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      激光測振儀在醫學超聲領域的應用
      材料來源:MTC 兩江科技評論           錄入時間:2022/4/20 13:26:37

      近年來,超聲技術在醫學領域的應用越來越多,利用超聲波原理進行醫學治療的設備也在臨床實踐中被廣泛應用。醫學超聲設備主要是基于高頻振動波(超聲波)傳入人體組織,并在局部產生熱效應、機械效應和空化效應,引起目標組織的改變,從而達到治療的目的。激光測振儀是一種非接觸式的振動測量儀器,能夠精確測試醫學超聲設備的超聲振動特性和模態,在產品的研發、質檢和性能優化過程中起到了至關重要的作用。激光測振儀在醫學超聲領域的應用具有如下優勢:

      1、激光聚焦光斑小、空間分辨率高,能夠快速定位并測量超聲手術刀、潔牙器等小尺寸超聲器件;

      2、采用非接觸式的測量方法,高效便捷,可以快速檢測產線上的超聲設備性能,確保產品一致性,甚至可以檢測超聲設備在工作狀態下的超聲波輸出特性,更加真實地反映設備的實際使用性能;

      3、超聲檢測帶寬大,最高可檢測20 MHz左右的高頻超聲,同時能滿足1 nm以下的微弱振動分辨率要求,檢測精度極高;

      4、結合掃描式激光測振儀,可以快速實現超聲設備的振動模態全場成像和分析,為性能優化提供最全面的實驗數據。

      圖1 醫學超聲原理與MTC激光多普勒測振儀

      南京光聲超構材料研究院有限公司自主研制的高頻激光測振儀,具有0.1 Hz~20 MHz的檢測帶寬,位移分辨率~0.04 nm/√Hz ,檢測光斑直徑~0.1 mm,檢測距離0.3~20 m,完全能夠滿足大多數醫學超聲設備的超聲特性檢測需求。

      01 超聲手術刀

      超聲手術刀是一種通過激發20 kHz~60 kHz 超聲振動的金屬探頭(刀頭),對生物組織進行切割、消融、止血、破碎或去除的外科手術儀器。超聲手術刀的工作性能一般與刀頭的超聲輸出功率、頻率直接相關,因此對刀頭的超聲特性探測至關重要。超聲手術刀的刀頭尺寸一般為5-10 mm,這種小尺寸結構很難采用接觸式傳感器測量其超聲特性,而激光測振儀則可以輕松將激光聚焦到刀頭位置,精確測量超聲振幅與頻率。國內常用超聲手術刀的刀頭振動頻率通常在55 kHz左右,振動位移幅度~50μm。PLV-202型激光測振儀檢測帶寬0.1 Hz~20 MHz,位移檢測分辨率優于1 nm,是超聲手術刀性能檢測的完美選擇。

      圖2 激光測振儀用于超聲手術刀性能檢測

      02  超聲潔牙器

      超聲潔牙器主要工作原理是:將高頻振蕩信號作用于超聲換能器,利用逆壓電效應(或磁致伸縮效應)產生超聲振動并傳遞至工作尖,工作尖受到激勵產生共振,利用工作尖的超聲波共振可以將牙齒表面的菌斑、結石或牙周表面的細菌等清除。依據我國醫藥行業標準(YY 0460-2009)和國際電工委員會標準(IEC 61205:1993),超聲潔牙器工作尖的超聲輸出特性是重要的檢測指標。常規超聲潔牙器工作尖振動頻率主要設計范圍在18 kHz~60 kHz,其中以42 kHz工作頻率最為常見。同時工作尖尺寸往往較。ǎ1mm),無法采用傳統的接觸式振動傳感器進行檢測。因此,對于超聲潔牙器振動性能的檢測,通常采用激光測振儀完成,其非接觸式的檢測方式便于開展產線上產品的逐個檢測,是產品良率和一致性的有力保障。

      圖3 激光測振儀用于超聲潔牙器質檢

      03  HIFU刀

      HIFU刀是高強度聚焦超聲治療(High-Intensity Focused Ultrasound)的簡稱,近年來被逐漸推廣應用于子宮肌瘤、前列腺癌等多種腫瘤的治療。其中,碗狀的聚焦超聲換能器是HIFU刀的關鍵部件之一,可以將體外超聲能量聚焦于體內,使靶區的腫瘤組織瞬間達到60℃以上高溫,導致其產生凝固性壞死,從而達到消除病灶的目的。因此,高強度聚焦超聲的振動特性直接決定腫瘤治療效果。MTC自主研發的激光測振儀可以精準檢測高強度聚焦超聲換能器的振動頻率和幅度,其中掃描型激光測振儀還可以直接測試其振動模態,是HIFU刀研發與性能提升的可靠選擇。

      圖4 激光測振儀用于HIFU刀性能提升

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