研究人员发现热环无线产生微波供电的超声波脉冲

[所属分类:新闻动态] [发布时间:2020-6-24] [发布人:] [阅读次数:] [返回]

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超声成像是现代医院的主力军之一。它达到了相对便宜，便携式和无创的三重效果。使未来的父母对胎儿图像产生情感的能力也是一种值得赞赏的特权。

但是超声成像确实有其局限性。与光学波长相比，其分辨率通常受到声波波长的限制，声波波长相当长。声学换能器的局限性进一步加剧了这些问题：它们通常针对较小的声频范围进行了优化，从而限制了飞行时间类型测量的分辨率。然后就是使声波进入和离开人体的问题。人体与空气(或坚固的麦克风)的声学特性之间的巨大失配会造成很大的损失。为了克服这个问题，科学家和工程师提出了一些颇具创造性的解决方案，例如将患者部分浸入浴缸中以改善声学匹配。能够以良好的声学匹配将声源放置在身体上的任何位置将避免这些问题。

Lan及其同事在同行评审的开放存取期刊Advanced Photonics中进行了报道，他们开发了一种无线超声换能器，该换能器可以被微波有效地激发。结果是可以将简单的填充油的贴片放置在身体上的任何位置。没有电池，电线和浴缸。

线环引起良好的振动

基本原理是基于利用微波吸收来产生声波。微波是具有高分辨率但成像深度较低的光声成像与传统超声成像之间的完美折衷。与光学系统相比，微波导致较低的分辨率，但是散射也要低得多，因此激发深度不再是问题。但是，人体对微波的吸收也很低，因此产生的声波非常微弱。

吸收的功率与微波的振幅成正比。高振幅微波将产生更强的声波。不幸的副作用是，您可能会不经意地烹饪要成像的人。为了避免意外烹饪，应将微波集中在需要的地方。这是Lan及其同事开发的设备的功能。

该技术依赖于裂环谐振器的特性。裂环谐振器是断开的导线环。当暴露于微波中时，电流会在环中流动。但是，由于环不完整，电荷会在间隙处“堆积”，从而在导线的两端之间产生较大的电压。如此大的振荡电压意味着仅在间隙中吸收的功率就很高，并且可以有效地产生热弹性感应的声波。

现在，谐振器暗示它在特定的辐射频率下效率最高。开环谐振器也不例外：谐振频率由线环的直径及其所在的介质控制。Lan及其同事选择了一个直径约为13毫米的直径，该直径在空气中在2.3 GHz时产生共振，在石油中在2.5 GHz时产生共振。但是，更重要的特征是谐振器的带宽。在这里，研究人员面临一个选择。为了增加吸收的功率量，具有带宽非常窄的谐振器是有益的。然而，为了产生非常短的声音脉冲，带宽需要非常宽。研究人员最终获得了一个裂环谐振器，其带宽约为200 MHz，约为传统压电换能器的10-20倍。

保形无线谐振

器通过一系列实验证明了裂环谐振器的灵活性，表明它可以通过对微波激发脉冲来产生超声频率的混合。产生了高达约2.5 MHz的声频，但是基于裂环谐振器的谐振宽度，可能会产生更高的频率。

可能最大的好处是谐振器只是一个铜环。通过将环放置在装有一些油的塑料外壳中(油吸收微波并与人体的声学特性相匹配)，可以将环放置在人体上的任何位置并进行远程激励。无线激发的超声信号很强，研究人员表明，获得超声信号所需的平均功率低至10mW。