82陣元相控陣超聲換能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種相控聚焦高強(qiáng)度超聲換能器陣列，應(yīng)用于高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)，屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲換能器是高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，目前按聚焦方式可分為:曲面自聚焦換能器、聲透鏡聚焦換能器、相控陣聚焦換能器。
[0003]曲面自聚焦和聲透鏡聚焦換能器的工作原理均類似于光學(xué)幾何聚焦，只能形成單一焦點(diǎn)且焦距不可調(diào)，治療腫瘤時(shí)需通過(guò)機(jī)械調(diào)整換能器與病患部位的相對(duì)位置進(jìn)行定位，治療時(shí)間長(zhǎng)，靈活性差。
[0004]相控陣聚焦換能器的工作原理是通過(guò)控制陣元激勵(lì)信號(hào)的相位，使聲波波陣面的曲率和中心位置發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)電子聲束的偏轉(zhuǎn)和聚焦。
[0005]相控陣聚焦換能器形成聲場(chǎng)的較高旁瓣易導(dǎo)致靶區(qū)外正常組織的損傷，且制作工藝和控制電路復(fù)雜、造價(jià)尚。
[0006]現(xiàn)有相控陣聚焦換能器陣元排布多采用周期或同心環(huán)分布形式:周期分布陣列選取相等的相鄰陣元中心間距，離軸聚焦聲場(chǎng)中易有較高旁瓣；同心環(huán)分布陣列的相鄰陣元中心間距雖不等，但沿聲軸方向調(diào)控的聲場(chǎng)中易有較高旁瓣。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，而提供了一種82陣元相控陣超聲換能器，一方面選取小開(kāi)口剛性球冠體和較少的陣元數(shù)目，以降低陣列的復(fù)雜性和制作成本，另一方面設(shè)計(jì)為隨機(jī)分布相控陣，用于降低聲場(chǎng)中的旁瓣并改善聲場(chǎng)分布，避免靶區(qū)外正常組織的損傷。
[0008]本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0009]本實(shí)用新型的82陣元相控陣超聲換能器，包括一個(gè)剛性球冠體和82個(gè)嵌在剛性球冠體上離散分布的陣元。剛性球冠體上形成有用于鑲嵌陣元的圓形小孔，82個(gè)陣元隨機(jī)分布在剛性球冠體上，相鄰陣元的中心間距不小于8.7mm。
[0010]所述的剛性球冠體的曲率半徑為80mm，開(kāi)口直徑為100mm，曲率半徑與開(kāi)口直徑之比F值為0.8。
[0011]所述的陣元直徑均為8mm，填充率為52.48%，在四個(gè)象限內(nèi)的陣元數(shù)目分別為21、
21、20、20。
[0012]所述的陣元相位信號(hào)獨(dú)立可調(diào)，陣元激勵(lì)信號(hào)頻率一致，諧振頻率范圍均為0.5-1.0MHz ο
[0013]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0014]本實(shí)用新型的82陣元相控陣超聲換能器，具有如下優(yōu)點(diǎn):陣元在球冠面上的隨機(jī)排布方式，可明顯降低聲場(chǎng)中的旁瓣、增大聲場(chǎng)的可調(diào)控范圍，改善聲場(chǎng)分布；選取較少的陣元數(shù)目，制作工藝和控制電路簡(jiǎn)單，可降低陣列的復(fù)雜性和制作成本；可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)治療，增大單次可治療焦域的體積，縮短治療時(shí)間，提高治療效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是82陣元相控陣超聲換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是82陣元相控陣超聲換能器在(65，O, O) mm聚焦的聲場(chǎng)分布圖；
[0017]圖3是82陣元相控陣超聲換能器偏離聲軸的聚焦特性曲線圖；
[0018]圖4是82陣元相控陣超聲換能器在(75，10，O) mm聚焦的聲場(chǎng)分布圖；
[0019]圖5是82陣元相控陣超聲換能器軸對(duì)稱三焦點(diǎn)的聲場(chǎng)分布圖。
[0020]圖中主要部件標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0021]1:剛性球冠體2:陣元。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明描述。
[0023]圖1是82陣元相控陣超聲換能器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括一個(gè)剛性球冠體I和82個(gè)嵌在剛性球冠體上離散分布的陣元2。剛性球冠體上形成有用于鑲嵌陣元的圓形小孔，82個(gè)陣元隨機(jī)分布在剛性球冠體上，相鄰陣元的中心間距不小于8.7mm。
[0024]剛性球冠體的曲率半徑為80mm，開(kāi)口直徑為100mm，曲率半徑與開(kāi)口直徑之比F值為 0.8。
[0025]陣元直徑均為8mm，填充率為52.48%;在四個(gè)象限內(nèi)的陣元數(shù)目分別為21、21、20、20，每個(gè)象限內(nèi)隨機(jī)選定第一個(gè)陣元的中心位置，在相鄰陣元中心間距不小于8.7mm的條件下利用隨機(jī)數(shù)生成器依次選定各象限中其余陣元的中心位置。
[0026]隨機(jī)分布相控陣超聲換能器的諧振頻率范圍為0.5-1.0MHz,最佳諧振頻率為
0.7MHzo
[0027]圖2是82陣元相控陣超聲換能器在(65，O, O) mm聚焦的聲場(chǎng)分布圖。圖2中(a)是xy平面聲場(chǎng)分布圖，(b)是yz平面聲場(chǎng)分布圖，可以看出焦域呈規(guī)則橢球體，僅在焦域附近有離散分布的較小旁瓣，不會(huì)對(duì)靶區(qū)外正常組織造成損傷。
[0028]圖3是82陣元相控陣超聲換能器偏離聲軸的聚焦特性曲線圖。設(shè)定焦點(diǎn)位置為X軸80mm、z軸0mm、沿y軸正方向以2mm步長(zhǎng)偏離x軸聚焦，可以看出隨著偏離聲軸距離的增加，旁瓣與主瓣的最大聲強(qiáng)比值逐漸增加，選取旁瓣與主瓣的最大聲強(qiáng)比值不大于0.25作為聲場(chǎng)安全治療判斷標(biāo)準(zhǔn)，可知該陣列至少可實(shí)現(xiàn)11_的離軸聚焦。
[0029]圖4是82陣元相控陣超聲換能器在(75，10，O) mm聚焦的聲場(chǎng)分布圖。圖4中(a)是xy平面聲場(chǎng)分布圖，(b)是yz平面聲場(chǎng)分布圖，可以看出僅在焦域附近有較小旁瓣，旁瓣與主瓣的最大聲強(qiáng)比值為0.1786，小于0.25的安全治療標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)安全治療。
[0030]圖5是82陣元相控陣超聲換能器軸對(duì)稱三焦點(diǎn)的聲場(chǎng)分布圖，三個(gè)焦點(diǎn)的位置分別為(65，4，0)_、(65，O, 0)_、(65，-4，O)mm,圖 5 中(a)是 xy 平面聲場(chǎng)分布圖，(b)是 yz平面聲場(chǎng)分布圖，可以看出旁瓣僅出現(xiàn)在三個(gè)離散的焦域間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種82陣元相控陣超聲換能器，包括一個(gè)剛性球冠體和82個(gè)嵌在剛性球冠體上離散分布的陣元；剛性球冠體上形成有用于鑲嵌陣元的圓形小孔，其特征在于:82個(gè)陣元隨機(jī)分布在剛性球冠體上，相鄰陣元的中心間距不小于8.7mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的82陣元相控陣超聲換能器，其特征在于:剛性球冠體的曲率半徑為80mm，開(kāi)口直徑為100mm，曲率半徑與開(kāi)口直徑之比F值為0.8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的82陣元相控陣超聲換能器，其特征在于:陣元直徑均為8_，填充率為52.48%，在四個(gè)象限內(nèi)的陣元數(shù)目分別為21、21、20、20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的82陣元相控陣超聲換能器，其特征在于:陣元相位信號(hào)獨(dú)立可調(diào)，陣元激勵(lì)信號(hào)頻率一致，諧振頻率范圍為0.5-1.0MHzο
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種82陣元相控陣超聲換能器，包括一個(gè)剛性球冠體和82個(gè)嵌在剛性球冠體上離散分布的陣元。剛性球冠體上形成有用于鑲嵌陣元的圓形小孔，82個(gè)陣元隨機(jī)分布在剛性球冠體上，相鄰陣元的中心間距不小于8.7mm。本實(shí)用新型的82陣元相控陣超聲換能器，具有如下優(yōu)點(diǎn)：陣元在球冠面上的隨機(jī)排布方式，可明顯降低聲場(chǎng)中的旁瓣、增大聲場(chǎng)的可調(diào)控范圍，改善聲場(chǎng)分布；選取較少的陣元數(shù)目，制作工藝和控制電路簡(jiǎn)單，可降低陣列的復(fù)雜性和制作成本；可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多焦點(diǎn)治療，增大單次可治療焦域的體積，縮短治療時(shí)間，提高治療效率。
【IPC分類】A61N7-02
【公開(kāi)號(hào)】CN204307228
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420739818
【發(fā)明人】菅喜岐, 韓珍珍, 羅明艷
【申請(qǐng)人】天津醫(yī)科大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月2日