本發(fā)明屬于聲學(xué)聚焦設(shè)備，特別涉及基于超聲陣列換能器的單、多焦點(diǎn)反向合成方法及其裝置。
背景技術(shù)：
1、單陣元聚焦超聲換能器是超聲技術(shù)中的一種基礎(chǔ)器件，是由單個(gè)壓電元件構(gòu)成的超聲發(fā)射/接收器件，通過(guò)物理結(jié)構(gòu)(如凹面造型)或聲學(xué)透鏡實(shí)現(xiàn)固定的焦點(diǎn)聚焦。常規(guī)單陣元聚焦超聲換能器的焦點(diǎn)位置及大小在三維空間是不可變的，導(dǎo)致其在應(yīng)用中存在如下的問(wèn)題：
2、(1)焦點(diǎn)位置固定，無(wú)法根據(jù)實(shí)際需求動(dòng)態(tài)調(diào)整，如果目標(biāo)區(qū)域不在焦點(diǎn)位置，聲場(chǎng)能量會(huì)迅速衰減，導(dǎo)致檢測(cè)精度顯著下降。
3、(2)單陣元換能器的聲場(chǎng)分布主要集中在焦點(diǎn)附近，遠(yuǎn)離焦點(diǎn)區(qū)域聲束迅速變寬，橫向分辨率下降，影響檢測(cè)精度；
4、(3)聲場(chǎng)控制精度有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度的聲場(chǎng)分布調(diào)整，在需要高精度聲場(chǎng)控制的應(yīng)用中(如微泡介導(dǎo)的超聲治療)，單陣元換能器難以滿足需求。
5、因此，當(dāng)前商用超聲設(shè)備中缺乏焦點(diǎn)可變的、適用于超聲空化微泡介導(dǎo)的中低強(qiáng)度超聲治療設(shè)備。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明意在提供一種基于超聲線型陣列換能器及其可變焦點(diǎn)反向合成方法，以解決傳統(tǒng)超聲設(shè)備缺乏可變焦點(diǎn)功能，傳統(tǒng)方法難以在三維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的聲場(chǎng)分布控制，無(wú)法滿足中低強(qiáng)度超聲治療需求的技術(shù)缺陷。
2、本方案中的一種基于超聲陣列換能器的單、多焦點(diǎn)反向合成方法，包括以下步驟：
3、s1、建立陣列換能器聲場(chǎng)分布數(shù)學(xué)模型，基于簡(jiǎn)諧信號(hào)聲壓計(jì)算公式和二項(xiàng)式近似條件推導(dǎo)出陣列換能器聲場(chǎng)分布計(jì)算公式；
4、s2、設(shè)定目標(biāo)焦點(diǎn)模式的聲場(chǎng)能量分布，通過(guò)優(yōu)化算法得到聲強(qiáng)增益最大時(shí)的焦點(diǎn)復(fù)數(shù)聲壓；
5、s3、設(shè)計(jì)可變焦點(diǎn)模式，基于s1得到的陣列換能器聲場(chǎng)分布計(jì)算公式，逆向求解各個(gè)陣元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)幅值與相位；
6、s4、加載驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)單焦點(diǎn)或多焦點(diǎn)發(fā)射。
7、進(jìn)一步，所述陣列換能器為線陣、凸陣或相控陣。
8、進(jìn)一步，所述可變焦點(diǎn)模式包括單一焦點(diǎn)、雙焦點(diǎn)、多焦點(diǎn)，焦點(diǎn)位置和大小在三維空間內(nèi)可調(diào)。
9、本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：(1)實(shí)現(xiàn)了三維空間內(nèi)焦點(diǎn)位置和大小的高精度動(dòng)態(tài)調(diào)整，突破了傳統(tǒng)技術(shù)的局限性；(2)通過(guò)反向合成和優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了聲場(chǎng)分布的精確控制，有助于提高檢測(cè)精度和治療效果；(3)支持單一焦點(diǎn)、雙焦點(diǎn)、多焦點(diǎn)等多種模式，適用于微泡介導(dǎo)的超聲血腦屏障開(kāi)放、神經(jīng)調(diào)控、藥物遞送等應(yīng)用場(chǎng)景；(4)將b型超聲設(shè)備的功能從傳統(tǒng)的電子聚焦掃描成像擴(kuò)展到可調(diào)焦點(diǎn)的動(dòng)態(tài)控制，提升了設(shè)備的適用范圍。
10、基于所述方法的技術(shù)方案，制造一種基于超聲陣列換能器的單、多焦點(diǎn)反向合成裝置，這樣的裝置包括：
11、陣列換能器，用于發(fā)射和接收超聲信號(hào)；
12、信號(hào)處理模塊，用于根據(jù)陣列換能器聲場(chǎng)分布計(jì)算公式和優(yōu)化算法，生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
13、控制模塊，用于設(shè)計(jì)可變焦點(diǎn)模式并控制陣列換能器的工作狀態(tài)。
14、進(jìn)一步，所述裝置還包括檢測(cè)模塊，用于通過(guò)水聽(tīng)器和仿體模型驗(yàn)證發(fā)射焦點(diǎn)的準(zhǔn)確性。
15、使用水聽(tīng)器測(cè)量各個(gè)焦點(diǎn)模式的發(fā)射聲場(chǎng)，結(jié)合向仿體模型中注入相變納米液滴，觀察并檢測(cè)不同焦點(diǎn)模式所產(chǎn)生的相變微泡群中心位置及區(qū)域范圍，以驗(yàn)證發(fā)射焦點(diǎn)模式的準(zhǔn)確性。
16、基于所述方法的技術(shù)方案，提供一種超聲治療系統(tǒng)，包括診斷用陣列換能器，還包括：
17、逆向計(jì)算模塊，用于執(zhí)行所述“基于超聲陣列換能器的單、多焦點(diǎn)反向合成方法”；
18、焦點(diǎn)模式庫(kù)，預(yù)存單焦點(diǎn)、雙焦點(diǎn)及多焦點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)參數(shù)；
19、微泡激活監(jiān)測(cè)模塊，通過(guò)檢測(cè)仿體模型中注入的相變納米液滴相變信號(hào)，反饋調(diào)節(jié)焦點(diǎn)參數(shù)。
1.基于超聲陣列換能器的單、多焦點(diǎn)反向合成方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲陣列換能器的單、多焦點(diǎn)反向合成方法，其特征在于：所述陣列換能器為線陣、凸陣或相控陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲陣列換能器的單、多焦點(diǎn)反向合成方法，其特征在于：所述可變焦點(diǎn)模式包括單一焦點(diǎn)、雙焦點(diǎn)、多焦點(diǎn)，焦點(diǎn)位置和大小在三維空間內(nèi)可調(diào)。
4.基于超聲陣列換能器的單、多焦點(diǎn)反向合成裝置，其特征在于，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超聲陣列換能器的單、多焦點(diǎn)反向合成裝置，其特征在于：所述裝置還包括檢測(cè)模塊，用于通過(guò)水聽(tīng)器和仿體模型驗(yàn)證發(fā)射焦點(diǎn)的準(zhǔn)確性。
6.一種超聲治療系統(tǒng)，包括診斷用陣列換能器，其特征在于還包括：