[发明专利]一种平面型全电子聚焦HIFU相控阵及其测试系统

说明书

本发明公开了一种平面型全电子聚焦HIFU相控阵及其测试系统，其中所述的相控阵包括M个平面型模块，每个所述的平面型模块有N×N个正方形阵元，所述的相控阵的发射超声频率为f₀，对应生物软组织中的波长为λ＝c_t/f₀，其中c_t表示生物软组织中的声速；相邻两个平面型模块的中心点间距为H；相邻两个正方形阵元中心点间距为L；所述的相控阵的相位和振幅分别单独控制。本发明具有较好的全电子超声聚焦性能。

技术领域

本发明涉及超声聚焦技术领域，更具体的，涉及一种平面型全电子聚焦HIFU相控阵及其测试系统。

背景技术

高强度聚焦超声(HIFU)是一种蓬勃发展的微无创治疗方法，可用于治疗子宫肌瘤、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、肾癌、胰腺癌和甲状腺癌、骨转移、原发性震颤和帕金森病等。典型的HIFU系统采用球形弯曲换能器/作为治疗头。如现有文献[王智彪.聚焦超声治疗技术在妇科领域的研究与应用[J].中华妇产科杂志,2006,41(009):638-640]、[Kennedy JE.High-Intensity Focused Ultrasound in the Treatment of Solid Tumours[J].Nature reviews.Cancer,2005,5(4):321-327]、[Martin E,Jeanmonod D,Morel A,etal.High-intensity focused ultrasound for noninvasive functional neurosurgery[J].Annals of Neurology,2009,66(6)]，这些文献公开了治疗头一般包含单个、数十个或数百个阵元，可以在几何焦点周围实现高能沉积。

然而文献[Haar D G T,Coussios C.High intensity focused ultrasound:Physical principles and devices[J].Int J Hyperthermia,2007,23(2):89-104]这种换能器在远离其几何焦点的区域不能很好的聚焦，需要机械平移来完成较大范围的焦点调控，从而导致治疗时间相对较长。为了缩短治疗时间，可采用单元间距不超过半个波长的平面型相控阵实现全电子式的大范围聚焦控制，其可行性已经得到验证。不过，这种具有不同焦点的平面阵列的聚焦超声场分布比具有固定几何焦点的球形换能器的空间聚焦超声场分布更为复杂，如文献[Ellens N P K,Lucht B B C,Gunaseelan S T,et al.A novel,flat,electronically-steered phased array transducer for tissue ablation:preliminary results[J].Physics in MedicineBiology,2015,60(6):2195-215]。

因此，研究平面阵列的空间聚焦性能具有重要意义。

发明内容

本发明为了解决现有的平面阵列聚焦超声场效果不好的问题，提供了一种平面型全电子聚焦HIFU相控阵及其测试系统，其具有较好的全电子超声聚焦性能。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种平面型全电子聚焦HIFU相控阵，包括M个平面型模块，每个所述的平面型模块有N×N个正方形阵元，所述的相控阵的发射超声频率为f₀，对应生物软组织中的波长为λ＝c_t/f₀，其中c_t表示生物软组织中的声速；相邻两个平面型模块的中心点间距为H；相邻两个正方形阵元中心点间距为L；所述的相控阵的相位和振幅分别单独控制。

优选地，所述的相控阵上的每个正方形阵元的发射声压为：

p_n＝p₀sin(ωt+θ_0n) (1)