[发明专利]基于红外测温的高强度聚焦超声声场测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度聚焦超声声场测量方法，尤其是涉及一种基于红外测温的高强度聚焦超声声场测量方法。

背景技术

高强度聚焦超声三维声场分布是衡量HIFU治疗探头设计与制造工艺、治疗效果好坏的关键因素，也是衡量设备安全高效的重要指标，此外，HIFU三维声场分布也对治疗计划的制定有着重要的参考意义，所以高强度聚焦超声声场的测量是HIFU研究领域中的一个重要环节。

自上世纪90年代以来，国际电工学会(IEC)在超声声场参数测量方面制定了大量的标准，但是由于聚焦超声声场具有如下特点：

焦点体积通常很小(呈米粒状，横截面直径约1～3mm，声束轴长度约8～15mm)；

焦域的最大声强≥10000Wcm^-2；

声压超过10Mpa；

非线性谐波、声饱和。

鉴于高强度聚焦超声声场的复杂性，在2005年之前，HIFU声场检测标准的制定都在讨论中。2005年9月，我国国家标准化管理委员会批准发布了《高强度聚焦超声(HIFU)声功率和声场特性的测量》国家标准(GB/T 19890)，并从2006年4月1日起实施，成为世界上首个HIFU测量标准。此外，2005年12月7日，国家武汉医用超声设备检测中心起草的《高强度聚焦超声(HIFU)治疗系统》行业标准(YY0592-2005)由国家药监局批准发布，自2006年12月1日起实施。

目前已有的关于聚焦声场特性和超声功率测量标准的基本思想和做法是：在小功率条件下(全功率输出的10％～20％)，用水听器三维扫描法找到声压焦点位置，对聚焦声场进行扫描测量，并计算出焦点的几何参数；用水听器或辐射力法测量超声功率，再按照相关公式求出最大声强。

这些标准和方法的主要存在以下问题：

1、获取聚焦声场三维特征值的过程十分耗时；

2、焦域的声强能量过大，容易导致水听器的损坏；

3、换能器辐射面各点振动相位若不全一致，则焦点处声强不一定正比于声压平方；

4、HIFU设备在全功率输出时，超声在水中或组织中传播时会产生非线性和衍射效应，而非线性累积在水中和组织中是不同的，所以不能用水中测量得到的声场分布直接反映组织中的情况。

5、由于有限振幅波在传播过程中会产生波形畸变，滋生谐波、声衰减、声饱和等非线性现象，通过外插办法来推测HIFU声场的方法得到的结果并不理想。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于红外测温的高强度聚焦超声声场测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于红外测温的高强度聚焦超声声场测量方法，其特征在于，通过使用红外测温法测量置于超声声场内的超声吸收物表面温度分布，实现测量超声声场分布，具体包括以下步骤：

第一步，通过校准过的水听器测量聚焦超声声源在焦点位置的声强值；

第二步，在水听器和超声声源之间放置超声吸收物，水听器再次测量聚焦超声声源在经过超声吸收物后的声强值，将第二步中获得的声强值与第一步获得的声强值进行比较，得到超声吸收物对超声声源的衰减物理量值；

第三步，将超声吸收物的上表面平移至焦平面位置，通过红外测温仪测量超声吸收物在聚焦超声声源设定时间照射后在表面形成的温升，通过计算求取表面温升的最大温升率，并将这个温升率与第二步中获得的声强值进行运算得到超声吸收物的声热参数综合特征值；

第四步，将超声吸收物在超声声场范围内沿着声束轴的方向平行移动，通过使用红外测温仪测量在不同位置下超声吸收物表面的温升求取对应的最大温升率，将此最大温升率与第二步得到的衰减物理量值和第三步得到的声热参数综合特征值进行运算得到相对应不同位置的声强分布。

所述的超声吸收物与水听器之间距离为1～5mm。

所述的超声吸收物对超声声源的衰减物理量值计算如下：F_Amplify＝1/F_Attenuation＝I₀/I₁，其中F_Attenuation为超声吸收物对超声声源的衰减物理量值，F_Amplify为F_Attenuation的倒数，I₀和I₁分别为第一步和第二步测量到的焦点位置声强值。