[發明專利]基于熱釋電效應的超聲無損測溫裝置

在審

• 申請號: 201810228112.0
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108279078A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 曹永剛;於煒力;陳倩;王月兵
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01K11/22
• 分類號: G01K11/22;A61B5/01
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明公開了一種基于熱釋電效應的超聲無損測溫裝置。本發明采用相控聚焦超聲換能器發射相控聚焦聲束對測溫區域進行逐點掃描，經過測溫點后聚焦聲束會發生散射，然后直達PVDF熱釋電傳感器；PVDF的透聲性能較好，絕大部分聲波將會透過PVDF的薄膜后進入吸聲背襯材料；吸聲材料在吸收了聲波之后，產生熱量，分布于PVDF與背襯材料接觸界面的熱量會直接傳遞到PVDF表面，此時具有熱釋電性能的PVDF表面會產生表面電荷；通過消耗采集系統，該熱釋電電荷將會被記錄，并通過PVDF對透射的超聲波進行聲功率等效監測，從而根據經過被測點聲波的聲功率變化，計算出該點的溫度變化。

技術領域

本發明主要涉及超聲無損測溫裝置，特別涉及一種基于熱釋電效應的超聲無損人體測溫裝置。

背景技術

近年來，超聲診斷已經逐漸成為最主要的醫學診療手段。尤其隨著“HIFU”技術的不斷推廣和“HIFU”裝置的不斷出現，超聲熱療在腫瘤等疾病的治療中越發受到了重視。如何對病灶部位的溫度實現監測，是超聲熱療技術由良性腫瘤治療向惡性腫瘤治療邁進的關鍵。

隨著腫瘤熱療（射頻消融RFA、高強度聚焦超聲等）微創治療技術的發展，在治療過程中，存在治療區域溫度不可測量的問題，溫度過高會對皮膚和病變部位周邊的正常組織造成嚴重的燒傷，溫度過低將導致未能完全殺死腫瘤細胞而使腫瘤組織殘存的情況，為了在保護周邊組織的前提下，安全有效的滅殺腫瘤細胞，需要對治療區域溫度進行快速、準確的檢測。

目前對人體病灶部位的溫度實現監測有兩類方法：

一類是接觸式測溫，即把熱電偶傳感器插入人體組織內部實現對被測區域溫度的測量。這種接觸式測溫，將熱電偶插入病人體內，會破壞病人的身體組織，造成病變組織擴散的危險，給病人造成極大的痛苦，此種方法在醫學應用上局限性很大。

因此，針對熱療時的測溫研究主要是圍繞第二類非接觸式展開的，這類測溫方法以非破壞性的特點備受期待。在科研或臨床領域，非接觸式測溫的方法主要有以下幾種：電阻抗成像法（EIT）、微波測溫法、核磁共振成像法以及超聲無損測溫法。其中，電阻抗成像法的空間分辨率低、測量速度較慢、抗干擾性較差；微波測溫法主要存在滲透深度有限、抗干擾能力弱的問題；核磁共振測溫法能夠提供較多的信息，而且無電離輻射，測溫的靈敏度較高，但是它的空間分辨率不高，且設備價格昂貴、測試條件苛刻；超聲無損測溫是利用超聲特性與溫度的相關性來獲取背側組織的溫度的信息的技術，它對人體的危害性小、深度高、速度快、成本低、抗電磁干擾能力強，因而超聲無損測溫方法在醫學中的應用，越來越受到研究人員的關注。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于熱釋電效應的超聲無損測溫裝置，以解決上述背景中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明采用超聲相控陣激勵系統控制相控聚焦超聲換能器發射聲波對被測區域進行掃描。所述的超聲相控陣激勵系統由PC機上的串口助手通過串口通信將陣元的延時數據發給現場可編程邏輯門陣列（FPGA），通過FPGA內部的延時計數器和比較器，產生相應的數字波形信號輸出給高壓脈沖發射電路，然后發射電路輸出高壓脈沖信號激勵相控聚焦超聲換能器發射超聲聲束。

所述的相控聚焦超聲換能器發射超聲聲束，對測溫區域進行逐點掃描，經過測溫點后聚焦聲束會發生散射，然后直達PVDF 熱釋電傳感器。PVDF 熱釋電傳感器的透聲性能較好，絕大部分聲波將會透過PVDF的薄膜后進入吸聲背襯材料；吸聲材料在吸收了聲波之后，產生熱量，分布于PVDF與背襯材料接觸界面的熱量會直接傳遞到PVDF表面，此時具有熱釋電性能的PVDF表面會產生表面電荷。

所述的PVDF熱釋電傳感器輸出壓電信號和熱釋電信號，經過模擬低通濾波器后只剩下熱釋電信號傳送給PC機進行處理，由此檢測到聲功率。由于當介質中某一位置的溫度發生變化時，此時介質的聲速和聲衰減系數也會發生變化。因此根據上一步中檢測到的聲功率，利用反演算法，可以推算出被測點的溫度（或溫度變化）。