【概述】

某研究團隊使用功率放大器和ATA-5620前置微小信號放大器，搭建聚焦超聲治療與聲致熱聲信號采集的一體化實驗平臺。

實驗名稱：聲致熱聲信號測量及成像實驗研究

研究方向：聲-熱-固多物理場耦合機理及熱彈性效應研究、脈沖聚焦超聲激勵與熱聲信號同步采集系統設計、非線性聲場傳播及焦域溫升分布的數值模擬與仿真、高頻單陣元換能器聲場分布及電聲轉換效率測試、聲致熱聲成像系統橫向分辨率及對比度性能評估

實驗目的：搭建聚焦超聲治療與聲致熱聲信號采集的一體化實驗平臺，并以此為基礎，通過實測換能器性能、分析仿體及離體組織中的聲致熱聲信號特性，系統驗證前文仿真模型的準確性與可靠性；同時，通過對細金屬絲、不同聲衰減系數仿體以及熱凝固損傷牛心組織的成像研究，評估該成像方法在空間分辨率、圖像對比度方面的表現，并最終驗證聲致熱聲成像技術用于監測聚焦超聲所致熱損傷（熱消融監控）的可行性與應用潛力。

測試設備：信號發生器、功率放大器、低噪聲前置放大器（ATA-5620）、聚焦超聲換能器、步進電機、超聲接收能換能器、數據采集卡等。

實驗過程：首先搭建了一套集成脈沖信號激勵、步進電機精準定位與數據采集的一體化實驗平臺，并對所使用的高頻聚焦超聲換能器進行了聲場分布與電聲轉換效率的實際測量標定；隨后，在瓊脂仿體中，通過改變入射聲功率、接收距離、激勵脈寬及接收換能器頻率等參數，系統采集并分析了聲致熱聲信號的時頻域特性，以驗證仿真規律；最后，分別以嵌入的細金屬絲、不同石墨濃度的聲衰減仿體以及經聚焦超聲造成熱凝固損傷的離體牛心組織為成像目標，進行逐點掃描式成像實驗，獲取其二維熱聲圖像，從而評估系統的分辨率、對比度以及對熱損傷區域的監測能力。

圖1聚焦超聲治療及聲致熱聲采集一體化實驗系統圖

圖2聲致熱聲信號特性測量實驗裝置圖

實驗結果：

1.換能器實測聲場的焦長（0.703mm）與焦寬（0.192mm）與仿真結果高度吻合，且其電聲轉效率為76%，驗證了實驗平臺的可靠性與功率控制的準確性。

2.仿體實驗中測得的聲致熱聲信號呈低頻寬帶雙極性特征，其時域波形、幅值及頻譜分布均與仿真結果接近，且在不同接收換能器頻率下均未檢測到空化特征信號，排除了空化干擾。

3.熱聲信號的峰峰值隨入射聲功率的增加呈線性增大，隨接收換能器與焦點距離的增加而衰減，且信號延遲時間嚴格滿足t=L/c的聲傳播規律。

4.通過調節激勵脈沖寬度可調制熱聲信號，上升沿激發的信號位置固定，下降沿激發的信號位置隨脈寬線性后移，兩者間隔恰好等于脈寬Δt。

圖3激勵脈寬Δt為a)1、b)10、c)20、d)30μs熱聲信號時域圖

安泰放大器在此應用中的產品優勢：

1、對接收換能器轉換出的微弱聲致熱聲電信號進行第一級放大，使其幅值提升至數據采集卡能夠有效識別和量化的標準范圍內。

2、利用其低噪聲設計，在放大目標信號的同時最大限度抑制引入的附加電路噪聲，從而有效提高微弱熱聲信號提取的信噪比。

3、作為接收換能器與數據采集卡之間的中間緩沖級，實現阻抗匹配并增強信號驅動能力，保障信號在長距離傳輸至采集卡過程中的完整性與穩定性。

4、將處理后的高質量模擬信號輸送至數據采集卡，為后續上位機進行精確的波形顯示、A/D轉換采樣及數據存儲提供可靠的輸入信號。

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發、生產和銷售的高科技企業。