专利名称：高强度聚焦超声声场测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高强度聚焦超声声场测量系统，特别适用于单阵元、多阵元高强 度聚焦超声治疗系统的声场测量，属于医学测量仪器领域。
背景技术：
高强度聚焦超声技术作为一种对治疗区域产生有损伤害的治疗方法，其安全剂量 和治疗效果尤其值得关注。而换能器性能的好坏，治疗效果与适用范围都与聚焦声场的分 布密切相关，因此对高强度聚焦声场的测量和描绘就日显重要。经对现有技术的文献检索发现(1)中国专利公开号为CN1461942，2003. 12. 17公开，专利名称为声场测量装置。 其不足之处在于该装置为手动单点测量，无法快速进行声场扫描。(2)中国专利公开号为CN1792333A，2006. 06. 28公开，专利名称为平行扫描式超 声声场断层成像水听器系统。其不足之处在于该系统采用平面式聚偏氟乙烯压电薄膜，无 法减弱超声反射对测量的影响，尤其是对连续波方式的超声换能器进行测量时。(3)中国专利公开号为CN1453562A，2003. 11. 05公开，专利名称为医用超声设备 声输出测量系统。其不足之处在于该装置为手动调节，装置结构复杂，超声反射对测量的 影响较大，当超声换能器为连续波发射模式时，可能无法进行测量。(4)中国专利公开号为CN201173815Y，2008. 12. 31公开，专利名称为用于超声聚 焦刀探头声场测量的数据采集装置。其不足之处在于该数据采集装置只能采集垂直声束 传播轴的某一平面上的声场，因此不能对声场聚焦区域进行快速、精确三维立体扫描。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，设计提供一种高强度聚焦超声声场测量 系统，能快速、精确、智能化、图形化进行超声声场的测量。为实现上述目的，本发明设计的高强度聚焦超声声场测量系统包括智能数据处理 模块、多自由度步进扫描控制模块、数据采集模块和水听器；智能数据处理模块向多自由度 步进扫描控制模块发送指令进行智能化声场扫描，根据采集的数据实时获取相应的声场分 布及声场参数；数据采集模块采集水听器感应到的电压信号；多自由度步进扫描控制模块 由三维步进电机控制器、三维运动装置和水听器固定装置构成，水听器固定装置底面贴有 吸声橡胶。三维运动装置根据三维步进电机控制器的指令进行点动、增量或同步增量等运 动模式，三维步进电机控制器根据智能数据处理模块的指令进行多轴同动、单轴勻速运动 或单轴变速运动控制。本发明的技术方案具体如下本发明包括智能数据处理模块、多自由度步进扫描控制模块、数据采集模块和水 听器。所述智能数据处理模块由计算机及专用应用软件构成，智能数据处理模块与多自由 度步进扫描控制模块相连，向多自由度步进扫描控制模块发送指令进行智能化声场扫描。
3多自由度步进扫描控制模块与水听器相连。数据采集模块与水听器相连，采集的数据为水 听器感应到的电压信号。智能数据处理模块与数据采集模块相连，智能数据处理模块向数 据采集模块发送采集数据的指令，根据采集的数据实时获取相应的声场分布，进而获取声 场参数。本发明中，所述多自由度步进扫描控制模块由三维步进电机控制器、三维运动装 置和水听器固定装置。三维步进电机控制器通过串口通讯线与智能数据处理模块相连，三 维步进电机控制器与三维运动装置相连，水听器固定装置固定在三维运动装置上。水听器 固定装置底面贴有吸声橡胶，水听器固定在水听器固定装置上且从水听器固定装置底面的 吸声橡胶中心孔穿出。本发明的高强度聚焦超声声场测量系统用于声场测量时(1)调节发射换能器使其处于水平位置，将水听器放置于被测高强度聚焦超声系 统的声场中，调节三维运动装置和水听器固定装置，使水听器与发射换能器垂直，并保证水 听器平面扫描运动过程中始终与发射换能器垂直。。(2)运行数据采集模块和智能数据处理模块，根据水听器感应到的电压信号调节 三维运动装置，在三维空间内扫描寻找到声场三维空间中的焦点位置，并设定此点为声场 三维空间坐标的原点。如发射换能器为自聚焦换能器，则设定其几何焦点为声场三维空间 坐标的原点。(3)根据设定的扫描模式、扫描路径和空间每点的停留时间，采集数据。(4)根据所采集到的数据进行实时的声场分布分析和描绘。本发明控制灵活，步进精度和扫描范围可控，可以实现快速、精确、智能化和三维 图形化超声声场测量。
图1为本发明系统组成结构框图。图2为本发明系统实施结构示意图。
具体实施例方式为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图和实施例作进一步的详细描 述。实施例所采用的技术参数不构成对本发明的限定。图1为本发明高强度聚焦超声声场测量系统的组成结构框图。如图1所示，本发 明由智能数据处理模块、多自由度步进扫描控制模块、数据采集模块和水听器构成。智能数 据处理模块与多自由度步进扫描控制模块相连，向多自由度步进扫描控制模块发送指令进 行智能化声场扫描。多自由度步进扫描控制模块与水听器相连。数据采集模块与水听器相 连，采集的数据为水听器感应到的电压信号。智能数据处理模块与数据采集模块相连，智能 数据处理模块向数据采集模块发送采集数据的指令，根据采集的数据实时获取相应的声场 分布，进而获取声场参数。图2为本发明系统的具体结构及实施的示意图。如图2所示，本发明由智能数据 处理模块、多自由度步进扫描控制模块、数据采集模块和水听器构成，其中，多自由度步进 扫描控制模块由三维步进电机控制器、三维运动装置和水听器固定装置构成。
三维步进电机控制器通过串口通讯线与智能数据处理模块相连，三维步进电机控 制器与三维运动装置相连，水听器固定装置固定在三维运动装置上；水听器固定装置底面 贴有吸声橡胶，水听器固定在水听器固定装置上且从水听器固定装置底面的吸声橡胶中心 孔穿出。本发明中，智能数据处理模块是测量系统的核心部分，由计算机及专用应用软件 构成。智能数据处理模块向多自由度步进扫描控制模块发送指令，通过多自由度步进扫描 控制模块进行智能化声场扫描，自动寻找声场三维空间中的焦点位置，根据需求设置扫描 模式、扫描路径和空间每个点间的停留时间。智能数据处理模块向数据采集模块发送采集数据的指令，由数据采集模块采集水 听器感应到的电压信号，智能数据处理模块根据所采集的声场数据，进行实时分析，用图形 化的方式在计算机显示屏显示。本发明中，数据采集模块接收智能数据处理模块的指令，采集水听器感应到的电 压信号。数据采集模式包括基本数据采集、单点脉冲、连续采集及多点快速采集等。数据采集模块与智能数据处理模块之间通过通用接口总线(General PurposeInterface Bus, GPIB)进行通讯联系。本发明中，多自由度步进扫描控制模块由三维步进电机控制器、三维运动装置和 水听器固定装置构成。所述的三维运动装置接收三维步进电机控制器的指令，根据指令进 行点动、增量、同步增量等运动模式。所述的三维步进电机控制器接收智能数据处理模块的 指令，根据指令进行多轴同动、单轴勻速运动或单轴变速运动控制。本发明的高强度聚焦超声声场测量系统用于声场测量的具体步骤为(1)调节发射换能器使其处于水平位置，将水听器放置于被测高强度聚焦超声系 统的声场中，调节三维运动装置和水听器固定装置，使水听器与发射换能器垂直，并保证水 听器平面扫描运动过程中始终与发射换能器垂直。(2)运行数据采集模块和智能数据处理模块，根据水听器感应到的电压信号调节 三维运动装置，在三维空间内扫描寻找到声场三维空间中的焦点位置，并设定此点为声场 三维空间坐标的原点。如发射换能器为自聚焦换能器，则设定其几何焦点为声场三维空间 坐标的原点。(3)根据设定的扫描模式、扫描路径和空间每点的停留时间，采集数据。(4)根据所采集到的数据进行实时的声场分布分析和描绘。在本发明的实施例中，所述水听器采用PVDF探针式水听器，其敏感元件为PVDF压 电薄膜，直径0. 8mm,厚度为25 μ m。传感元件安装在一个不锈钢管的顶端，不锈钢管的外径 为1. 5mm，长约30-40mm，同轴电缆直径2mm，长lm，通过BNC插头连接到示波器。
权利要求
一种高强度聚焦超声声场测量系统，其特征在于包括智能数据处理模块、多自由度步进扫描控制模块、数据采集模块和水听器；所述智能数据处理模块由计算机及专用应用软件构成，智能数据处理模块与多自由度步进扫描控制模块相连，向多自由度步进扫描控制模块发送指令进行智能化声场扫描；多自由度步进扫描控制模块与水听器相连；数据采集模块与水听器相连，采集的数据为水听器感应到的电压信号；智能数据处理模块与数据采集模块相连，智能数据处理模块向数据采集模块发送采集数据的指令，根据采集的数据实时获取相应的声场分布，进而获取声场参数；所述多自由度步进扫描控制模块由三维步进电机控制器、三维运动装置和水听器固定装置；三维步进电机控制器通过串口通讯线与智能数据处理模块相连，三维步进电机控制器与三维运动装置相连，水听器固定装置固定在三维运动装置上；水听器固定装置底面贴有吸声橡胶，水听器固定在水听器固定装置上且从水听器固定装置底面的吸声橡胶中心孔穿出。
2.根据权利要求1的高强度聚焦超声声场测量系统，其特征在于所述的智能数据处理 模块自动寻找声场三维空间中的焦点位置，根据需求设置扫描模式、扫描路径和空间每个 点间的停留时间，根据所采集的声场数据，进行实时分析，用图形化的方式在计算机显示屏 显不。
3.根据权利要求1的高强度聚焦超声声场测量系统，其特征在于所述的数据采集模块 接收智能数据处理模块的指令，根据指令进行基本数据采集、单点脉冲、连续采集或多点快 速采集。
4.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声声场测量系统，其特征在于所述的三维运动 装置接收三维步进电机控制器的指令，根据指令进行点动、增量或同步增量运动模式。
5.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声声场测量系统，其特征在于所述的三维步进 电机控制器接收智能数据处理模块的指令，根据指令进行多轴同动、单轴勻速运动或单轴 变速运动控制。
全文摘要
本发明涉及一种高强度聚焦超声声场测量系统，包括智能数据处理模块、多自由度步进扫描控制模块、数据采集模块和水听器；智能数据处理模块向多自由度步进扫描控制模块发送指令进行智能化声场扫描，根据采集的数据实时获取相应的声场分布及声场参数；数据采集模块采集水听器感应到的电压信号；多自由度步进扫描控制模块由三维步进电机控制器、三维运动装置和水听器固定装置构成，水听器固定装置底面贴有吸声橡胶。三维运动装置根据三维步进电机控制器的指令进行点动、增量或同步增量等运动模式，三维步进电机控制器根据智能数据处理模块的指令进行多轴同动、单轴匀速运动或单轴变速运动控制。本发明可实现快速、精确、智能化和图形化超声声场测量。
文档编号G01H11/06GK101936770SQ201010262590
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者余瑛, 沈国峰, 白景峰, 陈亚珠, 黄秀美 申请人:上海交通大学