專利名稱：測(cè)量高強(qiáng)度聚焦超聲功率的吸收靶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于測(cè)量超聲功率高達(dá)千瓦以上的吸收靶，尤其是用于測(cè) 量高強(qiáng)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(qiáng)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(shí) 現(xiàn)無創(chuàng)或微創(chuàng)外科理念；對(duì)乏氧腫瘤細(xì)胞有更敏感的殺傷性；對(duì)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(duì)腫瘤的特異性免疫反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)所遇到的瓶頸性困難并非HIFU 難以獲得很高的聚焦聲強(qiáng)。例如當(dāng)HIFU取工作頻率f= 1.5MHz時(shí)，為獲得自由聲場(chǎng)中 焦點(diǎn)聲強(qiáng)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(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)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(shí)間之長(zhǎng)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(jí)、具有優(yōu)勢(shì) 聚焦特性的HIFU，是其能否真正實(shí)現(xiàn)“一次性無創(chuàng)外科”理念的一個(gè)關(guān)鍵，從而使千瓦 級(jí)超聲功率的測(cè)量成為研發(fā)、生產(chǎn)、實(shí)際使用和診測(cè)維修高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)裝備必 不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。南京海克醫(yī)療設(shè)備有限公司曾參考有關(guān)文獻(xiàn)，曾經(jīng)以金屬為材質(zhì)設(shè) 計(jì)了一種可用于測(cè)量千瓦級(jí)HIFU聲功率的凹錐形反射靶。實(shí)驗(yàn)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(cè)量獲得的聲輻射力用于計(jì)算輻射源聲功率，可信度必然存在問題。目前國(guó)內(nèi)外用于大功率高強(qiáng)度聚焦超聲功率的通常方法多是采取測(cè)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(guó)國(guó)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(cè)量百瓦級(jí)聲功率的吸收靶，無法滿足HIFU 的現(xiàn)狀及發(fā)展需求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于針對(duì)目前測(cè)量高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)設(shè)備的吸收靶存在 的測(cè)量聲功率上限太低缺陷，提供一種能測(cè)量高強(qiáng)度聚焦超聲功率達(dá)千瓦級(jí)的吸收靶。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種測(cè)量高強(qiáng)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(diǎn)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(shí)用新型中制作基本單元的基材為含有開放性微孔的無機(jī)固體材料；制 作容器的基材采用導(dǎo)熱率較高的無機(jī)固體材料。在本實(shí)用新型中制作基本單元的基材為市場(chǎng)采購(gòu)的無機(jī)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(jī)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(shí)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(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)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(jī)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(cè)量千瓦級(jí)聚焦超聲功率，且性能穩(wěn)定、使 用壽命長(zhǎng)。

圖1是本實(shí)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(shí)用新型實(shí)施的群錐靶結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是利用本實(shí)用新型對(duì)HIFU換能器進(jìn)行測(cè)量的輻射力聲功率天平測(cè)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(jì)。附圖非限制性地公開了本實(shí)用新型實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)示意圖，
以下結(jié)合附圖對(duì) 本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)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(diǎn)匯集于該基本單元1底面的中垂線 中心形成錐頂。基本單元1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(shí)施時(shí)，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(jī)固體材料制作，例如；矩形容器應(yīng)該采用無機(jī)且導(dǎo)熱率較高的固體材 料制作。實(shí)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(jī)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(zhǎng)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(jī)固體材料選用玻璃。容器的容積為 256mm X 256mm X 60mm (長(zhǎng) X 寬 X 深)。矩形容器中無縫緊密排列16 X 16 (行、列)個(gè)基本單元。本吸收靶使用狀態(tài)液體介質(zhì)為去氣水；可測(cè)量最大聲功率不低于3000W。其方法是測(cè)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(cè)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(yùn)動(dòng)平臺(tái)，同時(shí) 由配重電子天平7通過杠桿機(jī)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(cè)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(duì)輻射力測(cè)量的影響，吸收靶的軸向位置應(yīng)設(shè)置在偏離聲焦 點(diǎn)靠近聲源處。吸收靶底平面應(yīng)垂直于聲束軸，靶心對(duì)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(cè)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(cè)量施加聲壓時(shí)與中斷超聲時(shí)配重電子天平7示值的 短時(shí)(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(jī)構(gòu)時(shí)，配重電子天平7測(cè)得的力應(yīng)通過校準(zhǔn)力臂比，換算成實(shí)際的 吸收靶所受的力。測(cè)量中應(yīng)隨時(shí)觀察群錐靶5和換能器6表面，及時(shí)清除表面出現(xiàn)的小氣泡。超聲功率的計(jì)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(tái)型聚焦單元換能器的聲功率計(jì)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(tái)型聚焦換能器的外孔徑半會(huì)聚角，單位為(° )；β2球臺(tái)型聚焦換能器的中心內(nèi)孔徑半會(huì)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(shí)COS β 2 = 1。以上實(shí)施例不是對(duì)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(chǎng) 采購(gòu)的無機(jī)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(jī)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(cè)量高強(qiáng)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(diǎn)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(cè)量高強(qiáng)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(jī)固體材料；制作容器的基材采用導(dǎo)熱率較高的無 機(jī)固體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量高強(qiáng)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(chǎng)采購(gòu)的無機(jī)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(jī) 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(cè)量高強(qiáng)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(jī)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(cè)量高強(qiáng)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(shí)用新型涉及一種測(cè)量高強(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)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(cè)量千瓦級(jí)聚焦超聲功率，且性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G01H3/12GK201803790SQ20102012025
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)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(guó)干, 賴啟基, 賴寧磊 申請(qǐng)人:南京?？酸t(yī)療設(shè)備有限公司