CN210774334U - 一种医用聚焦换能器的现场检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种医用聚焦换能器的现场检测装置。本实用新型包括上位机控制***、机械行走机构、扫描接收装置、数据采集装置、带吸声材料的水箱。控制***包括4轴运动控制卡、直线电机，通过以太网连接到计算机；机械行走机构由三自由度的直线模组组成；扫描接收装置主要由水听器构成；测量时由医用换能器发出高强度的聚焦声波，水囊中的水听器随行走机构在聚焦附近接收声波信息。数据采集装置由采集卡完成，并通过以太网传输采集的数据到计算机。本实用新型能实现对医用高强度聚焦换能器声场的检测，不仅提高了医用高强度聚焦换能器的治疗精度和安全性能，装置的便携性还提高了检测效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种医用聚焦换能器的现场检测装置。
背景技术
在超声诊断设备快速发展的今天，超声声功率计量校准也一直是学者研究的热点问题，超声声功率的剂量假若与预设值不同，肿瘤周围的正常细胞损伤，导致并发症；或者治疗不到位，患者病情反复，会严重影响诊疗的精准性和时效性。高强度聚焦超声HIFU的声场特点和测量难点决定了对其声功率测量有很大的局限性，现阶段的声功率计量都停留在送检大型实验室阶段，诊疗的时效性大打折扣，而且运输的路程也有可能对治疗探头有物理性的损坏，影响其治疗应用。
现有的声功率计量方法无法实现现场计量检测的需求，近场测量法属于近场声全息，是建立在声辐射理论即声波的产生和传播理论基础上的一种重要声源定位和声场可视化技术，结合单水听互谱法，将两者一体化为近场互谱法，避免了直接测量焦点对水听器带来的损坏，克服了双水听器两通道性能不一致和相位问题。该方法为便携式超声声场校准***奠定了理论基础。
发明内容
本实用新型针对现有技术不足，提供了一种医用聚焦换能器的现场检测装置。
本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为:
高强度聚焦超声的聚焦声场有着高温等特点，不易直接测量，因此本新型高强度聚焦超声检测装置利用了近场测量法的方式对其聚焦域附近进行测量，并通过互谱法计算出聚焦区域的声场强度等信息，避免直接在焦域处测量声压的缺点，同时避免了对测量水听器造成不可逆的损伤。
为了得到较为准确的声场检测信息，要对三维声场进行均匀步长的扫描，手动会造成一定的误差，因此将三个方向均使用电机，通过单片机程序控制其行走，保证每个方向都以均匀步长行走，得到的数据经过后续处理便能准确反映出聚焦区域附近的声场信息。
针对HIFU声场特性的数据采集，GB/T 19890-2005声学高强度聚焦超声(HIFU)声功率和声场特性的测量对数据采集卡的选定有着特别的要求。在数据采集过程中由于水听器接收到的电压信号非常小，需要滤波放大等处理，再经由A/D转换模块，将电信号转换为模拟信号输入到计算机中。
本实用新型的基本原理：现有的声功率计量方法无法实现现场计量检测的需求，近场测量法属于近场声全息，是建立在声辐射理论即声波的产生和传播理论基础上的一种重要声源定位和声场可视化技术，结合单水听互谱法，将两者一体化为近场互谱法，避免了直接测量焦点对水听器带来的损坏，克服了双水听器两通道性能不一致和相位问题。该方法为便携式超声声场校准***奠定了理论基础。
本实用新型的有益效果在于：本项目针对HIFU聚焦超声手术刀，根据此医疗仪器的特点，设计便携式现场声功率计量装置，实现诊疗现场的现场检测。突破送检大型实验室校准的局面，可为后续现场计量检测提供理论与实验基础。有助于建立我国的医疗超声设备的量值溯源和传递体系，进一步完善相关设备的计量和检定标准，可更好地保证医疗设备得到安全、有效地使用。为我国超声治疗设备的进一步发展和进入国际市场提供计量和测试保障，具有较大的社会效益。
附图说明
图1是本装置的整体三维图。
图2是行走测量***三维图。
图3是行走测量***侧视图。
图4是电控***。
图5是硬件设计流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型包括上位机控制***1、机械行走机构2、扫描接收装置3、数据采集装置4、带吸声材料的水箱5。其中控制***包括4轴运动控制卡、直线电机，通过以太网连计算机；测量装置的行走机构扫描***：三自由度的直线模组组成，每个模组有一路电机控制，共三轴电动控制。采集装置由采集卡完成，通过以太网传输数据。电控***包括电机、电机驱动、单片机控制模块、界面程序、限位传感器、数据采集模块其余电器元件等，可以根据用户需求编程控制设备自动完成检测动作，并输出数据报表，与电脑通讯方便控制及数据采集，后续可以根据使用情况进行完善并升级。
测量对象为聚焦超声肿瘤治疗***，在医疗HIFU治疗仪器上方放置一个便携式小水箱结构，将平台结构架在HIFU换能器的被检测面上，水箱下部用定制硅胶水囊作为软连接部分，可以保证检测头的运动空间，也可以让水槽底部与被检测面无缝贴合。四根柱子用板材支撑，台面材质为2cm厚度的亚克力玻璃。台面中间开直径为30cm圆孔，粘上圆柱形水槽，直径为30cm,厚度为1cm,水槽的下端固定水囊，水囊开口大小为30cm，用密封圈固定在水槽下端。亚克力台面上固定有二维滑台模组，能够双轴运动，方便后续声场扫面。垂直于台面有竖直方向轴，能够通过电机控制竖直方向的运动，最终实现三维空间的扫描。竖直轴上端固定夹具结构，用来固定水听器。
具体操作方法如下：首先将检测装置平稳置于医用聚焦超声检测装置上，使接触面紧密贴合。由朝上的医用聚焦换能器向上发射声波，经过两个水囊装置的耦合作用，声波会传输到检测装置的水囊中。水囊中接收声波的装置固定在机械行走机构上，由三轴电动控制，三个方向的直线模组的步进电机则由单片机程序给定，可以进行三维的空间移动，因此接收装置随行走机构的移动能实现三维空间的数据接收，接收到的三维声场数据会由具有8位分辨率的数据采集卡采集，由于高强度聚焦超声(HIFU)声功率和声场特性的测量对数据采集卡的选定有着特别的要求，在数据采集过程中由于水听器接收到的电压信号又非常小，因此需要滤波放大等处理，再经由A/D转换模块，通过以太网将电信号的转换为模拟信号输入到计算机中。
Claims (1)
1.一种医用聚焦换能器的现场检测装置，包括上位机控制***、机械行走机构、扫描接收装置、数据采集装置、带吸声材料的水箱，其特征在于：由4轴运动控制卡、直线电机组成的控制***，通过以太网连接到计算机，计算机发出指令控制数据采集装置和机械行走机构的扫描运动；机械行走机构由三个自由度的直线模组组成，其中，每个模组有一路电机控制，因此机械装置共有三轴电动控制；扫描接收装置的上端固定在行走机构上，三轴的扫描接收装置主要由水听器构成，水听器接收到的三维声场数据会由具有8位分辨率的数据采集卡采集，并通过以太网传输到计算机中；水听器的数据接收是在带有水囊的箱中完成，采用吸声材料附在箱体四周。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111879401A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-03 | 韶关东阳光自动化设备有限公司 | 一种便携式hifu声场测量装置及其测量方法 |
| CN113639852A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-11-12 | 哈尔滨工程大学 | 一种扭转型非惯性式矢量水听器 |
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