随机相控高强度聚焦超声换能器的栅瓣抑制

采用3种随机排列策略形成相控阵元线性排列结构抑制高强度聚焦超声(HIFU)相控阵栅瓣。第1种和第2种策略中阵元基于规则排列随机移动,而第3种策略中阵元则直接进行随机移动,阵元可移动范围依次为:第1种<第2种<第3种。采用瑞利积分和非线性Westervelt方程分别计算了3种策略对应随机相控阵产生的线性和非线性声场,并通过归一化栅瓣最大声压、归一化栅瓣平均声强和归一化旁瓣平均声强3个参量,对栅瓣抑制效果进行评价。结果表明:线性声场中,阵元可移动范围的增加有利于栅瓣抑制,3种随机策略的归一化栅瓣最大声压相比规则排列分别降低30.7%,53.8%和55.8%;非线性声场中对于同一种随机排列策略,随机度的增加可以改善栅瓣抑制效果。例如,第3种随机策略在随机度为0.9时正负压的归一化栅瓣最大声压相比规则排列分别降低55.6%和54.8%。进一步讨论了焦点偏移时随机相控阵的非线性声场,以-8 dB作为栅瓣的安全标准,第2种和第3种随机策略可以满足要求,横向偏移分别为6 mm和10 mm。本文的工作为抑制栅瓣提供了新思路,有利于随机HIFU相控阵的设计优化。     

相控阵高强度聚焦超声高阵元驱动效率相位独立控制方法

针对如何简化上百阵元高强度聚焦超声相控阵控制模块的问题,本文提出高阵元驱动效率的相位独立控制方法。利用该方法计算了一种256阵元中心开孔球面相控阵的聚焦声场,并与传统的幅度相位综合控制方法进行了分析和比较。计算和实验结果表明该方法在简化相控阵驱动控制模块、提高阵元驱动效率的同时,可以有效实现相控阵的空间三维单焦点聚焦。由于阵元驱动控制的简化而引起的焦域能量偏差,可以通过适当调整相控阵输入总声功率进行有效的补偿。     

相控阵高强度聚焦超声的研究进展

相控阵高强度聚焦超声（high Intensity focused ultrasound,HIFU）技术可以通过电子调相自由控制聚焦区域中焦点的形状、位置、个数等,实现高精度、高效率的治疗。文章主要介绍了相控聚焦超声的原理、阵型设计、声场优化、控制算法、电路设计以及换能器材料等几个方面。     

基于FPGA的相控超声发射系统设计与实现

设计了一种以FPGA为核心的相控超声发射系统,对该系统工作原理及相控聚焦方法进行了研究;设计了一种二维相控阵列,并进行了阵列定点聚焦延时仿真;最后运用该系统实现了对相控阵列的高精度聚焦延时控制,并经过DA转换、电压及功率放大,产生了幅值及波形可控的激励信号,测试了该系统对实际目标的定位精度;实验结果显示对实际目标定位偏差在3%左右,该超声相控发射系统可实现相控聚焦发射,延时控制精度高,可靠性好。     

不等间距排列的球面高强度聚焦超声相控阵列

讨论了一种新型的不等间距排列的球面高强度聚焦超声相控阵列,通过阵元间的不等间距排列明显的降低了栅瓣,使在陈元间距在 4λ的情况下,栅瓣低于-20 dB.通过优化设计发现在 0.5 MHz的发射频率时,采用 231个直径为 10 mm的圆形阵元组成的球面阵列可以在轴向 10~ 15 cm,径向半径 2 cm的圆柱区域形成声强 800 W/cm²的高强度聚焦。同时还可形成多焦点,实现大肿瘤的超声热疗。     

多通道超声相控阵驱动控制系统设计

低强度经颅聚焦超声是一种利用脉冲聚焦超声调控脑神经元的治疗技术。为抑制人颅骨的非均质性和个体结构差异影响,须对多阵元相控阵聚焦换能器的各阵元进行参数调控实现经颅精准定位聚焦,各阵元参数调控需通过相位控制和驱动电路系统来实现。该文设计并搭建了一种基于直接数字式频率合成技术的多通道相位、幅值独立可调的相控驱动系统。实测结果表明,可实现正弦波和方波高精度相控输出,输出信号电压峰峰值在0~37.5 V可调,相位分辨率为0.1°,延时误差小于1 ns,可满足多阵元相控阵聚焦换能器驱动及其所需相位分辨率的需要。     

高强度聚焦超声的临床应用

高强度聚焦超声是近几年发展起来的一种新的非介入性肿瘤治疗技术,临床应用越来越广,文章就其在不同肿瘤如前列腺癌、肝癌、胰腺癌、子宫肌瘤等治疗中的应用及进展进行评述。     

高强度聚焦超声的临床应用

高强度聚焦超声是近几年发展起来的一种新的非介入性肿瘤治疗技术,临床应用越来越广,文章就其在不同肿瘤如前列腺癌、肝癌、胰腺癌、子宫肌瘤等治疗中的应用及进展进行评述。     

利用换能器电信号相位特征实时监测高强度聚焦超声治疗中的声空化

高强度聚焦超声(HIFU)激发的声空化可加速靶组织的热消融,但声空化的实时监测是一个亟需解决的问题。利用HIFU换能器驱动电信号的相位差与电阻抗之间的数学模型,建立了HIFU辐照及换能器驱动电信号、声空化信号实时检测实验系统,探究了HIFU辐照离体牛心组织过程中,换能器驱动电信号的相位差与B超影像灰度变化及宽频水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号的变化规律。结果表明:当声空化发生时,换能器驱动电信号相位差的变化与水听器检测到的次谐波和宽带噪声信号变化具有一致性,通过相位差的变化可实现HIFU辐照靶组织中声空化的实时、精准监测,这为HIFU所致声空化的实时监测提供了一种有应用前景的解决方案。     

基于换能器驱动信号特征的高强度聚焦超声焦域损伤实时监测

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)焦域的实时监测是聚焦超声临床治疗面临的关键问题,目前临床常采用B超图像强回声的变化实现焦域组织损伤的监测,而B超图像出现的强回声大多与焦域处的空化及沸腾气泡相关,无法准确、实时地监测治疗状态.HIFU治疗中焦域组织会伴随温度升高、空化、沸腾和组织特性等变化,换能器表面的声学负载也在不断变化,针对该问题,本文构建了换能器电压电流实时检测平台,通过测量换能器电学参数来感知焦域组织的状态变化.以离体牛肝组织作为HIFU辐照对象,并将相位差变化的结果与离体牛肝组织损伤的结果进行了对照,实验结果表明,在HIFU辐照过程中,换能器电压与电流的相位会出现由相对平稳到大幅波动的过程,此时停止辐照可见焦域出现明显损伤,而此时B超图像灰度无明显变化;此外,当焦域出现空化时,其波动幅度与范围将较之更大.此方法可为HIFU焦域组织损伤监测提供一种新的研究方案和手段.     

球形集声器在生物组织中形成的组织损伤

球形集声器可在亚波长焦域内形成高强度声压,在高强度聚焦超声治疗中具有潜在应用前景.本文结合非线性声传播理论及生物传热学理论,研究球形集声器在生物组织中形成的组织损伤.实验中采用430 kHz,内径为240 mm的球形集声器对肝组织作用,结果表明:集声器表面声压为53 kPa时作用2 s,可以形成小于波长尺度的组织损伤.理论计算结果与实验结果符合得较好,并且理论模型可优化球形集声器的开口孔径.研究结果表明,球形集声器可应用于肿瘤的精细超声治疗.     

基于MOSFET的6×10单元快速固态调制器

 利用快速高重复频率的脉冲凸轨技术可以实现合肥光源的光脉冲间隔的可调。为了获得这一快速高重复频率的强流短脉冲,采取基于MOSFET的固态调制器技术。设计出了一套10路MOSFET开关并联、6级感应叠加的实验样机结构,包括快速时钟信号产生、功率驱动电路设计、感应叠加式阵列结构。样机获得了底宽为100 ns、重复频率20 kHz、峰值电流60 A、峰值电压2 kV的功率脉冲。     

高强聚焦超声(HIFU)无创外科─21世纪治疗肿瘤的新技术

本文从简要回顾超声治疗的发展历史开始,重要介绍了90年代初在国际上兴起的HIFU无创外科技术及我国在该领域中的成就。文章继而对HIFU“切除”肿瘤的机理,治疗质量及其发展前景做了讨论。     

高强聚焦超声(HIFU)无创外科─21世纪治疗肿瘤的新技术

本文从简要回顾超声治疗的发展历史开始,重点介绍了９０年代初在国际上兴起的ＨＩＦＵ无创外科技术及我国在该领域中的成就．文章继而对ＨＩＦＵ“切除”肿瘤的机理,治疗质量及其及发展前景做了讨论．     

超声数字式相控阵换能器动态聚焦系统研制

本文是研制超声相控阵换能器动态聚焦系统,它包括数字式多通道信号发射系统和两种超声相控阵换能器。用数字式多通道信号发射系统产生多路数字信号,通 过改变每路信号的时延(相位),控制相控阵换能器的各个阵元,使它们发出的声束在空间某点聚焦。我们对这两种相控阵进行了实验测量,结果表明,用数字控 制的相控阵换能器,可以实现精密的动态聚焦,并可取得良好的聚焦效果。     

高强度聚焦超声在医学超声领域中的发展与应用

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,简称HIFU)作为一种非侵入性、无毒副作用、具有巨大潜力的治疗肿瘤的手段,近年来已经越来越受到国内外学者的广泛关注。HIFU技术能将超声能量聚焦到人体组织的肿瘤内,产生高温,使肿瘤组织温度迅速上升至65℃以上,而发生不可逆转的凝固性坏死,从而达到消融肿瘤组织的目的。目前中国的HIFU肿瘤治疗技术和临床居国际领先。文章对HIFU在医学超声领域中的发展历史、现状和前景进行了探讨。