相控聚焦超聲聲場分析及測量實驗研究.pdf

1、高強度聚焦超聲技術(shù)(HIFU，High-Intensity Focused Ultrasound)應(yīng)用于腫瘤的無創(chuàng)治療已成為醫(yī)學超聲領(lǐng)域的研究熱點。目前主要的聚焦方式有：自聚焦、聲透鏡聚焦以及電子相控陣列聚焦。與前兩種聚焦不同，相控陣聚焦超聲系統(tǒng)的治療頭包含多個小的陣元換能器，通過控制單個陣元激勵信號的相位達到聲束聚焦的目的。由于其靈活可控性，在聚焦超聲領(lǐng)域展開了更廣泛的研究和應(yīng)用。HIFU聚焦聲場分布參數(shù)不僅是HIFU系統(tǒng)最關(guān)鍵的內(nèi)容

2、，還是HIFU治療設(shè)備安全高效的重要指標。HIFU性能的好壞，治療效果的優(yōu)劣，與聚焦聲場分布有著密不可分的關(guān)系。所以對HIFU聲場測量是研究聚焦超聲換能器的重要環(huán)節(jié)。本實驗室的凹球面相控型HIFU系統(tǒng)采用控制算法可實現(xiàn)多種焦點控制模式，并在離體組織實驗中取得了較好的結(jié)果。本文主要從理論分析與實驗測量兩方面研究討論其聲場分布并計算聚焦參數(shù)。 首先，使用偽逆矩陣算法計算該相控型HIFU系統(tǒng)的理論聲場。用MATLAB等工具模擬焦點位置

3、在聲束傳播軸向移動和聚焦平面坐標軸上左右移動時的聲場分布，分析不同聚焦位置產(chǎn)生的聲場旁瓣情況。選擇性打開部分陣元，即激勵不同的陣元環(huán)數(shù)，分析其對聲場旁瓣的影響。 然后使用水聽器掃查法測量相控型聚焦超聲聲場，開發(fā)出了相控型聚焦超聲聲場測量系統(tǒng)。測量系統(tǒng)運用虛擬儀器開發(fā)環(huán)境LabVIEW軟件編寫，實現(xiàn)了對采集數(shù)據(jù)保存及后期的數(shù)據(jù)處理，聲場分布顯示和聲參數(shù)計算等等功能。 本文探索性地研究了相控型超聲聲場的測試方法，并獲得了實際