Page 57 - 《应用声学》2020年第3期

第 39 卷 第 3 期 郑维成等： 变厚度聚焦换能器对声焦域轴向长度影响的研究 377

኎Ԓए 17˔ˀՏᮠဋ 15˔ˀՏᮠဋ 7˔ˀՏᮠဋ ԥᮠ 同频率的个数太少，不能达到有效的压缩声焦域轴
5
向长度的目的；随着频率的增加，当不同频率数量达
ഷՔ᫂ए/mm 0 到7 个、15个或 17个时，声焦域轴向长度变短，说明

随着不同频率数量的增加声焦域轴向长度被压缩、
呈收敛趋势。
Li 等 [6] 已经做了中间薄两边厚型的双频聚焦
-5
-10 -5 0 5 10
ᣉՔ᫂ए/mm 换能器对离体牛肝的损伤实验，与等厚度频聚集换
能器损伤区域相比，双频聚焦换能器损伤区域更大，
图 4 不同频率个数的声焦域轴向长度比较
轴向长度尤为明显。在这里，利用变厚度聚焦换能
Fig. 4 Comparison of axial lengths of acoustic fo-
器声场计算方法计算了在双频(与文献[6]中所用双
cal lengths with different numbers of frequencies
频聚焦换能器相同) 情况下的声焦域，并与 Li 等 [6]
图 4 中黑色粗实线为双频声焦域，黑色点线为 的实验结果进行了对比，如图5所示。
等厚度声焦域，黑色细实线为 7 个不同频率声焦域， HIFU 损伤组织区域可以是定点辐照形成的单

黑色虚线为15个不同频率声焦域，红色点划线为17 个椭球形凝固性坏死，有学者研究了等厚度聚焦换
个不同频率声焦域。与等厚度聚焦换能器声焦域轴 能器对离体牛肝的损伤实验，结果表明，损伤区域的
向长度相比，双频聚焦换能器声焦域轴向长度变长， 大小与声焦域形态和大小、声强、辐照时间及辐照
这说明双频聚焦换能器虽然属于中间薄两边厚型 深度有关，因此，在离体牛肝实验中控制好声强、辐
聚焦换能器，但无法达到压缩声焦域轴向长度的效 照时间和辐照深度，损伤区域与声焦域的形态和大
果，这是由于双频聚焦换能器只有两个不同频率，不 小相关 [19−20] 。

5 1.0
ေ᝷ ࠄᰎ 0.8
ഷՔ᫂ए/mm 0 0.6

0.4
0.2
-5
85 90 95 100 105
ᣉՔ᫂ए/mm
(a) ኎Ԓएေ᝷ܦཥ۫ˁࠄᰎ૯͞ፇ౧
5 1.0
ေ᝷ ࠄᰎ 0.8
ഷՔ᫂ए/mm 0 0.6

0.4
0.2
-5
85 90 95 100 105
ᣉՔ᫂ए/mm
(b) ԥᮠေ᝷ܦཥ۫ˁࠄᰎ૯͞ፇ౧
图 5 理论声焦域与实验损伤结果
Fig. 5 Theoretical acoustic focal range and experimental damage results

图 5 中红色椭圆形为理论声焦域，黑色轮廓为 图 5(b) 理论与实验数据可以看出，离体牛肝组织
实际损伤区域。图5(a) 为等厚度聚焦换能器理论与 损伤区域的变化趋势与计算相符，实际损伤区域轴
实验对比，理论声焦域轴向长度为 12 mm，实际损 向长度比理论短，这是由于在损伤区域形成过程中
伤区域轴向长度为8.2 mm；图5(b)为双频聚焦换能 产生了超声波的非线性效应、牛肝组织的非均一性
器理论与实验对比，理论声焦域轴向长度为22 mm， 及声衰减等多种因素影响的结果 [19−20] 。右上角为
实 际 损 伤 区 域 轴 向 长 度 为 18 mm。 从 图 5(a)、 换能器对离体牛肝产生的损伤，其中白色椭圆形为