研究背景聚焦超聲換能器是HIFU（High Intensity Focused Ultrasound）治療設(shè)備的核心部件,該部件的材料、聚焦方式、頻率、形狀結(jié)構(gòu)以及其他性能參數(shù)都會直接影響換能器的聲焦域形態(tài),從而影響治療精度。在以往的研究中,多是基于球面自聚焦,聲透鏡聚焦,多元組合式聚焦以及電子相控陣聚焦4種聚焦方式的行波聚焦超聲換能器。這幾種形式的聚焦超聲換能器形成的-6dB聲焦域尺寸較大,焦域整體為雪茄形狀,通常焦域長軸大于6個(gè)波長,長軸與短軸的比值大于3,焦點(diǎn)能量較為分散,使得聚焦精度較低,不能有效的避免正常組織損傷。而聲場中駐波的存在可以有效降低聚焦超聲換能器焦域的長軸與短軸的比值,獲得更小的焦域體積,使超聲能量更為集中,甚至能夠使焦域尺寸達(dá)到亞波長尺度。因此,本課題設(shè)計(jì)一種可以改變焦域形態(tài),尤其是改變長軸與短軸之比的行波駐波組合式聚焦超聲換能器,研究在不同結(jié)構(gòu)尺寸下聲場的變化規(guī)律,以此尋找換能器最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。目的為了準(zhǔn)確設(shè)計(jì)和優(yōu)化能夠改善焦域形態(tài)的聚焦超聲換能器,以鼓形駐波換能器為基礎(chǔ),研究換能器在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下聲壓分布以及焦域形態(tài)隨之的變化規(guī)律。確定改善焦域形態(tài),縮短長... 

【文章來源】：重慶醫(yī)科大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

聚焦聲場示意圖

18開口直徑。凹球面的頂點(diǎn)為原點(diǎn)O，過原點(diǎn)O和凹球面的幾何中心S的線將其作為Z軸，是換能器的聲軸。垂直于Z軸的方向是徑向方向，稱作R軸。圖1.2換能器中心截面聲場計(jì)算簡圖，a）軸向聲場，b）徑向聲場Fig.1.2Schematicdiagramofacousticfieldcalculationforthecentralsectionofthetransducer,a)theaxialacousticfield,b)theradialacousticfield根據(jù)建立的凹球面換能器聲場的坐標(biāo)系，輻射面的面元可以表示為sinrdddSθθ2=（2）其中是換能器上任意一點(diǎn)Q’和原點(diǎn)O連成的直線與中心截面的夾角，當(dāng)任意一點(diǎn)為一個(gè)圓環(huán)時(shí)，可用2π表示。θ為換能器上任意一點(diǎn)Q’和球心點(diǎn)S的連線與Z軸的夾角，則凹球面換能器聲場任意場點(diǎn)Q處的聲壓均可表示為θθρθπθθddrRevfjrPQQjkRnQQsin,220""21）（=（3）其中1θ為中心孔直徑邊緣點(diǎn)和球心點(diǎn)S的連線與Z軸形成的夾角，2θ為換能器開口直徑邊緣點(diǎn)和球心點(diǎn)S的連線與Z軸形成的夾角。在這里，由于聲場中最關(guān)心的軸上的聲壓，所以在這里可以簡化計(jì)算，視聲場中點(diǎn)Q是在Z軸和R’軸中的任意一點(diǎn)，這樣可以得到簡化后的Q到Q’的距離QQ"R[43-44],在圖1.2a）和b）分別顯示。對于凹球面換能器聲軸方向聲場理論計(jì)算，可以假設(shè)點(diǎn)Q在Z軸上的坐標(biāo)為

20同前可得Q點(diǎn)聲壓P的瑞利積分為：θθρπθθddRrfvjPQQjkRQQ′′=20)(20esin21（12）對于上式，通過數(shù)值積分求解，得到的是一個(gè)復(fù)數(shù)聲壓值，需要再取模，即可得到其壓力幅值P。由式(1)、(3)可知，表面壓力0P可表示為00=fvjPρ（13）式(8)（9）(12)為利用瑞利積分建立的凹球面換能器聲場計(jì)算公式，可計(jì)算出換能器聲場中軸上場點(diǎn)Q的聲壓。考慮到測量換能器輻射面振動(dòng)速度分布函數(shù)的方法有限，根據(jù)式(9)給出歸一化聲壓。由式(9)可知，軸上任意一場點(diǎn)Q處的歸一化聲壓均可表示為geopPP,r）（θ=（14）1.2鼓形聚焦換能器聲場理論計(jì)算兩列沿相反方向傳播的振幅相同、頻率相同的行波疊加時(shí)就會形成駐波。若超聲波在一個(gè)空間中來回反射，于是反射回來的波與后面?zhèn)鱽淼某暡ň蜁l(fā)生干涉，形成穩(wěn)定的駐波場，各處的振幅穩(wěn)定不變，振幅為零的地方叫波節(jié)，振幅最大的地方叫波腹，相鄰波腹或相鄰波節(jié)之間的間距為半個(gè)波長。圖1.3鼓形換能器簡圖，a)水平放置視圖b)豎立放置視圖Fig.1.3Schematicdiagramofdrumtransducer,a)horizontalplacementview,b)verticalplacementview

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]雙頻高強(qiáng)度聚焦超聲換能器應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 劉歡,李發(fā)琪.  聲學(xué)技術(shù). 2018(03)
[2]鼓形超聲換能器的設(shè)計(jì)與仿真分析[J]. 岳帥,郭毅軍,冉鵬,鄧杰文,陳巧.  電子世界. 2018(05)
[3]凹球面環(huán)形換能器的聲場特性[J]. 陳慶春.  齊魯工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(06)
[4]球形腔聚焦換能器的非線性聲場建模[J]. 耿昊,邱媛媛,章東.  聲學(xué)學(xué)報(bào). 2014(03)
[5]HIFU技術(shù)中聚焦超聲換能器的研究[J]. 蔡春芳.  大眾科技. 2010(10)
[6]一種改進(jìn)多焦點(diǎn)聲場模式聲場設(shè)計(jì)的方法[J]. 向軍,王華,曾德平,李悅新,陳偉,鐘珊珊.  壓電與聲光. 2010(04)
[7]高強(qiáng)度聚焦超聲換能器[J]. 付麗媛,李發(fā)琪.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2009(03)
[8]基于瑞利積分疊加法的聚焦換能器聲場特性研究[J]. 程建政,周玉祿,毛彥欣,張德俊.  計(jì)算物理. 2008(04)
[9]高強(qiáng)度聚焦超聲在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的新進(jìn)展[J]. 姬艷紅,李全祿,楊瑛,張晴,楊林枝.  中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志. 2008(04)
[10]凹球殼形聚焦超聲換能器的數(shù)值模擬分析[J]. 張小麗.  商洛學(xué)院學(xué)報(bào). 2008(02)

碩士論文
[1]陣列解析式超聲聚焦換能器的研制[D]. 劉興奇.北京工業(yè)大學(xué) 2014
[2]64陣元相控?fù)Q能器聲壓場的數(shù)值仿真研究[D]. 周文征.天津醫(yī)科大學(xué) 2014
[3]自聚焦超聲典型生物學(xué)效應(yīng)及系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究[D]. Pranima Maharjan.上海交通大學(xué) 2013



本文編號：3534520