Page 24 - 《应用声学》2022年第4期
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Hangzhou, China)，工作频率范围：10 Hz∼100 kHz， Tektronix, Beaverton, OR, USA)进行输出控制，信
低频灵敏度：(−197 ± 1) dB。为了避开超声发射声 号发生器则由 PC 上位机进行控制。输出功率的调
束的干扰，水听器放置在与聚焦超声声束轴垂直的 整是通过外部程控直流电源 (GEN1500W, TDK-
位置上，在保持水听器与聚焦超声换能器相对位置 Lambda, Chuo-ku, Tokyo, Japan) 完成的，该电
不变的条件下，来监测焦域组织发出的USAE信号。 源同样通过 PC 上位机 (以太网协议) 控制其输出
小 球 水 听 器 检 测 到 的 声 发 射 信 号 通 过 Pi- 电压。
coScope 示波器模块 (Picoscope 2407B, Picoscope
Tech., Cambridgeshire, UK) 采集后实时传至 PC
上位机。数据采集采用 RunBlock 模式，采样间隔 R
48 ns/sample，每帧采集长度 400 µs，每帧间隔 d d 21 d 12 d
200 ms。PC机实时将每帧数据进行傅里叶变换，并
提取差频信号的幅值，实时描绘该幅值随时间的变
化曲线。
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Df 图 2 双频换能器示意图
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ηՂԧၷ٨ Fig. 2 Schematic diagram of dual frequency transducer
Ch.1 Ch.2
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双频换能器与海扶刀 聚焦超声肿瘤治疗系统
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(Chongqing Haifu Medical Technology Co. Ltd.,
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ܸ٨1 ܸ٨1 Chongqing, China) 兼容。为了避免周围介质声反
射的影响，换能器周围覆盖一层吸声材料 (超声医
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疗国家工程研究中心提供)，使用通透率高的超声
图 1 系统搭建示意图 透声膜将离体脱气牛肝固定在双频 HIFU 换能器
Fig. 1 Schematic diagram of system construction 上方。
1.1.2 双频HIFU治疗系统 1.2 实验步骤
为实现双频 HIFU 治疗，换能器采用基于 1–3 1.2.1 实验材料制备
压电复合材料的球面自聚焦换能器，如图 2 所示。 新鲜离体牛肝 (屠宰后 24 h 内) 样本尺寸约为
将换能器表面分成共球心的两个环形，中间开孔 50 mm×50 mm×50 mm，将样品放入真空室进行脱
安装用于引导和监控的 B 超探头，为保证双频工作 气处理。
稳定且形成有效的声发射信号，将双频换能器的两
1.2.2 实验过程
部分设计成相同面积，双频 HIFU 换能器中心孔径
d 11 = 75 mm，外圈开孔直径d 22 = 220 mm，内圈开 取f 1 = 1.16 MHz，f 2 = 1.14 MHz(用数字示波
口直径 d 12 = 130 mm，几何焦距 R = 170 mm。 器 TDS380进行监测，Tektronics)，声波功率用吸收
由 于 在 生 物 组 织 中， 声 衰 减 系 数 随 超 声 频 率 目标的辐射力天平校准。
◦
增加而增大，因此将双频激励频率差异设定在 将 3 组脱气的肝脏样品放入 25 C 脱气水中，
100 kHz 之间，两个元件的频率分别设为 1.16 MHz 分别在 35 W、50 W、80 W 声功率下对离体牛肝组
(内圈) 和 1.14 MHz (外圈)，其 3 dB 频带宽度均 织进行40 s的间歇式辐照(辐照6 s，停2 s，共5回合
大于60 kHz。 辐照)，在治疗间歇采集 B 超监控影像，并观察 B 超
双频 HIFU工作的原理是利用两个自制的功率 影像灰度和声发射信号幅值的变化趋势。
放大器分别驱动双频 HIFU 换能器的两个部分。功 再取 3 组脱气牛肝样本，同样条件下辐照离体
率放大器基于开关模式全桥逆变谐振的拓扑进行 牛肝，实时观察 B 超图像与声发射信号幅值的变化
设计 [15] ，最高工作频率 1.5 MHz，最大输出功率 趋势，当声发射信号出现明显下降趋势后，立即停止
1.5 kW。功率放大器通过信号发生器 (AFG3102C, 辐照。
