[發明專利]超聲相控陣列聚焦模式高速切換系統及聚焦模式合成方法

有效

• 申請號: 201310093642.6
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN103191528A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 陳亞珠;吉翔;白景峰;沈國峰;喬杉;余瑛;吳昊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61N7/00
• 分類號: A61N7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及生物醫學工程技術領域，具體地，涉及一種超聲相控陣列聚焦模式高速切換系統及聚焦模式合成方法。

背景技術

相控型聚焦超聲是新一代聚焦超聲技術，它通過調控超聲相控陣列內任意陣元激勵正弦波信號的幅度和相位，將體外超聲波束匯聚于一點或多點，該點（即焦點）在三維聲場分布中具有聲壓幅度最大的特性，從理論上說，通過切換焦點的空間位置和時間分布可實現設定的超聲能量分布和溫度場結果。聚焦模式合成以及不同聚焦模式間切換是相控型聚焦超聲系統的關鍵核心技術，以下將相控型聚焦超聲系統簡寫為相控系統。聚焦模式合成是相控系統實現超聲能量空間分布的唯一手段，不同聚焦模式間切換則是相控系統調整超聲能量空間和時間分布的實現方式，間接影響溫度場分布結果。對相控系統而言，合成單組聚焦模式須產生對應相控陣列內各陣元的激勵正弦波信號，不同聚焦模式間切換則需要改變對應激勵正弦波信號的幅度和相位。因此，要實現超聲能量的精確時空分布，必須提高相鄰聚焦模式的切換速度和頻率，這就需要一個針對超聲相控陣列的聚焦模式高速切換系統。

經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利授權公告號為CN101862511B，2012.04.25授權，由上海交通大學申請的發明專利《多通道高精度相控信號發生裝置》披露了“一種多通道高精度相控信號發生裝置，具體結構包括高精度有源晶振、現場可編程門陣列芯片、可編程只讀存儲器和I/O接口板，由電源模塊為整個裝置供電。所述可編程只讀存儲器存儲現場可編程門陣列芯片的程序和配置信息。所述現場可編程門陣列芯片通過從可編程只讀存儲器中讀取程序和配置信息，生成相移模塊、相位譯碼模塊、地址譯碼模塊及若干個多路選通器。上位機提供的相位控制信號和通道控制信號通過I/O接口板分別連接到相位譯碼模塊和地址譯碼模塊，兩個模塊的輸出分別連接到每一個多路選通器。高精度有源晶振作為系統信源，產生的時鐘信號連接相移模塊，其輸出連接到每一個多路選通器。各個多路選通器并行工作：每個多路選通器根據上位機提供的相位控制信號確定輸出信號的相位值；多路選通器輸出的方波信號通過I/O接口板連接外部推挽式功率放大器。I/O接口板實現現場可編程門陣列芯片與輸出信號之間的光電隔離，并將現場可編程門陣列芯片3.3V的高電平電壓輸出提升為I/O接口板5V的高電平電壓輸出。”該技術存在以下三點不足：第一，一次“上位機提供的相位控制信號和通道控制信號”僅能合成單組聚焦模式，若需切換聚焦模式，上位機不得不重新發送新的相位控制信號和通道控制信號至“相位譯碼模塊和地址譯碼模塊”，進而發送一次信號無法實現多組聚焦模式的切換；第二，相鄰聚焦模式間的切換很大程度上依賴上位機和現場可編程門陣列芯片內對應模塊之間的數據傳輸，而I/O接口板傳輸速度的瓶頸限制了多組聚焦模式間的切換速度，進而影響相控系統對超聲能量時空分布的精確調控；第三，該多通道高精度相控信號發生裝置缺乏鎖相環電路，因此無法對存在相位誤差的“輸出的方波信號”進行調整，進而不能實現輸出信號與設定相位信號的同步。

經對現有技術的文獻檢索還發現，中國專利申請公布號為CN102231625A，2011.11.02申請公布，由哈爾濱工程大學申請的《一種相控信號發生器及相控方法》披露了“一種可以使信號源的規模大大降低的相控信號發生器和一種相控方法，相控信號發生器由多個基本信號產生單元構成，每個基本信號產生單元又包含可控相移信號產生電路、幅度控制及驅動電路和單路-多路信號轉接頭，三者依次電信號連接；可控相移信號產生電路產生具有一定相移的信號；幅度控制及驅動電路用來控制輸出信號的幅度，并提供驅動能力；單路-多路信號轉接頭將可控相移信號產生電路產生的并經幅度控制及驅動電路的單路信號分接成相同的多路信號，這些多路信號對應于被測多波束系統不同的輸入端。”該技術存在明顯不足：由于相控信號發生器和“被測多波束系統”內對應基元間存在電纜連接，每根電纜具有特性阻抗（與電纜的感抗和容抗有關），但該發生器內部缺乏阻抗匹配電路，因此，“被測多波束系統”的輸入信號和相控信號發生器的輸出信號之間會存在差別，表現為信號幅度和相位的不同。雖然單路輸入信號的誤差并不大，但隨著基元數量的大幅增加，“被測多波束系統”輸入信號的整體誤差將變得不可忽略，進而影響“波束形成”效果。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種可以在多個聚焦模式間高速切換的超聲相控陣列聚焦模式高速切換系統及聚焦模式合成方法。