[发明专利]基于热释电效应的超声无损测温装置

说明书

本发明公开了一种基于热释电效应的超声无损测温装置。本发明采用相控聚焦超声换能器发射相控聚焦声束对测温区域进行逐点扫描，经过测温点后聚焦声束会发生散射，然后直达PVDF热释电传感器；PVDF的透声性能较好，绝大部分声波将会透过PVDF的薄膜后进入吸声背衬材料；吸声材料在吸收了声波之后，产生热量，分布于PVDF与背衬材料接触界面的热量会直接传递到PVDF表面，此时具有热释电性能的PVDF表面会产生表面电荷；通过消耗采集系统，该热释电电荷将会被记录，并通过PVDF对透射的超声波进行声功率等效监测，从而根据经过被测点声波的声功率变化，计算出该点的温度变化。

技术领域

本发明主要涉及超声无损测温装置，特别涉及一种基于热释电效应的超声无损人体测温装置。

背景技术

近年来，超声诊断已经逐渐成为最主要的医学诊疗手段。尤其随着“HIFU”技术的不断推广和“HIFU”装置的不断出现，超声热疗在肿瘤等疾病的治疗中越发受到了重视。如何对病灶部位的温度实现监测，是超声热疗技术由良性肿瘤治疗向恶性肿瘤治疗迈进的关键。

随着肿瘤热疗（射频消融RFA、高强度聚焦超声等）微创治疗技术的发展，在治疗过程中，存在治疗区域温度不可测量的问题，温度过高会对皮肤和病变部位周边的正常组织造成严重的烧伤，温度过低将导致未能完全杀死肿瘤细胞而使肿瘤组织残存的情况，为了在保护周边组织的前提下，安全有效的灭杀肿瘤细胞，需要对治疗区域温度进行快速、准确的检测。

目前对人体病灶部位的温度实现监测有两类方法：

一类是接触式测温，即把热电偶传感器插入人体组织内部实现对被测区域温度的测量。这种接触式测温，将热电偶插入病人体内，会破坏病人的身体组织，造成病变组织扩散的危险，给病人造成极大的痛苦，此种方法在医学应用上局限性很大。

因此，针对热疗时的测温研究主要是围绕第二类非接触式展开的，这类测温方法以非破坏性的特点备受期待。在科研或临床领域，非接触式测温的方法主要有以下几种：电阻抗成像法（EIT）、微波测温法、核磁共振成像法以及超声无损测温法。其中，电阻抗成像法的空间分辨率低、测量速度较慢、抗干扰性较差；微波测温法主要存在渗透深度有限、抗干扰能力弱的问题；核磁共振测温法能够提供较多的信息，而且无电离辐射，测温的灵敏度较高，但是它的空间分辨率不高，且设备价格昂贵、测试条件苛刻；超声无损测温是利用超声特性与温度的相关性来获取背侧组织的温度的信息的技术，它对人体的危害性小、深度高、速度快、成本低、抗电磁干扰能力强，因而超声无损测温方法在医学中的应用，越来越受到研究人员的关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于热释电效应的超声无损测温装置，以解决上述背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明采用超声相控阵激励系统控制相控聚焦超声换能器发射声波对被测区域进行扫描。所述的超声相控阵激励系统由PC机上的串口助手通过串口通信将阵元的延时数据发给现场可编程逻辑门阵列（FPGA），通过FPGA内部的延时计数器和比较器，产生相应的数字波形信号输出给高压脉冲发射电路，然后发射电路输出高压脉冲信号激励相控聚焦超声换能器发射超声声束。

所述的相控聚焦超声换能器发射超声声束，对测温区域进行逐点扫描，经过测温点后聚焦声束会发生散射，然后直达PVDF 热释电传感器。PVDF 热释电传感器的透声性能较好，绝大部分声波将会透过PVDF的薄膜后进入吸声背衬材料；吸声材料在吸收了声波之后，产生热量，分布于PVDF与背衬材料接触界面的热量会直接传递到PVDF表面，此时具有热释电性能的PVDF表面会产生表面电荷。

所述的PVDF热释电传感器输出压电信号和热释电信号，经过模拟低通滤波器后只剩下热释电信号传送给PC机进行处理，由此检测到声功率。由于当介质中某一位置的温度发生变化时，此时介质的声速和声衰减系数也会发生变化。因此根据上一步中检测到的声功率，利用反演算法，可以推算出被测点的温度（或温度变化）。