应用案例

【概述】

某研究团队使用功率放大器和ATA-5620前置微小信号放大器，搭建聚焦超声治疗与声致热声信号采集的一体化实验平台。

实验名称：声致热声信号测量及成像实验研究

研究方向：声-热-固多物理场耦合机理及热弹性效应研究、脉冲聚焦超声激励与热声信号同步采集系统设计、非线性声场传播及焦域温升分布的数值模拟与仿真、高频单阵元换能器声场分布及电声转换效率测试、声致热声成像系统横向分辨率及对比度性能评估

实验目的：搭建聚焦超声治疗与声致热声信号采集的一体化实验平台，并以此为基础，通过实测换能器性能、分析仿体及离体组织中的声致热声信号特性，系统验证前文仿真模型的准确性与可靠性；同时，通过对细金属丝、不同声衰减系数仿体以及热凝固损伤牛心组织的成像研究，评估该成像方法在空间分辨率、图像对比度方面的表现，并最终验证声致热声成像技术用于监测聚焦超声所致热损伤（热消融监控）的可行性与应用潜力。

测试设备：信号发生器、功率放大器、低噪声前置放大器（ATA-5620）、聚焦超声换能器、步进电机、超声接收能换能器、数据采集卡等。

实验过程：首先搭建了一套集成脉冲信号激励、步进电机精准定位与数据采集的一体化实验平台，并对所使用的高频聚焦超声换能器进行了声场分布与电声转换效率的实际测量标定；随后，在琼脂仿体中，通过改变入射声功率、接收距离、激励脉宽及接收换能器频率等参数，系统采集并分析了声致热声信号的时频域特性，以验证仿真规律；最后，分别以嵌入的细金属丝、不同石墨浓度的声衰减仿体以及经聚焦超声造成热凝固损伤的离体牛心组织为成像目标，进行逐点扫描式成像实验，获取其二维热声图像，从而评估系统的分辨率、对比度以及对热损伤区域的监测能力。

图1聚焦超声治疗及声致热声采集一体化实验系统图

图2声致热声信号特性测量实验装置图

实验结果：

1.换能器实测声场的焦长（0.703mm）与焦宽（0.192mm）与仿真结果高度吻合，且其电声转效率为76%，验证了实验平台的可靠性与功率控制的准确性。

2.仿体实验中测得的声致热声信号呈低频宽带双极性特征，其时域波形、幅值及频谱分布均与仿真结果接近，且在不同接收换能器频率下均未检测到空化特征信号，排除了空化干扰。

3.热声信号的峰峰值随入射声功率的增加呈线性增大，随接收换能器与焦点距离的增加而衰减，且信号延迟时间严格满足t=L/c的声传播规律。

4.通过调节激励脉冲宽度可调制热声信号，上升沿激发的信号位置固定，下降沿激发的信号位置随脉宽线性后移，两者间隔恰好等于脉宽Δt。

图3激励脉宽Δt为a)1、b)10、c)20、d)30μs热声信号时域图

安泰放大器在此应用中的产品优势：

1、对接收换能器转换出的微弱声致热声电信号进行第一级放大，使其幅值提升至数据采集卡能够有效识别和量化的标准范围内。

2、利用其低噪声设计，在放大目标信号的同时最大限度抑制引入的附加电路噪声，从而有效提高微弱热声信号提取的信噪比。

3、作为接收换能器与数据采集卡之间的中间缓冲级，实现阻抗匹配并增强信号驱动能力，保障信号在长距离传输至采集卡过程中的完整性与稳定性。

4、将处理后的高质量模拟信号输送至数据采集卡，为后续上位机进行精确的波形显示、A/D转换采样及数据存储提供可靠的输入信号。

本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测试仪器研发、生产和销售的高科技企业。如想了解更多功率放大器等产品，请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。

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