CN106382982A - 便携式hifu声参数现场测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便携式HIFU声参数现场测量装置。本发明中的机械控制模块包括十字滚珠丝杆滑台、安装臂、消声水槽、可升降换能器夹持装置；可升降换能器夹持装置包括可升降支架和换能器夹持器；可升降支架的上端装有换能器夹持器，待测HIFU设备的换能器安装在换能器夹持器上；HIFU声参数计算及输出模块通过ISA总线将所述超声信号探测采集模块采集的数据上传至处理器中，重建的声场图像以及计算得到的参数在该模块上显示。本发明可以方便地测量HIFU超声设备的超声声场焦点处声压、声强和声功率等参数，使用方便快捷，操作简单，可靠性高。只需要在使用时加水、装夹换能器以及启动装置，就能够实现对HIFU声参数的现场测量。
Description
技术领域
本发明属于声学计量领域，尤其涉及一种便携式HIFU声参数现场测量装置，主要用于医用HIFU超声设备的现场HIFU声参数测量。
背景技术
随着超声诊断设备、理疗设备和治疗设备在医疗等领域的广泛应用，确保各类医用超声设备的量值准确和安全，具有非常重要的意义。
高强度聚焦超声(HIFU)技术是一种利用高强度超声波束在体内聚焦，并对目标区域内的病变组织作选择损坏的一种微创治疗技术。目前，实践方面测量超声声场参数的装置普遍有体积庞大，实验条件严苛等缺点。
在实践方面，辐射力天平(RFB)和水听器依然是测量声功率及声场分布和声强的基本方法。但现有技术无一不是实验条件严苛、装置设备庞大的，因此医院要对HIFU设备的声场参数进行校准必须将超声换能器带到权威检测机构，如计量局进行检验，使得设备校准成为了一件工程量巨大的事情。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种便携式HIFU声参数现场测量装置。
本发明包括机械控制模块、超声信号探测采集模块和HIFU声参数计算及输出模块。
所述机械控制模块包括十字滚珠丝杆滑台、安装臂、消声水槽、可升降换能器夹持装置；十字滚珠丝杆滑台由电机驱动；呈U型的安装臂一端连接在十字滚珠丝杆滑台上，另一端设置有超声信号探测采集模块；所述安装臂位于所述消声水槽内；所述可升降换能器夹持装置包括可升降支架和换能器夹持器；可升降支架的上端装有换能器夹持器，待测HIFU设备的换能器安装在换能器夹持器上。
所述HIFU声参数计算及输出模块通过ISA总线将所述超声信号探测采集模块采集的数据上传至处理器中，重建的声场图像以及计算得到的参数在该模块上显示。
进一步说，所述消声水槽的上下分别设置一个入水口和出水口，在所述入水口的下部还设置了一个溢水口，所述溢水口用于防止换能器装入和运动时，水溢出到装置外部；所述溢水口连接溢出水箱；溢出水箱的出水口和消声水箱出水口排出的水由两进单出分水器连接装置排水口，并一起排出装置外。
进一步说，所述消声水槽的大小为400mm*200mm*200mm；在所述消声水槽的四周壁上及底部铺设消声材料，所述消声材料选用高频的吸声橡胶。
进一步说，所述超声信号探测采集模块包括超声信号探测器和超声信号采集器；所述超声信号探测器采用水听器；所述超声信号采集器采用可编程超声波板卡。
进一步说，所述十字滚珠丝杆滑台的其行程为44mm*44mm，所述十字滚珠丝杆滑台带动所述水听器进行弓形扫描，并控制所述可升降支架在完成一个平面扫描后，升或降至另一测量平面。
本发明设计了一种主要用于现场测量医用HIFU超声设备的便携式HIFU声参数现场测量装置，通过水听器测量的声压值计算出HIFU超声设备的声场焦点处声压、声强、声功率等声场参数，它能够智能化、图形化地完成对高强度聚焦超声声场参数的准确测量。
附图说明
图1为本发明装置机械部分结构示意图。
图2为可升降换能器夹持装置结构示意图。
图3为本发明控制部分示意图。
图4为HIFU声参数计算及输出模块示意图。
图5为本发明装置整体示意图。
图6为本发明装置工作过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1和图5所示，一种便携式HIFU声参数现场测量装置，包括消声水箱1、设置在消声水箱上方的第一机箱11、竖直设置于消声水箱前侧的可升降支架9、溢出水储5和上位机操作显示界面17，所述消声水槽为四边形水槽，其大小为400mm*200mm*200mm；在所述消声水槽的四周壁上及底部铺设消声材料，所述消声材料选用高频的吸声橡胶。
上述溢出水储4用于暂时存储装置操作过程中从溢水口6溢出的水，在测量结束后，溢出水储水箱的出水口3和消声水箱出水口2排出的水由两进单出分水器连接装置排水口18一起排出装置外。
上述可升降支架的高度升降，由运动控制卡14连接的电机进行控制，电机优选为伺服电机。
上述可升降支架的顶端设置有一个换能器夹持器7，用于固定待测HIFU超声设备的换能器。
上述十字滚珠丝杆滑台10固定在第一机箱的顶部中央，数据采集卡13、运动控制卡14、处理器15固定在第二机箱16内，见图3和图4。
上述十字滚珠丝杆滑台下连接了水听器安装臂12。由运动控制卡连接的电机进行控制，电机优选为伺服电机，十字滚珠丝杆滑台带动水听器弓形扫描声场，并控制所述可升降支架在完成一个平面扫描后，升或降至另一测量平面。水听器安装臂尾部安装了水听器安装座，用于安装水听器8，使水听器8垂直于声源面，见图2，为了实现扫描超声声场声源面的目的，所述十字滚珠丝杆滑台由电机驱动，其行程为44mm*44mm。
上述水听器与数据采集卡连接，水听器扫描到的数据，由数据采集卡以一定频率采集HIFU声场声压数据，再将数据传送给处理器进行数据处理，重建声场并计算焦点处声压、声强和声功率等参数。
上位机操作显示界面17安装在第二机箱16内，上位机操作显示界面17连接处理器，最终显示声场重建图像和焦点处声压、声强和声功率等参数。
如图6是本发明装置的工作流程示意图。
A.准备工作：打开进水口和溢水口处的水阀，同时关闭出水阀；完成注水后，将待测HIFU超声设备的换能器固定在可升降换能器夹持装置上；
B.启动装置；
C.丝杆运动机构带动水听器进行弓形扫描采集近场声源面的声压信号；完成一个面的扫描后，可升降换能器夹持装置竖直方向运动0.5mm，丝杆运动机构带动水听器再次进行弓形扫描采集第二个声源面的声压信号；运动机构复位；
D.利用上述测量数据，重建HIFU声场图像，计算出待测HIFU声场的部分重要参数，如焦点处声压、声强、声功率等；
E.将重建的HIFU声场图像和计算结果输出；
F.打开出水阀，将装置内的水排出，移走换能器；
I.关闭装置。
其焦点处声压根据超声信号探测采集模块采集到的信号，计算所得
焦点处声压：
其中，p是声压,x、y、z是焦点的三维坐标，x'、y'、z'是声场中某点的三维坐标，k为波数，
焦点处声强：
其中，I是焦点处声强，p0是声压，u0是声速，φ1、φ2两个声源面的相位。
焦点处声功率：P＝∫∫Ids。
其中，P是焦点处声功率。
综上，本发明设计的便携式超声声场参数测量系统可以方便地测量HIFU超声设备的超声声场焦点处声压、声强和声功率等参数，使用方便快捷，操作简单，可靠性高。只需要在使用时加水、装夹换能器以及启动装置，就能够实现对HIFU声参数的现场测量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.便携式HIFU声参数现场测量装置，其特征在于：包括机械控制模块、超声信号探测采集模块和HIFU声参数计算及输出模块；
所述机械控制模块包括十字滚珠丝杆滑台、安装臂、消声水槽、可升降换能器夹持装置；十字滚珠丝杆滑台由电机驱动；呈U型的安装臂一端连接在十字滚珠丝杆滑台上，另一端设置有超声信号探测采集模块；所述安装臂位于所述消声水槽内；所述可升降换能器夹持装置包括可升降支架和换能器夹持器；可升降支架的上端装有换能器夹持器，待测HIFU设备的换能器安装在换能器夹持器上；
所述HIFU声参数计算及输出模块通过ISA总线将所述超声信号探测采集模块采集的数据上传至处理器中，重建的声场图像以及计算得到的参数在该模块上显示。
2.根据权利要求1所述的便携式HIFU声参数现场测量装置，其特征在于：所述消声水槽的上下分别设置一个入水口和出水口，在所述入水口的下部还设置了一个溢水口，所述溢水口用于防止换能器装入和运动时，水溢出到装置外部；所述溢水口连接溢出水箱；溢出水箱的出水口和消声水箱出水口排出的水由两进单出分水器连接装置排水口，并一起排出装置外。
3.根据权利要求1或2所述的便携式HIFU声参数现场测量装置，其特征在于：所述消声水槽的大小为400mm*200mm*200mm；在所述消声水槽的四周壁上及底部铺设消声材料，所述消声材料选用高频的吸声橡胶。
4.根据权利要求1所述的便携式HIFU声参数现场测量装置，其特征在于：所述超声信号探测采集模块包括超声信号探测器和超声信号采集器；所述超声信号探测器采用水听器；所述超声信号采集器采用可编程超声波板卡。
5.根据权利要求1所述的便携式HIFU声参数现场测量装置，其特征在于：所述十字滚珠丝杆滑台的其行程为44mm*44mm，所述十字滚珠丝杆滑台带动所述水听器进行弓形扫描，并控制所述可升降支架在完成一个平面扫描后，升或降至另一测量平面。
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