82陣元相控陣超聲換能器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種相控聚焦高強度超聲換能器陣列，應用于高強度聚焦超聲腫瘤治療系統，屬于生物醫學工程技術領域。
【背景技術】
[0002]超聲換能器是高強度聚焦超聲腫瘤治療系統的關鍵部件之一，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幾何聚焦，只能形成單一焦點且焦距不可調，治療腫瘤時需通過機械調整換能器與病患部位的相對位置進行定位，治療時間長，靈活性差。
[0004]相控陣聚焦換能器的工作原理是通過控制陣元激勵信號的相位，使聲波波陣面的曲率和中心位置發生變化，從而實現電子聲束的偏轉和聚焦。
[0005]相控陣聚焦換能器形成聲場的較高旁瓣易導致靶區外正常組織的損傷，且制作工藝和控制電路復雜、造價尚。
[0006]現有相控陣聚焦換能器陣元排布多采用周期或同心環分布形式:周期分布陣列選取相等的相鄰陣元中心間距，離軸聚焦聲場中易有較高旁瓣；同心環分布陣列的相鄰陣元中心間距雖不等，但沿聲軸方向調控的聲場中易有較高旁瓣。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型為了解決上述現有技術中的問題，而提供了一種82陣元相控陣超聲換能器，一方面選取小開口剛性球冠體和較少的陣元數目，以降低陣列的復雜性和制作成本，另一方面設計為隨機分布相控陣，用于降低聲場中的旁瓣并改善聲場分布，避免靶區外正常組織的損傷。
[0008]本實用新型所采取的技術方案是:
[0009]本實用新型的82陣元相控陣超聲換能器，包括一個剛性球冠體和82個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個陣元隨機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，開口直徑為100mm，曲率半徑與開口直徑之比F值為0.8。
[0011]所述的陣元直徑均為8mm，填充率為52.48%，在四個象限內的陣元數目分別為21、
21、20、20。
[0012]所述的陣元相位信號獨立可調，陣元激勵信號頻率一致，諧振頻率范圍均為0.5-1.0MHz ο
[0013]本實用新型具有的優點和積極效果是:
[0014]本實用新型的82陣元相控陣超聲換能器，具有如下優點:陣元在球冠面上的隨機排布方式，可明顯降低聲場中的旁瓣、增大聲場的可調控范圍，改善聲場分布；選取較少的陣元數目，制作工藝和控制電路簡單，可降低陣列的復雜性和制作成本；可同時實現多焦點治療，增大單次可治療焦域的體積，縮短治療時間，提高治療效率。
【附圖說明】
[0015]圖1是82陣元相控陣超聲換能器的結構示意圖；
[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聚焦的聲場分布圖；
[0019]圖5是82陣元相控陣超聲換能器軸對稱三焦點的聲場分布圖。
[0020]圖中主要部件標號說明:
[0021]1:剛性球冠體2:陣元。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖和實施例對本實用新型的技術方案作進一步說明描述。
[0023]圖1是82陣元相控陣超聲換能器的結構示意圖，包括一個剛性球冠體I和82個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個陣元隨機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，開口直徑為100mm，曲率半徑與開口直徑之比F值為 0.8。
[0025]陣元直徑均為8mm，填充率為52.48%;在四個象限內的陣元數目分別為21、21、20、20，每個象限內隨機選定第一個陣元的中心位置，在相鄰陣元中心間距不小于8.7mm的條件下利用隨機數生成器依次選定各象限中其余陣元的中心位置。
[0026]隨機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聚焦的聲場分布圖。圖2中(a)是xy平面聲場分布圖，(b)是yz平面聲場分布圖，可以看出焦域呈規則橢球體，僅在焦域附近有離散分布的較小旁瓣，不會對靶區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。設定焦點位置為X軸80mm、z軸0mm、沿y軸正方向以2mm步長偏離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比值逐漸增加，選取旁瓣與主瓣的最大聲強比值不大于0.25作為聲場安全治療判斷標準，可知該陣列至少可實現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聚焦的聲場分布圖。圖4中(a)是xy平面聲場分布圖，(b)是yz平面聲場分布圖，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比值為0.1786，小于0.25的安全治療標準，可實現安全治療。
[0030]圖5是82陣元相控陣超聲換能器軸對稱三焦點的聲場分布圖，三個焦點的位置分別為(65，4，0)_、(65，O, 0)_、(65，-4，O)mm,圖 5 中(a)是 xy 平面聲場分布圖，(b)是 yz平面聲場分布圖，可以看出旁瓣僅出現在三個離散的焦域間。
【主權項】
1.一種82陣元相控陣超聲換能器，包括一個剛性球冠體和82個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個陣元隨機分布在剛性球冠體上，相鄰陣元的中心間距不小于8.7mm。
2.根據權利要求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，開口直徑為100mm，曲率半徑與開口直徑之比F值為0.8。
3.根據權利要求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%，在四個象限內的陣元數目分別為21、21、20、20。
4.根據權利要求1所述的82陣元相控陣超聲換能器，其特征在于:陣元相位信號獨立可調，陣元激勵信號頻率一致，諧振頻率范圍為0.5-1.0MHzο
【專利摘要】本實用新型公開了一種82陣元相控陣超聲換能器，包括一個剛性球冠體和82個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個陣元隨機分布在剛性球冠體上，相鄰陣元的中心間距不小于8.7mm。本實用新型的82陣元相控陣超聲換能器，具有如下優點：陣元在球冠面上的隨機排布方式，可明顯降低聲場中的旁瓣、增大聲場的可調控范圍，改善聲場分布；選取較少的陣元數目，制作工藝和控制電路簡單，可降低陣列的復雜性和制作成本；可同時實現多焦點治療，增大單次可治療焦域的體積，縮短治療時間，提高治療效率。
【IPC分類】A61N7-02
【公開號】CN204307228
【申請號】CN201420739818
【發明人】菅喜岐, 韓珍珍, 羅明艷
【申請人】天津醫科大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月2日