[发明专利]端部敏感型光纤光栅高强度聚焦超声传感器及系统

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种端部敏感型光纤光栅高强度聚焦超声（High IntensityFocused Ultrasound）传感器及系统，能对高强度聚焦超声声场分布进行准确快速测量，属于传感技术领域。

背景技术

高强度聚焦超声治疗是新兴的无创/微创治疗肿瘤癌症技术。高强度聚焦超声治疗利用聚焦超声产生的巨大能量，杀死超声聚焦区域内的肿瘤细胞，而周围组织受损较小，它具有非侵入性治疗等优点。为了能进行完全和有效的高强度聚焦超声治疗，必须准确地确定高强度聚焦超声声场分布、声能量分布和声焦域大小。目前主要采用压电水听器测量高强度聚焦超声声场，但压电水听器存在难以承受高声压的缺点，主要应用于对低强度声场的测量。一般通过低强度声场下压电水听器测量结果理论推算得到高强度声场特性，理论推算得到高强度声场参数很不准确，这给高强度聚焦超声治疗带来安全隐患。光纤水听器（Fiber optic hydrophone）具有屏蔽电磁干扰、承受高声压和高空间分辨率等优势，光纤水听器主要有基于Fresnel端面反射原理的光强型光纤水听器、光纤Fabry-Perot水听器和光纤Bragg光栅水听器。

基于Fresnel端面反射原理的光强型光纤水听器可实现高强度聚焦超声声场端部敏感，能测量极高声压，但是最小可测声压高（≥0.9MPa）、声压分辨率低，难以满足高分辨率声场测量要求（[1]Staudenraus J and Eisenmenger W，Ultrasonics,Vol 31,No 4,267-273,1993；[2]Canney M S,et al,Journal of theAcoustical Society of America,Vol 124,No 4,2406-2420,2008；[3]Umchid S,et al,Ultrasonics,Vol 49,No 3,306-311,March 2009；[4]Ueberle F and Jamshidi-Rad A,Proceedings of the 26th International Conference on Low Temperature Physics,Beijing,China,Vol 279,No 1,012001-012007,2011）。

光纤Fabry-Perot水听器主要通过在光纤端部镀膜（包括铝膜的PET（聚乙烯对酞酸盐）（[5]Beard P C and Mills T N,Electronics Letters,Vol 33,No 8,801-803,1997）、壳聚糖膜（Chitosan membrane）（[6]Chen L H,et al,Proceedingsof the SPIE Conference on Advanced Sensor Systems and Applications IV，Beijing,China,Vol 7853,pp.78530-78534,2010）和聚对二甲苯-C（Parylene-C）（[7]MorrisP，et al,Journal of the Acoustical Society of America,Vol 125,No 6,3611-3622,2009.））构成Fabry-Perot腔实现。一方面需要苛刻的镀膜技术使得膜层厚度很难保证，另一方面在高强度聚焦超声场中传感头端面的聚合物薄膜或反射面金属层会被打坏或脱落。