarité est forte, et plus la mise au point, plus le champ est proche du transducteur; Le rapport des axes longs et courts du champ focal devient également plus petit, c'est-à-dire que sa forme passe progressivement d'un ellipsoïde long à un ellipsoïde court, et la tête de la zone de mise au point sonore devient "fat " que la queue. Phénomène, la forme a tendance à être \"carrot \". Les conclusions ci-dessus fournissent une base pour analyser quantitativement la loi sur le changement du domaine de mise au point solide duCéramique piézo hifuchamp, et étudiez davantage la relation entre la zone de mise au point sonore et la zone de dégâts.