产生超高声压的方法、超高声压产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种产生超高声压的方法、超高声压产生装置，属于高强度聚焦超声技术及高能物理技术领域，其可解决现有的声空化内部的超高声压难以控制，导致其无法被有效利用的问题。本发明专利技术的产生超高声压的方法包括：通过设于传声媒质中的发声面发射聚焦的超声波，发声面反射至少部分超声波，所述发射的超声波和反射的超声波在发声面内侧形成聚焦的驻波声场；在驻波声场的焦域区域内引发空化，空化泡崩溃产生超高声压。

Method and device for producing super high sound pressure

【技术实现步骤摘要】
产生超高声压的方法、超高声压产生装置
本专利技术属于高强度聚焦超声
，具体涉及一种产生超高声压的方法、超高声压产生装置。
技术介绍
超声波聚焦后可以获得一个能量高度集中的区域，该区域称为焦域。利用这一特性，中国已率先将该技术开发为高强度聚焦超声肿瘤治疗设备，并运用于临床开展肝肿瘤、肾肿瘤、骨肿瘤、子宫肌瘤等良恶性肿瘤的治疗，在治疗安全性、有效性、经济性方面取得良好的效果，逐步形成一个新的微无创治疗技术方向。现有的超声波聚焦方式，例如，球壳式聚焦、透镜聚焦、反射镜聚焦、相控聚焦等均属于行波聚焦方式。行波聚焦方式达到的最高声压为107Pa量级(对连续波)、108Pa量级(对脉冲波)，最小焦域尺寸为波长量级，焦点能量很难进一步提高，导致无法研究更高量级的声压所具有的能量对肿瘤治疗的效果。现有技术中，在一定条件下，采用聚焦超声作用到刚性界面表面能够形成空化泡，通过高速摄像拍摄得到的粘附于刚性表面的空化泡崩塌发射的冲击波的传播过程，可推算出气泡壁的压强为7.7±1.6GPa。同时，相关研究及理论计算表明，空化泡崩溃时产生的声压可达到109Pa量级。但是这种通过行波聚焦在刚性表面形成的空化泡的范围是难以被约束的，故虽然空化能产生超高声压，但是因空化范围的不可控性导致其能量仍然无法被有效利用。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种能够产生大于或者等于109Pa量级，且范围可控的超高声压的产生方法。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是一种产生超高声压的方法，包括：通过设于传声媒质中的发声面发射聚焦的超声波，发声面反射至少部分超声波，所述发射的超声波和反射的超声波在发声面内侧形成聚焦的驻波声场；在驻波声场的焦域区域内引发空化，空化泡崩溃产生超高声压。优选的，所述通过设于传声媒质中的发声面发射聚焦的超声波的步骤之前还包括：将传声媒质的静压力至少加压至预定阈值。进一步优选的，所述预定阈值为8MPa。进一步优选的，所述通过设于传声媒质中的发声面发射聚焦的超声波的步骤具体包括：通过设于传声媒质中的发声面以第一频率开始发射聚焦的超声波；调整所述超声波的频率，直至所述发射的超声波和反射的超声波在发声面内侧形成聚焦的驻波声场。进一步优选的，所述在驻波声场的焦域区域内引发空化具体包括：调整所述超声波的强度，以在驻波声场的焦域区域内引发空化。优选的，空化泡崩溃时产生的超高声压大于或者等于109Pa。优选的，焦域区域内引发的空化的范围在任意方向上的尺寸小于或者等于超声波的波长。优选的，所述超声波的波形为连续波、脉冲串波中的一者。优选的，所述传声媒质包括去离子脱气水。优选的，所述发声面的形状为球面、圆柱面、截球面中的任意一种。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是一种超高声压产生装置，包括：传声媒质容纳单元，用于容纳传声媒质；设于传声媒质容纳单元内的发声单元，其具有发声面，所述发声单元用于通过发声面发射聚焦的超声波，发声面能反射至少部分超声波，以使所述发射的超声波和反射的超声波在发声面内侧形成聚焦的驻波声场，并在驻波声场的焦域区域内引发空化，通过空化泡崩溃产生超高声压。优选的，所述传声媒质容纳单元为高压舱。优选的，所述超高声压产生装置还包括：加压单元，用于将传声媒质的静压力至少加压至预定阈值。本专利技术的产生超高声压的方法中，利用超声波的发射与反射形成驻波声场，并在驻波声场的焦域内自主引发空化，从而可形成109Pa量级的超高声压，同时，利用驻波声场的声镊作用将空化范围限制在焦域范围内，从而有效控制空化范围，进而有助于对空化所产生的超高声压的有效利用。附图说明图1为本专利技术的实施例的超高声压产生方法的流程图；图2为本专利技术的实施例的超高声压产生方法的原理示意图；图3为本专利技术的实施例中超声波的传播示意图；图4为本专利技术的实施例的超高声压产生装置的结构示意图；其中附图标记为：1、传声媒质容纳单元；2、压强表；5、航插法兰盘；6、电缆抗压转接器；8、大功率电源；9、增压装置；10、净水装置；11、电磁阀；13、进水接口；14、排水接口；15、安装底座；16、快开门；18、超声换能器。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例1：如图1至图3所示，本实施例提供一种产生超高声压的方法，其可用于超声换能器产生超高声压(例如大于或者等于109Pa量级的声压)。该产生超高声压的方法包括：通过设于传声媒质中的发声面发射聚焦的超声波；通过发声面对至少部分超声波的反射，在发声面内侧形成聚焦的驻波声场；在驻波声场的焦域区域内引发空化，空化泡崩溃产生超高声压。“在驻波声场的焦域范围内引发空化，空化泡崩溃产生超高声压”是指，在一定的传声媒质的静压下，通过控制所发射的超声波的频率、功率等特征参数，使空化只发生在发声面内的驻波声场的焦域范围内，并约束于该区域内，从而实现对空化范围的控制，进而实现对空化泡崩溃所产生的超高声压的范围的控制。其中，以上方法可通过超声换能器实现，即其中的超声波可以是通过超声换能器产生的，而下面以利用超声换能器产生超高声压为例对本实施例进行说明。超声换能器包括壳体，壳体外表面设置有发声单元(例如大功率驱动电源)，能够产生超声波。壳体内表面可作为以上发声面(超声波发射面)，且其具有反射超声波的功能，从而在壳体内部构成一个谐振腔。壳体内填充有传声媒质，传声媒质具有一定的静压，优选的，传声媒质可包括去离子脱气水，以在保持超声传输的同时保证空化能量水平。其中，去离子脱气水可由净水装置提供。发声单元发出的超声波能够穿透超声换能器的壳体，从壳体的内表面发出，并借助传声媒质在壳体内进行传输，当遇到发声面后会发生反射，最终，发声单元发出的超声波与反射后的超声波在壳体内部形成驻波声场，并在焦域区域聚焦形成亚波长高声压区域。其中，本实施例中所发射的超声波的强度应足够在焦域区域自主引发空化，令传声媒质在焦域区域形成空化泡群。在交变的超声波的作用下，空化泡群在负压向下缓慢膨胀，在正压向下急剧收缩崩溃，从而可利用空化作用在焦域区域形成高温高压的环境。并且，本实施例中，由于驻波声场的“声镊”作用，能够对空化所产生的空化泡群进行钳制，使空化泡群始终位于焦域范围内，从而实现对空化范围的有效控制，进而有助于对空化所产生的超高声压的有效利用，以达到范围可控的超高声压。具体的，如图1和2所示，本实施例中的超高声压的产生方法可包括：S0、优选的，通过增压装置将传声媒质的静压至少加压至预定阈值。本实施例中，利用驻波声场在焦域区域自主发生空化，而空化阈值和空化区域的范围大小与环境压强(传声媒质的静压)有关。静压的增大会抑制空化的发生，提高空化阈值，此时，需要更高强度的超声波来确保空化的发生，故在此种情况下，产生的空化的强度也更大，也即最终空化泡崩溃所形成的超高声压量级也越高。同时，随着传声媒质的静压的增大，空化区域的范围会呈指数形式逐渐减小。也就是说，通过提升传声媒质的静压，能够将高强度的空化泡压缩在焦域内的更小范围之内，从而能够实现小范围的超高声压，提高超高声压的产生范围的精度，进一步实现对超高声压产生范围的精准控制。同时，由于传声媒质的静压与空化阈值有关，若先发射超声波，再调整静压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生超高声压的方法，其特征在于，包括：通过设于传声媒质中的发声面发射聚焦的超声波，发声面反射至少部分超声波，所述发射的超声波和反射的超声波在发声面内侧形成聚焦的驻波声场；在驻波声场的焦域区域内引发空化，空化泡崩溃产生超高声压。

【技术特征摘要】
1.一种产生超高声压的方法，其特征在于，包括：通过设于传声媒质中的发声面发射聚焦的超声波，发声面反射至少部分超声波，所述发射的超声波和反射的超声波在发声面内侧形成聚焦的驻波声场；在驻波声场的焦域区域内引发空化，空化泡崩溃产生超高声压。2.根据权利要求1所述的产生超高声压的方法，其特征在于，所述通过设于传声媒质中的发声面发射聚焦的超声波的步骤之前还包括：将传声媒质的静压力至少加压至预定阈值。3.根据权利要求2所述的产生超高声压的方法，其特征在于，所述预定阈值为8MPa。4.根据权利要求2所述的产生超高声压的方法，其特征在于，所述通过设于传声媒质中的发声面发射聚焦的超声波的步骤具体包括：通过设于传声媒质中的发声面以第一频率开始发射聚焦的超声波；调整所述超声波的频率，直至所述发射的超声波和反射的超声波在发声面内侧形成聚焦的驻波声场。5.根据权利要求4所述的产生超高声压的方法，其特征在于，所述在驻波声场的焦域区域内引发空化具体包括：调整所述超声波的强度，以在驻波声场的焦域区域内引发空化。6.根据权利要求1所述的产生超高声压的方法，其特征在于，空化泡崩溃时产生的超高声压大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芷龙，赵纯亮，李三勇，宋丹，雷光荣，张明军，许贵华，
申请(专利权)人：重庆海扶医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50