Ultraäänivaiheinen ryhmä on ultraäänitekniikka , joka tarjoaa elektronisen dynaamisen tarkennuksen [1] , eli sen avulla voit muuttaa tarkennuksen sijaintia siirtämättä itse ryhmää ja myös luoda tarvittaessa useita polttimia samanaikaisesti [ 2] [3] . Sitä käytetään lääketieteessä ultraäänidiagnostiikassa [1] , invasiivisissa interventioissa, teollisissa tuhoamattomissa testausjärjestelmissä .
Ultraäänikirurgiassa ja -hoidossa käytetään kahden tyyppisiä verkkoja: kehon ulkopuolisia, potilaan kehon ulkopuolelle asennettuja verkkoja ja kehoon vietäviä ritilöitä. Ensimmäisessä niistä ei ole kokorajoituksia (tunnetaan puolipallon muotoisia leikkausritilöitä, joiden halkaisija on 30 cm), ja siksi niistä voidaan tehdä kaksiulotteisia. Toisen tyypin ritilöiden, joilla on merkittävä akustinen teho, tulisi olla mahdollisimman pieni poikittaismitta (mieluiten enintään 20–25 mm), ja siksi ne ovat lineaarisia.
Potentiaaliset vaiheistetun järjestelmän kliinisen sovelluksen alueet ovat: onkologia , eturauhaskudoksen ( eturauhasen) tuhoutuminen, kohdun fibromyoomakirurgia , litotripsia, reseptorihermorakenteiden stimulaatio. Kaksiulotteisten verkkojen käyttömahdollisuudet kardiologiassa , glaukooman hoidossa , aivorakenteiden neuromodulaatiossa ja aivosisäisten kasvainten vaikuttamisessa avaamattoman kallon kautta sekä plastiikkakirurgiassa ja kosmetologiassa [2] [3] esitetään. .
Kaksiulotteisten vaiheistettujen ryhmien kehittäminen kasvaimen hypertermiaan ja sitten kirurgisiin tarkoituksiin alkoi 1980-luvun puolivälissä professori C. Cainin ohjauksessa Michiganin yliopistosta . Ensimmäiset kehitetyt ritilät erottuivat erilaisista malleista. Jotkut heistä käyttivät geometristä tarkennusta, toiset sähköistä tarkennusta. Jotkut suunniteltiin liikkumaan yhden fokuksen tilassa, kun taas toiset suunniteltiin syntetisoimaan monimutkaisempi kenttä tietyllä konfiguraatiolla, jotta tarvittava kasvaintilavuus kattaisi välittömästi. Aluksi elektroniikan yksinkertaistamiseksi ja sen koon pienentämiseksi kanavien määrä minimoitiin [4] [5] . Myöhemmät litteän, pallomaisen tai lieriömäisen geometrian hilasuunnittelut edellyttävät kuitenkin kaikkien elementtien käyttöä [6] [7] . Erityisesti kehitettiin sektoripyörrehilan [8] suunnittelu , joka mahdollisti halkaisijaltaan erilaisten rengasmaisten fokusten muodostamisen.
1990-luvun alussa ehdotettiin hilamallia, jossa elementit asennettiin osaan pallomaista pintaa [9] . Tämä mahdollistaa elektronisen tarkennusmenetelmän yhdistämisen geometriseen tarkennusmenetelmään, jolloin saavutetaan suurin hilavahvistus. Siitä lähtien tästä mallista on tullut suosituin kaikista saatavilla olevista terapeuttisten kaksiulotteisten ryhmien vaihtoehdoista.
Vuonna 1988 esitettiin ensimmäistä kertaa mahdollisuus luoda kaksi tai useampia polttopisteitä samanaikaisesti yhden hilan avulla [9] [10] . Mahdollisuus luoda kuumennus- tai tuhokohde käyttämällä erityisesti syntetisoitua pesäkesarjaa on määrittänyt erityisen kiinnostuksen tehokkaiden kaksiulotteisten ritilöiden mahdolliseen käyttöön kirurgiassa ja hypertermiassa . Tätä varten tarvittavien virityssignaalien vaiheiden ja amplitudien laskeminen elementeillä, joita nykyaikaisissa terapeuttisissa ryhmissä voi olla yli 1000, vaatii kuitenkin erityisten laskenta-algoritmien kehittämistä. Tämä ongelma ratkaistiin vuonna [10] , jossa esiteltiin menetelmä multifokaalisten ultraäänikenttien syntetisoimiseksi, jonka avulla voidaan määrittää signaalien vaiheet ja amplitudit, jotka ovat tarpeen tietyn kenttätason luomiseksi useissa "ohjauspisteissä" annettu tilavuus. Tämän menetelmän, jota kutsutaan "pseudo-inversioksi" [10] , fyysinen merkitys on seuraava. M polttoa esitetään kuvitteellisina äänilähteinä, jotka sijaitsevat tietyllä tasolla, ja sitten lasketaan kokonaisamplitudi-vaihejakauma ryhmän elementtien keskellä, joka saadaan kytkemällä nämä lähteet päälle samanaikaisesti. Jos nyt kohdistamme taulukon elementteihin signaaleja, joilla on osoitettu amplitudi-vaihejakauma, muuttaen vaiheen etumerkkiä, niin saadaan tarvittavat M polttopisteet osoitetussa tasossa. Periaatteessa "pseudo-inverse" -menetelmää käyttämällä on mahdollista luoda minkä tahansa koon ja kokoonpanon vaikutusalue. Multifokaalisia ultraäänikenttiä laskettaessa käytetään optimointimenetelmiä, jotka mahdollistavat tietyn määrän polttimia samalla amplitudilla kaikilla elementeillä ja siten ryhmän maksimi akustisen tehon [10] .
Teoreettisessa työssä [11] annettiin perustelut mahdollisuudelle käyttää intrakavitaarista lineaarista vaiheistettua ryhmää eturauhasen kirurgiseen hoitoon . Tämän lähestymistavan ydin perustuu kaikkien taulukon elementtien lähettämän energian käyttöön yhden tai (harvoin) useamman polttopisteen luomiseen, jotka liikkuvat elektronisesti kolmiulotteisessa avaruudessa.
1990-luvun lopulla hilapinnan elementtien sijoittelun satunnaistamisen ideologia alkoi kehittyä aktiivisesti, mikä johti merkittävästi ritilän luomien akustisten kenttien laadun paranemiseen [12] [13] .
Lineaaristen vaiheistettujen ryhmien tunnetuin sovellus lääketieteessä on eturauhasen (eturauhasen) sairauksien kirurginen hoito. Tavoitteena on tuhota eturauhaskasvain tai ainakin pienentää sen tilavuutta merkittävästi. Ristikko työnnetään peräsuolen läpi (transrektaalisesti), kun taas ohutseinäistä vedellä täytettyä kumipalloa käytetään luomaan akustinen kosketus ristikon ja kudosten välille. Etäisyys peräsuolen seinämästä vaadittuun tuhoutumiskohtaan eturauhasessa on 2-5 cm, ja eturauhasen poikittaiskoko ei yleensä ylitä 4 cm. Tiedetään, että eturauhaskudosten tuhoamiseen käytetään Sonablate [14] ja Ablatherm [15] laitteita, joiden työelementti on yksielementtinen tarkennusanturi, jolla on kiinteä polttoväli.
. Tämä tarkoittaa, että jos on tarpeen muuttaa vaikutuksen syvyyttä, on tarpeen vaihtaa yksi emitteri toiseen, jolla on eri polttoväli, ja konfiguroida tarkennusjärjestelmä uudelleen. Ilmeisesti vaiheistetut taulukot ovat paljon joustavampia ja lupaavampia tässä suhteessa, jolloin voit siirtää kohdistusta sähköisesti eturauhaskudoksen läpi ja tarvittaessa luoda useita pesäkkeitä. Kaksi ryhmää - amerikkalainen [16] [17] ja englantilais-venäläinen [18] [19] otettiin käyttöön itsenäisesti mahdollisuus käyttää intrakavitaarista lineaarista vaiheistettua ryhmää eturauhasen kirurgiseen hoitoon . Jälkimmäisessä tapauksessa ryhmä koostui 70 elementistä, jotka olivat 1 mm leveitä, 15 mm pitkiä ja paksuja, mikä vastasi 1 MHz (1,72 mm) toimintataajuutta [19] .
. Ryhmä oli varustettu magneettiresonanssi- (MR) antennilla, joka mahdollisti vahingoittuneen alueen visualisoinnin.
Kokeelliset tutkimukset ovat osoittaneet [19] , että lineaarisen taulukon käyttö määritetyillä parametreilla mahdollistaa tarkennuksen siirtämisen vähintään 30–60 mm aksiaalisuunnassa ja ± 20 mm siihen kohtisuorassa suunnassa, mikä vastaa eturauhasen koko. Tässä tapauksessa toissijaisten intensiteettimaksimien taso polttotasossa oli merkittävästi vähemmän kuin 10 % maksimiintensiteetistä fokuskohdassa ja korkeintaan 10 % laitteen pinnan lähellä.
Muiden eturauhaskirurgian ristikoiden mallit on kuvattu useissa teoksissa [20] [21] [22] [23] ja niitä käsitellään yksityiskohtaisesti kirjoissa [2] [3] .
2000-luvun alkuun asti useimmat kaksiulotteiset hilat olivat säännöllisiä, eli niissä olevat elementit asennettiin hilan pinnalle säännöllisin väliajoin: neliöiden, renkaiden tai kuusikulmioiden muodossa. Elementtien asettelu neliöiksi, joka, kuten myöhemmät tutkimukset ovat osoittaneet, voidaan tunnustaa ehkä valittavimmaksi tavaksi sijoittaa elementtejä, oli useiden vuosien ajan suosituin kaikista käytetyistä menetelmistä [9] [24] [25 ] [26] [27 ] [28] .
Siten 1990-luvun lopulla kehitettiin, valmistettiin ja testattiin in vivo -olosuhteissa ryhmä pallomaisen kuoren osan muodossa, jonka kaarevuussäde on 10 cm ja halkaisija 12 cm taajuudella 1,1 MHz, joka koostui 256 elementistä, jotka oli järjestetty neliöiksi [29] [30] . Toisin kuin aikaisemmissa pallomaisissa kaksiulotteisissa ritiloissa [9] , ritilää ei tehty yksittäisistä elementeistä, vaan yhdestä pietsokomposiittimateriaalista, jossa oli 1-3 liitettävyyttä.
2000-luvun alusta lähtien fokusoidun ultraäänen käyttöä ihmisen aivojen syviin kudoksiin vaikuttamiseen ehjän kallon kautta on kehitetty merkittävästi useiden neurologisten sairauksien hoitamiseksi ja keskushermoston rakenteiden neuromoduloimiseksi. Tätä varten kehitettiin useita tarkennusjärjestelmien modifikaatioita, jotka tehtiin puolipallon muodossa, johon ihmisen pää on sijoitettu. Esimerkiksi julkaisussa [31] kuvattiin ja tutkittiin 0,665 MHz:n taajuudella oleva aksisymmetrinen matriisi puolipallon muodossa, jonka kaarevuussäde on 15 cm ja halkaisija 30 cm ja joka koostuu 64 samankokoisesta elementistä ( kunkin pinta-ala oli ~22 cm2 ) .
Vuonna 1999 perustettiin InSightech-yritys (Israel), jonka tavoitteena oli kehittää teknologioita, jotka perustuvat tehokkaan fokusoidun ultraäänen käyttöön MRI-ohjauksessa. Useita ultraäänitarkennusjärjestelmiä on luotu ja kaupallistettu: ExAblate 2000, 3000, 4000 ja ExAblate Neuro . Ne sisältävät 512-1024 elementtiä ja ovat puolipallon muotoisia, joiden halkaisija on 30 cm. Eri muunnelmien taajuudet ovat seuraavat: 220-230 kHz, 650-660 kHz, 1 ja 2,3 MHz [3] . Akustinen teho on vähintään 800 wattia. Hilat on tehty akselisymmetrisiksi. ExAblate Neuro -järjestelmä on suunniteltu vaikuttamaan aivojen syviin rakenteisiin avaamattoman kallon kautta ja käyttää siksi matalampia taajuuksia määritellyltä alueelta.
Tärkeä tehtävä kaikkien vaiheistettujen taulukoiden kehittämisessä on alentaa toissijaisten intensiteettimaksimien tasoa sen luomassa kentässä. Niiden fyysinen luonne liittyy suurelta osin diskreetti järjestettyjen elementtien läsnäoloon taulukossa, mikä vastaa yksittäisen ruudukon tai verkkoanturin sijoittamista pinnan eteen. Tällaisten maksimien esiintyminen voi johtaa "kuuman pisteen" syntymiseen pois iskupaikasta ja ei-toivottuun ylikuumenemiseen ja rakenteiden jopa tuhoutumiseen määritellyn vaikutusalueen ulkopuolella. Klassinen resepti sivukeiloista eroon säteilykuviossa on, että ryhmän elementtien keskipisteiden välinen etäisyys tulee olla yhtä suuri tai pienempi kuin λ /2 [32] , missä λ on aallonpituus, eli esimerkiksi ≤ 0,5 mm taajuudella 1,5 MHz. Tätä vaatimusta on mahdotonta täyttää tehokkaissa terapeuttisissa ristikoissa, koska sen toteuttamiseksi olisi käytettävä erittäin suurta määrää elementtejä ja sähköisiä kanavia. Tiedetään, että ryhmän säteilykuvion sivukeilojen tasoa voidaan vähentää vähentämällä ryhmän elementtien amplitudia sen keskustasta kehälle [32] . Tämän vaikutuksen rooli ei kuitenkaan ole niin suuri, että sen toteuttamisen vuoksi hilan akustista tehoa tulisi vähentää jyrkästi. Teoksissa [16] [33] tutkittiin menetelmää, joka perustuu lineaaristen hilojen käyttöön, joissa elementtien keskipisteiden välinen etäisyys on epätasainen. Kävi ilmi, että lineaarisen taulukon elementtien jaksoittaisuudesta johtuen odotettu toissijaisten intensiteetin maksimien tason lasku voi olla 30–45 % verrattuna matriisiin, joissa elementtien välit ovat yhtä suuret. Laajakaistaisten signaalien käyttö matriisielementtien virransyöttöön [34] ei myöskään ole kovin tehokasta, eikä sitä ole vielä käytetty todellisissa ryhmärakenteissa.
Gossin ( Goss ) kollegoiden kanssa [12] . He laskivat hilakentän satunnaisella elementtien sijoittelulla sen pinnalle, mutta saatu vaikutus oli pieni. Syynä oli, että tämän työn tekijöiden valitsema elementin halkaisijan suhde aallonpituuteen λ oli liian suuri - 11,2. Toisin sanoen tällaisen elementin säteilykuvio oli hyvin kapea. Elementtien koon (ja siten niiden suuntaavuuden) vaikutusta ritilöiden kykyyn siirtää fokusta käsiteltiin julkaisussa [35] . Kirjoittajien suositukset kiteytyvät tarpeeseen pienentää elementtien kokoa ja samanaikaisesti lisätä niiden määrää, jos lämmitetyn tilavuuden halkaisija saavuttaa 1 cm.
Menetelmä tehokkaiden kaksiulotteisten ritilöiden synnyttämien akustisten kenttien laadun parantamiseksi, joka perustuu "ohennettujen" ritilöiden käyttöön, jossa elementit sijaitsevat satunnaisesti hilan pinnalla, perustettiin ja tutkittiin yksityiskohtaisesti julkaisussa [13] [36] . Todettiin, että ultraäänen intensiteettijakaumien korkea laatu voidaan saavuttaa kahdella ehdolla: elementtien satunnaisella sijoittelulla kaksiulotteisen ryhmän pinnalle ja elementin riittävän leveällä säteilykuviolla. Arviot ovat osoittaneet [13] [36] , että elementtien maksimikoko, jolla vielä on mahdollista saavuttaa tyydyttävä kentän laatu, ei ole suurempi kuin 5 λ . Luonnollisesti mitä pienempi elementin aaltokoko on, sitä suurempi on hilan kyky siirtää fokusta avaruudessa.
Julkaisussa [13] [36] verrattiin satunnaistettujen ja säännöllisten taulukoiden (neliöiden, renkaiden ja kuusikulmioiden muodossa) generoimien ultraäänikenttien ominaisuuksia laajalla parametriarvojen alueella (taajuus, elementtien lukumäärä, taulukko). halkaisija jne.). Kävi ilmi, että ritiloiden synnyttämien kenttien laatu, arvioituna kyvyllä siirtää yhtä tai useampaa polttopistettä, sekä tässä tapauksessa syntyvien sekundääristen intensiteettimaksimien amplitudilla, oli merkittävästi korkeampi satunnaistetuilla hilailla. Samoissa töissä kehitettiin kriteerejä, joiden avulla voidaan vertailla eri hilakenttien laatua [13] [36] .
Erillinen työsarja on omistettu hilan kyvyn tutkimukselle luoda ja siirtää avaruudessa suuri määrä polttimia (esim. 16 tai 25) [36] [37] , [38] , mikä on erityisen tärkeää kasvaimen hypertermia. Numeerisia menetelmiä yhden ja monitehoisten akustisten kenttien laskemiseksi on kuvattu useissa teoksissa [13] [36] [37] . Äskettäin on kehitetty nopea laskentamenetelmä, joka perustuu analyyttisen ratkaisun soveltamiseen kunkin elementin kaukokentässä [39] .
Ensimmäiset todelliset satunnaistettujen hilan mallit tehtiin ja niitä tutkittiin kokeellisesti Pariisin yliopistossa [40] ja Lontoon Imperial Collegessa [41] .
. Näiden hilan parametrit ovat lähellä toisiaan ja niitä, joita ehdotetaan [13] [36] [37] . Philips Healthcare käytti myös kaksiulotteisen hilan elementtien jakautumisen satunnaistamista luodessaan monielementtistä tarkennusjärjestelmää käytettäväksi klinikalla [42] [43] .
Erilaisten teknologioiden joukossa, jotka perustuvat korkean intensiteetin fokusoidun ultraäänen käyttöön lääketieteessä, 2000-luvulla. ilmestyi uusi tekniikka, jonka kirjoittaja prof. Kane histotripsialla analogisesti litotripsian kanssa [44] . Histotripsia toteutetaan käyttämällä erittäin voimakkaita, lyhyitä (yleensä enintään 3-10 jaksoa) ultraäänipulsseja, jotka mahdollistavat kohdekudosalueen fraktioinnin kavitaatiokuplien pilvellä. Tässä tapauksessa, jos hilakentän sivukeilojen amplitudi ei saavuta kavitaatiokynnystä, tuhoutuminen tapahtuu vain päämaksimissa. Tämä on erityisen arvokasta suoritettaessa hoitoa avaamattoman kallon kautta. Lisäksi tämän tekniikan käyttö välttää kallon luiden ylikuumenemisen, kun voimakas ultraääni kulkee niiden läpi. Raskaaseen käyttöön tarkoitettu tarkennusjärjestelmä transkraniaaliseen vaikutukseen aivorakenteisiin histotripsiamenetelmällä on kuvattu [45] [46] .
Äskettäisessä työssä ehdotettiin kaksiulotteisen taulukon suunnittelua, joka mahdollistaa satunnaistuksen yhdistämisen taulukon elementtien järjestelyyn niiden pakkaustiheyden kanssa ja siten taulukon suurimman mahdollisen akustisen tehon kanssa [47] . Tämä saavutetaan järjestämällä elementit hilan pinnalle spiraalien muodossa.
Keskustelu teoreettisten ja kokeellisten tutkimusten tuloksista, jotka osoittavat merkittäviä mahdollisuuksia tehokkaiden terapeuttisten verkkojen käyttöön lääketieteessä, on satojen artikkeleiden ja useiden kirjojen aiheena [2] [3] . Ritiloiden lupaavia kliinisiä käyttöalueita ovat: onkologia, eturauhasen (eturauhasen) kudosten tuhoutuminen, kohdun fibroidien leikkaus, litotripsia, hypertermia, reseptorihermorakenteiden stimulaatio. Kaksiulotteisten ritilöiden käyttömahdollisuudet kardiologiassa, glaukooman hoidossa ja rintakehän takana sijaitseviin kudoksiin kohdistuvien vaikutusten hoidossa sekä plastiikkakirurgiassa ja kosmetologiassa esitetään [2] [3] .
Vaiheistettuja ryhmiä on käytetty menestyksekkäästi aivojen sisäisten kasvainten kohdistamiseen fokusoidulla ultraäänellä avaamattoman kallon läpi sekä aivorakenteiden neuromoduloimiseen. Osa uusista ominaisuuksista on jo vahvistettu prekliinisissä kokeissa, kun taas toisia tutkitaan vielä laboratorioissa. Puolipallon muotoisia vaiheistettuja ryhmiä on jo käytetty neurologisissa klinikoissa neuropaattisen kivun [48] , essentiaalisen vapinan [49] ja Parkinsonin taudin hoitoon. Rohkaisevia tuloksia on saatu fokusoidun ultraäänen käytöstä aivosisäisen kasvaimen - glioblastooman [50] , kolmoishermon neuralgian [51] , sekä aivoverenvuotojen [52] ja Alzheimerin taudin tuhoamiseen . On myös osoitettu mahdollisuus käyttää suuritehoista fokusoitua ultraääntä vaikuttamaan aivojen veri- aivoesteeseen sekä kyky vahvistaa ihmisen immuunijärjestelmää syöpää vastaan [2] [3] .
Rikkomaton testaus ( NDT ) on yleinen nimi useille teknologioille, jotka mahdollistavat erilaisten rakenteiden ja materiaalien sisäisen eheyden toteamisen ilman niiden tuhoamista ja usein jopa purkamista. Ja jotkut NDT-tehtävät voidaan ratkaista pysäyttämättä tuotantoprosessia.
Rikkomaton testaus on tärkein teknologinen ratkaisu erityisen kriittisten teollisuuslaitosten ja rakenteiden tuotannossa ja käytössä: ydinenergiassa, öljyn ja kaasun kuljetuksissa, kemikaalien tuotannossa ja vaarallisten aineiden varastoinnissa, lentokoneteollisuudessa ja rakettiteollisuudessa, mm. korkealla kuormitettujen yksiköiden (esimerkiksi tuuliturbiinien) ja monien muiden tuotantoon.
Kyky tunnistaa uhkaavat viat näillä ja muilla vastaavilla alueilla sekä tuotantovaiheessa että käytön aikana lisää dramaattisesti potentiaalisesti vaarallisten, mutta ihmisille, rakenteille ja teollisuudelle ehdottoman tarpeellisten luotettavuutta ja turvallisuutta.
Nykyään on olemassa melko paljon teknologioita, jotka pystyvät ratkaisemaan tällaisia ongelmia, jopa yksinkertainen luettelointi vie paljon tilaa ja aikaa. Eli lyhyesti:
Säteily - tutkittava kohde on läpikuultava säteilyllä (useimmiten röntgensäteet). No, aivan kuten fluorografia, jota käymme säännöllisesti läpi (jokaisella pitäisi loppujen lopuksi olla fluorografinen passi, jossa on vuosittaiset kulkumerkit). Tarkastettavan kohteen edessä toimii röntgenlähde, jonka takana on filmi tai digitaalinen paneeli, joka tallentaa kuvan. Jos kaikki on puhdasta kuvassa - ei ole vikoja, potilas on terve (ainakin toistaiseksi), jos vikoja on näkyvissä ... No, tietysti ota yhteyttä erikoistuneeseen asiantuntijaan.
Tämän menetelmän haittana on, että teollisuudessa ei tarvitse käsitellä materiaaleja, jotka ovat lähes läpinäkyviä röntgensäteille, kuten rintakehämme, vaan useimmiten metalleja (yleensä terästä). Lähteen tehoa lisäämällä on mahdollista valaista terästä, mutta sen paksuus on kohtuullinen. Ja jälleen kerran, testattavan rakenteen molemmilla puolilla on oltava pääsy NDT-laitteille, joita ei aina ole todellisuudessa saatavilla. Myös työskentely säteilylähteiden kanssa edellyttää henkilöstön erityisten turvatoimenpiteiden toteuttamista.
Läpäisevät aineet (kapillaari) - testituotteen käsittely erityisellä nesteellä (läpäisyaine), jolla on kyky tunkeutua tuotteen pienimpiin virheisiin, jos sellaisia on. Menetelmä on hyvä kriittisille tankeille (silloin sitä kutsutaan vuodon havaitsemiseksi - en ymmärrä, miksi sitä ei ole vielä käytetty ISS:llä etsimään ilmavuotoja Zvezda-moduulista). Menetelmä on kätevä havaitsemaan pintaan tulevia halkeamia, mutta valitettavasti se on voimaton sisäisten vikojen etsinnässä. Ja se edellyttää myös turvatoimien noudattamista, koska joudut ruiskuttamaan huomattavan määrän erilaisia kemikaaleja.
Pyörrevirta - tutkimuskohde altistetaan induktioemitterin (käämin) magneettikentälle, joka tuottaa siihen pyörrevirtoja (Foucault-virtoja). Vaikutus on nyt hyvin tiedossa monille, jotka käyttävät induktioliesiä. Tällainen liesi ei lämmitä poltinta, vaan lämmittää siihen asennettuja astioita - juuri näiden samojen Foucault-virtojen herättämisen vuoksi tässä astiassa.
Pyörrevirtaa rikkomattoman testauksen laitteet eivät lämmitä tutkittavaa osaa, koska käytetään hyvin pieniä virtoja. Käytettyjen virtojen voimakkuus riittää vain herättämään pyörrevirtoja tutkittavassa materiaalissa. Materiaalissa virittyvät pyörrevirrat puolestaan luovat magneettikentän, jota analysoimalla voidaan yksiselitteisesti määrittää poikkeama normaalilukemista. Menetelmä on erityisen tehokas pintavirheiden, jopa kaikkein mikroskooppisten halkeamien, jotka eivät näy paljaalla silmällä, havaitsemiseen. Ja iso plussa - ei vaarallista säteilyä tai ruiskutettuja kemikaaleja.
Haittapuoli on sama kuin keittiön induktioliedissä - kaikkia astioita ei voi käyttää niissä. Alumiinista ja sen seoksista tehdyt astiat, useimmat ruostumattomasta teräksestä valmistetut astiat ja vielä varsinkin kupari, keramiikka jne. eivät toimi. Vaikka nykyaikaiset rikkomattomat testauslaitteet toimivat paljon laajemman materiaalivalikoiman kanssa, ne johtavat vain sähköä.
Ultraääni - tutkittava osa on läpikuultava ultraäänivärähtelyllä, ja tämän ultraäänen kaiku analysoidaan. No, aivan kuten dekkarielokuvissa: etsivä koputtaa parkettilaattoihin - kaiku on sointuinen, mikä tarkoittaa, että mitään ei ole. Ja yhtäkkiä kuuro vastaus - se on kätkö löydetty.
Ultraäänisäteilyä tuottaa pietsosähköinen muunnin (PT), joka on erikoismateriaalista valmistettu tuote, joka muuttaa kokoaan siihen kohdistetun sähkökentän vaikutuksesta. Korkeataajuisen vaihtojännitteen syöttö johtaa tällä taajuudella olevaan anturin värähtelyyn, ja jos tämä anturi on fyysisessä kosketuksessa testattavaan osaan, nämä värähtelyt etenevät siinä.
Ultraääniohjauksen periaate on pohjimmiltaan kaikulokaatio, kuten delfiineillä tai lepakoilla. Testatun materiaalin äänivärähtelyt heijastuvat tämän materiaalin rajoista ja mahdollisista sen vioista. Anturin valmistusmateriaalin erityispiirre on, että se ei vain "värise", kun siihen kohdistetaan vaihtojännite, vaan myös, aivan päinvastoin, tuottaa sähköisiä impulsseja, kun se altistuu heijastuneille ääniaalloille.
Näiden vasteimpulssien analyysi mahdollistaa sen ymmärtämisen, onko testattavalla alueella "välimuistia", joka pitää avata.
Tekniikan kehitys on johtanut vaiheistettujen ryhmien (PA) käyttöön tällaisissa laitteissa. Tällainen laite koostuu joukosta (matriisista) pietsosähköisiä muuntimia. Jännitteen syöttäminen tämän matriisin elementteihin ei kerralla, vaan elementti kerrallaan vastaavan kaavan mukaisesti vastaa yhden "ison" elementin säteilyä säteellä, jolla on vaaditut ominaisuudet. Lisäksi tämän säteen suuntaa voidaan nopeasti muuttaa elektronisesti ohjausohjelman avulla. Tämä voi olla lineaarinen skannaus korroosion etsimiseksi suurimmalta alueelta tai keskittyminen kohtaan, jossa käyttäjän on esimerkiksi käytettävä enemmän tehoa tarkastaessaan monimutkaista hitsausaluetta.
Näin ollen ultraäänivikatunnistin vaiheistetulla ryhmällä voi kerralla tarkistaa ei pienen alueen alla, vaan koko alueen tarkastettavassa osassa.
PD-vikailmaisimet ovat nyt lupaavimpia - ne ovat universaaleja laitteita, jotka pystyvät "näkemään läpi" ja analysoimaan yksityiskohtia ja rakenteita, jotka on valmistettu monenlaisista materiaaleista ja eri kokoisista ja kokoonpanoista. Ne ovat turvallisia käyttää, mahdollistavat kaikkien ohjaustietojen tallentamisen ja mahdollistavat vikojen parametrien arvioinnin kolmessa ulottuvuudessa.
Tuhoamattoman ultraäänitestauksen menetelmiä kehitetään jatkuvasti. Vuonna 1975 julkaistiin TOFD (Time-of-flight diffraction) -tekniikka. Tätä menetelmää kutsutaan myös "lentoaika"-menetelmäksi, joka kääntää kirjaimellisesti englanninkielisen nimen, vaikka venäjäksi se olisi "time-of-flight" -menetelmä. Viime vuosisadan 80-luvun jälkipuoliskolla se alkoi saada suosiota riittävän tehokkaiden, mutta samalla kannettavien tietokoneiden myötä, jotka pystyvät käsittelemään mittaustuloksia suoraan valvontapaikalla.
Menetelmän ydin on, että TOFD analysoi ultraäänipulssin kulkuaikaa määrittääkseen heijastuslähteen sijainnin ja koon. Perinteinen heijastuneen signaalin mittaus on suhteellisen epäluotettava menetelmä vikojen koon määrittämiseen, koska tämän signaalin amplitudi riippuu merkittävästi halkeaman suunnasta ja PET-emitterin ultraäänisäteen suunnasta.
TOFD:n tapauksessa pari ultraäänianturia sijoitetaan analysoitavan kohteen (esim. hitsin) vastakkaisille puolille. Yksi antureista, lähetin, lähettää ultraäänipulssin, jonka poimii anturi toiselta puolelta, vastaanottimesta. Koskemattomissa kohteissa vastaanotinanturi vastaanottaa signaaleja kahdesta aallosta: toinen, joka kulkee pitkin pintaa ja toinen, joka heijastuu etäseinästä. Halkeaman läsnäollessa tapahtuu ultraääniaallon diffraktiota, joka heijastuu pääasiassa halkeaman kärjistä. Tunnetun (mitatun ja lasketun) pulssin kulkuajan avulla halkeaman reunan syvyys voidaan laskea erittäin tarkasti yksinkertaisella trigonometrialla ja automaattisesti, tietokoneella.
Nykyaikaisissa laitteissa vastaanotin-lähetinparia ei edes vaadita skannattavan kohteen molemmille puolille, "älykäs" lähetin ja vastaanotin riittää toiselle puolelle, skannauksen puolelta.
Olympus, yksi maailman johtavista rikkomattomien testausinstrumenttien valmistajista, valmistaa laitteita, erityisesti Omniscan-tuoteperheen, joissa kaikki nykyaikaiset NDT-menetelmät on toteutettu. "Kellot ja pillit", kuten sisäänrakennettu GPS, suuri määrä muistia tulosten tallennusta varten, eivät ole tärkein asia. Ja mikä on todella tärkeää, näissä laitteissa yhdistyvät korkein luotettavuus, tehokas toiminnallisuus ja erinomainen ergonomia.