[發明專利]一種平面型全電子聚焦HIFU相控陣及其測試系統

在審

• 申請號: 202110296417.7
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113188646A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 王祥達;李萍;郭甲;李建霖;何建方;滕世國
• 申請（專利權）人: 韶關東陽光自動化設備有限公司
• 主分類號: G01H3/12
• 分類號: G01H3/12;A61N7/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

本發明公開了一種平面型全電子聚焦HIFU相控陣及其測試系統，其中所述的相控陣包括M個平面型模塊，每個所述的平面型模塊有N×N個正方形陣元，所述的相控陣的發射超聲頻率為f₀，對應生物軟組織中的波長為λ＝c_t/f₀，其中c_t表示生物軟組織中的聲速；相鄰兩個平面型模塊的中心點間距為H；相鄰兩個正方形陣元中心點間距為L；所述的相控陣的相位和振幅分別單獨控制。本發明具有較好的全電子超聲聚焦性能。

技術領域

本發明涉及超聲聚焦技術領域，更具體的，涉及一種平面型全電子聚焦HIFU相控陣及其測試系統。

背景技術

高強度聚焦超聲(HIFU)是一種蓬勃發展的微無創治療方法，可用于治療子宮肌瘤、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、腎癌、胰腺癌和甲狀腺癌、骨轉移、原發性震顫和帕金森病等。典型的HIFU系統采用球形彎曲換能器/作為治療頭。如現有文獻[王智彪.聚焦超聲治療技術在婦科領域的研究與應用[J].中華婦產科雜志,2006,41(009):638-640]、[Kennedy JE.High-Intensity Focused Ultrasound in the Treatment of Solid Tumours[J].Nature reviews.Cancer,2005,5(4):321-327]、[Martin E,Jeanmonod D,Morel A,etal.High-intensity focused ultrasound for noninvasive functional neurosurgery[J].Annals of Neurology,2009,66(6)]，這些文獻公開了治療頭一般包含單個、數十個或數百個陣元，可以在幾何焦點周圍實現高能沉積。

然而文獻[Haar D G T,Coussios C.High intensity focused ultrasound:Physical principles and devices[J].Int J Hyperthermia,2007,23(2):89-104]這種換能器在遠離其幾何焦點的區域不能很好的聚焦，需要機械平移來完成較大范圍的焦點調控，從而導致治療時間相對較長。為了縮短治療時間，可采用單元間距不超過半個波長的平面型相控陣實現全電子式的大范圍聚焦控制，其可行性已經得到驗證。不過，這種具有不同焦點的平面陣列的聚焦超聲場分布比具有固定幾何焦點的球形換能器的空間聚焦超聲場分布更為復雜，如文獻[Ellens N P K,Lucht B B C,Gunaseelan S T,et al.A novel,flat,electronically-steered phased array transducer for tissue ablation:preliminary results[J].Physics in MedicineBiology,2015,60(6):2195-215]。

因此，研究平面陣列的空間聚焦性能具有重要意義。

發明內容

本發明為了解決現有的平面陣列聚焦超聲場效果不好的問題，提供了一種平面型全電子聚焦HIFU相控陣及其測試系統，其具有較好的全電子超聲聚焦性能。

為實現上述本發明目的，采用的技術方案如下：一種平面型全電子聚焦HIFU相控陣，包括M個平面型模塊，每個所述的平面型模塊有N×N個正方形陣元，所述的相控陣的發射超聲頻率為f₀，對應生物軟組織中的波長為λ＝c_t/f₀，其中c_t表示生物軟組織中的聲速；相鄰兩個平面型模塊的中心點間距為H；相鄰兩個正方形陣元中心點間距為L；所述的相控陣的相位和振幅分別單獨控制。

優選地，所述的相控陣上的每個正方形陣元的發射聲壓為：

p_n＝p₀sin(ωt+θ_0n) (1)