基于1-3压电复合材料宽带超声换能器研究

电声转换效率与换能器带宽是评价聚焦超声换能器性能的重要指标。传统压电陶瓷制备的聚焦超声换能器,其电声转换效率与换能器带宽偏低。该文采用实验结合仿真模拟的方式,通过研究1-3压电复合材料中压电相的体积比、环氧相改性、调控匹配层阻抗与匹配层厚度对换能器性能的影响,开发了一种基于1-3压电复合材料的聚焦超声换能器,实现了82.3%的电声转换效率与140 kHz的换能器带宽。结果表明,与同等规格的传统压电陶瓷聚焦超声换能器相比,该超声换能器的两项指标分别提升了105%与250%,这为大功率聚焦超声换能器的设计开发提供了参考与指导。

提高阿基米德螺旋相控阵换能器焦点声压的仿真研究

针对阿基米德螺旋相控阵换能器焦点声压不足的问题,通过有限元仿真,分别讨论了换能器阵元形状和频率改变与声场的变化关系,从焦点声压、偏转范围、栅瓣水平、焦域大小等方面进行了研究。结果表明,相同频率下,扇形阵元阿基米德螺旋相控阵换能器的焦点声压比圆形阵元时的焦点声压提高了32.28%,偏转范围为20 mm×20 mm×40 mm;在扇形阵元形状的情况下,频率选择0.9~1.0 MHz,不仅能获得较高的焦点声压,同时还能保证改善聚焦性能。文章的仿真结果为阿基米德螺旋相控阵换能器提高焦点声压,满足深部组织消融治疗需要的高功率要求提供了有用的设计参考。

T_C≥400°C高温PTC陶瓷的研制

利用国产原料，采用传统的陶瓷材料制备工艺，研制了居里温度ＴＣ≥４００°Ｃ的高温ＰＴＣ陶瓷，制成了居里温度ＴＣ＝４１２°Ｃ，电阻Ｒ≤１０３Ω。

广东省梅州市新生儿疾病筛查效果分析

目的了解梅州地区新生儿先天性甲状腺功能减低症(CH)、苯丙酮尿症(PKU)和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)缺乏症的发病率和新生儿疾病筛查情况。方法对梅州市2005年10月至2008年12月已进行新生儿疾病筛查的64260例资料进行分析。结果梅州市CH的发病率为0.06%,G6PD缺乏症的发病率为6%,PKU未检出。三年多以来的平均筛查率为36.9%,目前城区筛查率为73.5%,农村筛查率为31.1%,全市筛查率逐年呈上升趋势。结论新生儿疾病筛查可以早期发现CH、PKU和G6PD患儿,尽早对其进行干预,可避免体格和智力障碍的发生,对提高人口素质有深远意义。

凹球面双频聚焦超声声场的线性声学分析

在线性声学条件下,研究了差频相干模式下的双频聚焦声场的空间-时间特性,分析了换能器分割面积、不同频差对声场的影响。通过计算两波在不同初始相位时轴上瞬时声压起伏的周期性变化规律,证明其合成声场是统计平稳和均匀的。结果表明,适当选择分割面积比和频差,双频声场的"损伤声焦域"相对于单频有明显扩大,并在离体牛肝的损伤实验中得到初步验证,为双频高强度聚焦超声(HIFU)换能器的设计及提高治疗效率提供参照。

超声相控阵输出声场优化及仿真

为使超声相控阵在输出平面上的声压输出达到较好的分布模式,本研究通过预先设定相控阵输出面上的声压分布形态,然后利用迭代算法来求解超声相控阵驱动向量,最终实现了超声相控阵在输出平面上声压输出的有效控制,并通过计算机仿真对这种算法进行了验证。

基于脉冲响应的高强度聚焦超声换能器电阻抗测量方法

高强度聚焦超声(HIFU)换能器是HIFU治疗系统的关键部件,其电阻抗特性是决定各系统参数和换能器工作特性的重要参数。目前采用的阻抗分析仪和频域测量方法成本较高,且难以实现在线测量。为此,对基于脉冲响应的超声换能器电阻抗时域测量方法进行了研究,对测量原理进行了理论分析和仿真验证,并组建了脉冲响应测量实验平台,通过实际测量,比较了脉冲响应法和阻抗分析仪的测量结果,分析了影响测量结果的因素。研究结果表明:在通过电流取样电阻校正和小波去噪后,基于脉冲响应的电阻抗测量方法能取得较高的测量准确度,且测量成本低,可集成于设备实现超声换能器电阻抗的在线测量,为进一步研究高强度聚焦超声换能器的电阻抗特性提供了有力的手段。

复方辣椒碱超声灸疗纳米乳凝胶剂的研究

目的研究药物超声灸疗纳米乳凝胶剂的制备工艺。方法以复方辣椒碱乳膏(辣椒碱、薄荷脑、樟脑、冬青油)为模型药物,HLB法制备纳米乳,再制备复方辣椒碱纳米乳凝胶。采用伪三元相图对纳米乳中的表面活性剂与助表面活性剂进行优选;用正交设计对凝胶剂中的透皮促渗剂进行优选;采用Franz扩散池,进行体外经皮渗透考察;并对超声作用条件进行考察。结果以处方药物与氮酮的混合物为纳米乳油相,吐温80为表面活性剂,1,2-丙二醇为助表面活性剂(KM=3∶1),纳米乳平均粒径17.2 nm;透皮促渗剂为:1%氮酮+20%丙二醇+20%甘油+1%PEG400;超声最优条件为1.5 W(305 kHz),作用时间为3 min。体外透皮释放曲线显示,超声作用纳米乳凝胶前2 h累积渗透量为无超声作用下的2倍以上,24 h的累积渗透量约为无超声作用下的3.5倍。结论体外试验显示,制备的复方辣椒碱纳米乳凝胶在超声波的辅助作用下,释药快而持久,兼具速效与缓释的双重作用,优于普通乳剂。

压电复合材料用于透镜式聚焦换能器的研究

为了增加聚焦换能器的带宽,抑制其多模振动耦合现象,提高电声转换效率,实验采用1-3型压电复合材料代替压电陶瓷作为超声发射材料,设计并制作了一种新型的1-3型压电复合材料透镜式聚焦换能器。通过频率特性的对比研究,证明了1-3型压电复合材料透镜式聚焦换能器不仅能增加换能器的带宽,达到PZT压电陶瓷透镜式聚焦换能器带宽的3.13倍,而且能明显抑制径向振动,得到单一纯净的厚度振动模态。另外,1-3型压电复合材料透镜式聚焦换能器的电声转换效率达到PZT压电陶瓷透镜式聚焦换能器的1.88倍,为高效率聚焦超声换能器的实现提供了理论及实验基础。

高强度聚焦超声换能器的宽带阻抗匹配

高强度聚焦超声(HIFU)治疗系统为实现从功率源到超声换能器的最大电功率传输,需在功率源与超声换能器之间设计阻抗匹配网络。无源器件匹配可实现超声换能器电阻抗的精确匹配,但其宽带匹配的解析设计理论较复杂。本文利用简化实频法对HIFU换能器进行了宽带匹配网络设计,采用Levenberg-Marquardt法对传输功率增益进行了优化,优化后的功率传输增益在200k Hz的通带内为0.9左右,且较为平滑;针对HIFU换能器进行的宽带阻抗匹配和声功率测试表明,采用传输功率增益优化设计出的宽带匹配网络能有效拓宽换能器的工作频带。

基于虚拟仪器技术的聚焦超声换能器电声转换效率自动测试系统

聚焦超声换能器是超声治疗设备的核心部件,电声转换效率是衡量其性能重要指标之一,实际工作中常以电声转换特性来确定治疗系统的工作频率和驱动参数,这对其测试系统的准确性、效率和便捷性提出很高的要求。为此,构建一套自动测试系统,采用基于定向耦合器的电功率计来测量换能器的输入电功率;运用辐射力天平测量换能器输出声功率;基于虚拟仪器技术开发上位机自动测试软件,实时采集和处理测量数据。基于所开发的自动测试系统,测试换能器在不同频率和驱动功率下的电声转换效率,采用变异系数对系统的稳定性进行分析,并与人工测试方法作对照。结果表明,测试系统具有较好的准确性,且单次测试时间可缩短5倍以上,在驱动功率分别为10、20和30 W情况下,自动测试系统(变异系数分别为4.06%、4.31%、4.65%)比人工测试(变异系数分别为4.14%、4.69%、5.83%)更稳定,满足测试系统应用需求。

相控阵多焦点声场模式合并大焦域方法

目的:目前用于聚焦超声外科手术的球面换能器生成的焦斑体积非常小,因此需要很长的治疗时间来完成对大肿瘤的治疗,为了很好的解决这一问题本文利用多焦点的声场分布合成大焦域形成较大的治疗热场。方法:利用MATLAB7.0计算软件自带的遗传算法工具箱‘gads’对相控阵超声换能器进行多焦点模式优化研究。在三焦点、五焦点模式下改变焦点之间的距离,使之形成大焦域声场模式。结果:在缩短焦点之间的距离后,孤立的三焦点声场变成了连续的线声场;五焦点声场变成了蝴蝶状声场,并最终趋于圆形焦域形态。结论:合理的改变焦点个数以及焦点之间间距的大小,可以有效地将多焦点合成大焦域声场模式,为实现HIFU快速有效地治疗大面积病灶奠定了理论基础。

一种医用介入超声治疗仪

设计研制一种与医学介入导管技术结合的超声辐照治疗仪。并介绍治疗仪的结构设计、工作原理和性能测试。该医用介入超声治疗仪由超声辐照导管和主机构成。超声辐照导管顶端安装有微型压电换能器,可进入人体深部脏器内近距离直接辐照组织,并较准确控制辐照在组织的超声能量和效应;激发微型换能器发射超声的主机设计为频率、功率大小可调节,满足不同的治疗需要,具有广阔的应用前景。

产学研紧密结合 建设超声治疗学课程的探索与实践

超声无创治疗技术的飞速发展,对学科建设和人才培养提出了重要的需求和更高的要求。作为较早开设超声治疗学课程的高校,紧跟学科发展,产学研紧密结合,将科研成果引入教学,建设学科交叉的师资队伍,加强教材建设,注重培养学生创新实践能力,在实践过程中探索超声治疗学的课程建设,取得了很好的效果。

一种超声针灸换能器设计

一种超声针灸换能器的设计方法,它将普通凹型聚焦换能器与平凸声透镜组合,使换能器发出的聚焦超声波能量在透镜平面和换能器外球面之间产生多次反射,每次只能有一小部分能量射出,经过不同反射次数后出射的聚焦超声波聚焦在声轴线的不同位置,通过选择反射材料的声速和换能器的半径,就可从在换能器输出面后得到细长的声压分布,声场检测结果与设计结果符合得很好,临床实验表明,这种换能器比其他类型的传统换能器更易使患者产生得气的感觉。

一种改进多焦点声场模式声场设计的方法

目前相控阵多焦点声场设计一般都没有对声传播方向的声场分布进行限制,而声传播方向的声场分布对高强度聚焦超声(HIFU)治疗很重要,为此,该文在分析二焦点、四焦点模式下,针对声传播方向的声场分布特点,提出改进多焦点声场设计的方法。即在四焦点中心设置另一焦点,通过改变其焦点间的距离,观察声传播方向的声场分布变化。结果发现,五焦点在声场分布比二焦点和四焦点的声场分布有很大的改善。合理的改变焦点个数及焦点间的间距,能有效改善多焦点的声场分布。

选择性化学机械抛光制作微拱形结构

为克服平面微机械结构无法释放残余应力、刚度小、跨度小,平面牺牲层工艺成拱出现非光滑台阶状边缘而造成器件失效或能量泄漏的缺点,改进现有成拱工艺在器件尺寸、结构稳定性及可靠性等方面的不足,提出一种用选择性化学机械抛光技术制作微拱形结构的方法。该方法是在化学机械抛光过程中,加入对牺牲层材料和硅材料抛光速度具有差异性的选择性抛光液,在牺牲层和硅材料的边界处利用滑动摩擦过程中的物理和化学作用,在牺牲层处形成连续平滑的拱形凸起,最后在其上制作微拱形结构。实验结果证实:微拱形结构有一定的曲率,拱起高度约为3.5μm,跨度大于100μm,微拱形表面光滑且为连续的曲面。该方法可为MEMS传感器、微型压电驱动器、薄膜体声波谐振器及滤波器的微拱形结构的制作提供参考。

PTC陶瓷恒温器

给出了ＨＺ９１型恒温器的设计和制作方法。该恒温器的主要性能是，稳定工作温度为８０±５℃，交流或直流工作电压为２４±４Ｖ，常温下功率消耗为０．９Ｗ左右，调整系数不小于１０（环境温度－５５℃～＋６０℃）。此外，还给出了恒温器用ＰＴＣ热敏电阻的制备工艺．