專利名稱：測量高強度聚焦超聲功率的吸收靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于測量超聲功率高達(dá)千瓦以上的吸收靶，尤其是用于測 量高強度聚焦超聲(HIFU)功率達(dá)千瓦以上的吸收靶。
技術(shù)背景 高強度聚焦超聲(HIFU)主要用于惡性腫瘤治療。其臨床有諸多特色可實 現(xiàn)無創(chuàng)或微創(chuàng)外科理念；對乏氧腫瘤細(xì)胞有更敏感的殺傷性；對增生性和非增生性腫瘤 (肝、腎腫瘤等)治療的無差異性以及可誘發(fā)肌體對腫瘤的特異性免疫反應(yīng)等優(yōu)點。然而 現(xiàn)有HIFU在治療深部腫瘤、肋下肝腫瘤和大體積腫瘤時所遇到的瓶頸性困難并非HIFU 難以獲得很高的聚焦聲強。例如當(dāng)HIFU取工作頻率f= 1.5MHz時，為獲得自由聲場中 焦點聲強IFFl5000W/Cm2，只需聲功率Paf150(W)。然而由于人體組織天然的導(dǎo)熱性 和血供，導(dǎo)致靶區(qū)在HIFU加熱的過程也同步散熱，根據(jù)人體平均軟組織已知聲學(xué)、生物 物理學(xué)參數(shù)，不難判知(實驗與計算機模擬)上述HIFU能有效治療的皮下平均軟組織病 灶的最大深度(最大焦皮距)僅約數(shù)厘米。而且治療速率很低，即使只是中等大小的病 灶，治療時間之長也令人難以接受。研究在適當(dāng)?shù)念l率下能可靠發(fā)射千瓦級、具有優(yōu)勢 聚焦特性的HIFU，是其能否真正實現(xiàn)“一次性無創(chuàng)外科”理念的一個關(guān)鍵，從而使千瓦 級超聲功率的測量成為研發(fā)、生產(chǎn)、實際使用和診測維修高強度聚焦超聲(HIFU)裝備必 不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。南京?？酸t(yī)療設(shè)備有限公司曾參考有關(guān)文獻，曾經(jīng)以金屬為材質(zhì)設(shè) 計了一種可用于測量千瓦級HIFU聲功率的凹錐形反射靶。實驗證明此類反射靶無法使 不同物理結(jié)構(gòu)的HIFU換能器發(fā)射的聲束均能滿足必要的靶的縱、橫波全內(nèi)反射條件，由 其測量獲得的聲輻射力用于計算輻射源聲功率，可信度必然存在問題。目前國內(nèi)外用于大功率高強度聚焦超聲功率的通常方法多是采取測量作用于吸 收靶法向輻射力以求得聲源所發(fā)射的聲功率，我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19890-2005)所推薦 的方法也不例外。但目前能夠?qū)嵱玫闹挥锌蓽y量百瓦級聲功率的吸收靶，無法滿足HIFU 的現(xiàn)狀及發(fā)展需求。

實用新型內(nèi)容本實用新型目的在于針對目前測量高強度聚焦超聲(HIFU)設(shè)備的吸收靶存在 的測量聲功率上限太低缺陷，提供一種能測量高強度聚焦超聲功率達(dá)千瓦級的吸收靶。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種測量高強度聚焦超聲功率的吸收靶，其 特征在于包括容器以及浸沒在液體介質(zhì)中的群錐靶，其中，群錐靶由幾何形狀相同的 基本單元組成，基本單元上部為棱錐體，下部為相應(yīng)的棱柱形底座，棱錐體各側(cè)面的頂 點匯集于該棱柱形底座中垂線形成錐頂，棱錐體和底座的截面為正方形或正三角形，或 正六邊形；基本單元的底座在容器內(nèi)的底部無縫緊密排列，入射群錐靶的聲波至少經(jīng)過 兩次反射或散射才有可能逸出群錐靶外的空間；吸收靶基本單元體內(nèi)密布有開放性微孔。
3[0007]在本實用新型中制作基本單元的基材為含有開放性微孔的無機固體材料；制 作容器的基材采用導(dǎo)熱率較高的無機固體材料。在本實用新型中制作基本單元的基材為市場采購的無機固體材料，或采用特 制的單質(zhì)或復(fù)合質(zhì)含有開放性微孔的無機固體材料，優(yōu)選磚，或含有開放性微孔的石， 或含有開放性微孔的巖，或石墨；制作容器的基材優(yōu)選金屬，或玻璃。在本實用新型中吸收靶使用的液體介質(zhì)為去氣水，基本單元的棱柱形底座 的高度應(yīng)該滿足聲衰減> 20dB ；群錐靶的總體底面最小尺寸至少應(yīng)該大于所需截獲 的-26dB聲速寬度的1.5倍以上。本實用新型的優(yōu)點在于由于采用群錐靶，具有可輕易獲得反射系數(shù)低 于_30dB的優(yōu)良物理特征，由于因其所用基材為無機固體材料，優(yōu)選磚，或含有開放性 微孔的石，或含有開放性微孔的巖，或石墨，具有高比熱、低溫升率、低膨脹率、大劑 量聲照射不輻解不變性等特質(zhì)，從而可用于測量千瓦級聚焦超聲功率，且性能穩(wěn)定、使 用壽命長。

圖1是本實用新型群錐靶基本單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是群錐靶基本單元的幾種截面幾何形狀示意圖；圖3是本實用新型實施的群錐靶結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是利用本實用新型對HIFU換能器進行測量的輻射力聲功率天平測量系統(tǒng)。圖中1、基本單元，2、容器，3、棱錐體，4、棱柱形底座，5、群錐靶，6、 換能器，7、配重電子天平，8、超聲功率吸收板，9、超聲射頻源，10、頻率計。附圖非限制性地公開了本實用新型實施例的基本結(jié)構(gòu)示意圖，
以下結(jié)合附圖對 本實用新型的實施例作進一步說明。由圖1可見本發(fā)明中群錐靶基本單元1的上部為棱錐體3，下部為棱柱形底座 4。由圖2可見，基本單元1的截面為a:正方形，或b:正三角形，或c:正六邊形， 群錐靶總體底面的最小尺寸(Wmin)至少為截獲_26dB聲速寬度的1.5倍，棱柱形底座4 的高度應(yīng)滿足聲衰減> 20dB ；棱錐體3各側(cè)面的頂點匯集于該基本單元1底面的中垂線 中心形成錐頂?；締卧?體內(nèi)密布有開放性微孔。由圖3可見，各基本單元1的棱柱形底座4在矩形容器2中無縫緊密排列，形成 群錐靶；入射群錐靶的聲束自錐頂至錐底至少需要在群錐靶內(nèi)反(散)射2次以上才能返 回靶外空間。具體實施時，基本單元1應(yīng)采用與吸收靶使用的液體介質(zhì)間聲壓反射系數(shù)小， 且導(dǎo)熱率高的無機固體材料制作，例如；矩形容器應(yīng)該采用無機且導(dǎo)熱率較高的固體材 料制作。實施例1群錐靶的結(jié)構(gòu)和使用條件制作群錐靶基本單元的無機固體材料選擇宜興市圣德熱陶瓷有限公司生產(chǎn)的 莫來石06磚(耐火磚)。群錐靶基本單元的底座高25mm，其橫截面是邊長為16mm的正方形，棱錐形靶頂?shù)降鬃媳砻娴母叨葹?0mm。制作矩形容器無機固體材料選用玻璃。容器的容積為 256mm X 256mm X 60mm (長 X 寬 X 深)。矩形容器中無縫緊密排列16 X 16 (行、列)個基本單元。本吸收靶使用狀態(tài)液體介質(zhì)為去氣水；可測量最大聲功率不低于3000W。其方法是測試前，先將群錐靶5置于液體介質(zhì)中，在真空狀態(tài)下，排除群錐 靶5中微孔內(nèi)的空氣，使群錐靶5各基本單元體內(nèi)密布的開放性微孔中充滿液體介質(zhì)。測量超聲輻射力裝置如圖4所示，超聲源應(yīng)該固定在精密三維運動平臺，同時 由配重電子天平7通過杠桿機構(gòu)將吸收靶被懸吊在換能器6下方，其超聲源聲束軸應(yīng)與吸 收靶重垂線平行。此外，測量超聲輻射力裝置的四周內(nèi)壁上還應(yīng)該設(shè)置超聲功率吸收板 8。為了避免非線性和聲流等對輻射力測量的影響，吸收靶的軸向位置應(yīng)設(shè)置在偏離聲焦 點靠近聲源處。吸收靶底平面應(yīng)垂直于聲束軸，靶心對準(zhǔn)聲束軸，與換能器6或換能器 6的表面中心的距離不大于0.7倍聲壓焦距為宜。測量前吸收靶應(yīng)浸泡在脫氣水中真空脫 氣30min以上，儀器預(yù)熱15min以上。為減少熱漂移的影響，應(yīng)測量施加聲壓時與中斷超聲時配重電子天平7示值的 短時(2 4S)穩(wěn)定值，二者之差即為群錐靶5所受的法向輻射力F與重力加速度g的比 值m,單位kg ο采用杠桿機構(gòu)時，配重電子天平7測得的力應(yīng)通過校準(zhǔn)力臂比，換算成實際的 吸收靶所受的力。測量中應(yīng)隨時觀察群錐靶5和換能器6表面，及時清除表面出現(xiàn)的小氣泡。超聲功率的計算(忽略去氣水介質(zhì)的聲衰減影響)聲源為中心開圓孔的球臺型聚焦單元換能器的聲功率計算P = FC n ................................. (C.l)
COS βχ + COS P1式中P——聲功率，單位為(W)；C——水的聲速，單位為(m/s)；F吸收靶所受的法向輻射力，單位為(N)；β,球臺型聚焦換能器的外孔徑半會聚角，單位為(° )；β2球臺型聚焦換能器的中心內(nèi)孔徑半會聚角，單位為(° )。若聲源為無中心孔的球冠型聚焦單元換能器，式C.1也適用，只是此時COS β 2 = 1。以上實施例不是對本發(fā)明的具體限制，尤其是吸收靶中群錐靶5的材料為市場 采購的無機固體材料，或采用特制的單質(zhì)或復(fù)合質(zhì)含有開放性微孔的無機固體材料，優(yōu) 選磚，或含有開放性微孔的石，或含有開放性微孔的巖，或石墨；制作容器的基材優(yōu)選 金屬，或玻璃。
權(quán)利要求1.一種測量高強度聚焦超聲功率的吸收靶，其特征在于包括容器以及浸沒在液體 介質(zhì)中的群錐靶，其中，群錐靶由幾何形狀相同的基本單元組成，基本單元上部為棱錐 體，下部為相應(yīng)的棱柱形底座，棱錐體各側(cè)面的頂點匯集于該棱柱形底座中垂線形成錐 頂，棱錐體和底座的截面為正方形或正三角形，或正六邊形；基本單元的底座在容器內(nèi) 的底部無縫緊密排列，入射群錐靶的聲波至少經(jīng)過兩次反射或散射才有可能逸出群錐靶 外的空間；吸收靶基本單元體內(nèi)密布有開放性微孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量高強度聚焦超聲功率的吸收靶，其特征在于制作基 本單元的基材為含有開放性微孔的無機固體材料；制作容器的基材采用導(dǎo)熱率較高的無 機固體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量高強度聚焦超聲功率的吸收靶，其特征在于制作基 本單元的基材為市場采購的無機固體材料，或采用單質(zhì)或復(fù)合質(zhì)含有開放性微孔的無機 固體材料；制作容器的基材優(yōu)選金屬，或玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量高強度聚焦超聲功率的吸收靶，其特征在于所述的 含有開放性微孔的無機固體材料是指磚，或含有開放性微孔的石，或含有開放性微孔的 巖，或石墨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的測量高強度聚焦超聲功率的吸收靶，其特征 在于吸收靶使用的液體介質(zhì)為水，基本單元的棱柱形底座的高度應(yīng)該滿足聲衰減> 20dB ；群錐靶的總體底面最小尺寸至少應(yīng)該大于所需截獲的_26dB聲速寬度的1.5倍以 上。
專利摘要本實用新型涉及一種測量高強度聚焦超聲功率的吸收靶，包括容器及群錐靶，群錐靶由幾何形狀相同的基本單元組成，基本單元上部為棱錐體，下部為棱柱形底座，棱錐體各側(cè)面的頂點匯集于該棱柱形底座中垂線形成錐頂，棱錐體和底座的截面為正方形或正三角形，或正六邊形；基本單元的底座在容器內(nèi)的底部無縫緊密排列，入射群錐靶的聲波至少經(jīng)過兩次反射或散射才有可能逸出群錐靶外的空間；吸收靶基本單元體內(nèi)密布有開放性微孔。其優(yōu)點是群錐靶具有可輕易獲得反射系數(shù)低于-30dB的優(yōu)良物理特征，所用基材具有高比熱、低溫升率、低膨脹率、大劑量聲照射不輻解不變性等特質(zhì)，從而可用于測量千瓦級聚焦超聲功率，且性能穩(wěn)定、使用壽命長。
文檔編號G01H3/12GK201803790SQ20102012025
公開日2011年4月20日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者劉可凡, 熊國干, 賴啟基, 賴寧磊 申請人:南京?？酸t(yī)療設(shè)備有限公司