Strukturelt design af HIFU array element behandling

Designparametrene for HIFU piezo-keramik påvirker direkte systemets ydeevne og produktionsomkostninger. Dette papir er baseret på laboratoriets eksisterende hardwaregrundlag, baseret på den sfæriske krone-ultralydsarraymodel, det grundlæggende design af sondeparametrene foreslås. (1) Når sonden designes, skal vi overveje ydeevneparametrene for affyringssystemet. Antallet af kanaler, som sendermodulet i HIFU-behandlingssystemet brugte, er 128. Derfor, når man designer Hifu piezoelektrisk keramisk transducer , kombineret med de strukturelle egenskaber af ultralyds-array-modellen designet denne gang, er resonansfrekvensen af ​​array-elementet en meget vigtig designparameter. I designet af HIFU-sonden er sondens driftsfrekvens generelt mellem 0,5 MHz og 4 MHz. Vi valgte 2MHz som resonansfrekvens for denne sonde.

(1) Radiuskrumningen R af det krone sfæriske HIFU-array er valgt til at være 60 mm i dette design.

(2) Bestemmelse af rækkevidden af ​​array-elementet i henhold til størrelsen af ​​det kliniske behandlingsområde. Strålebredden ved hver fokusdybde i Hifu piezoelektriske krystalsonde er defineret som FLHM fuld ROI, hvor ROI er størrelsen af ​​behandlingsområdet i tværsnittet af den akustiske stråle. I henhold til de kliniske krav behandles størrelsen af ​​sputumområdet af sonden i dette design er sat til ROI>10mm, så FLHM>10 kombineres med ovenstående formel kan opnå en <3,2mm.

(3) Bestemmelse af rækken af ​​parametre Dcenter og PzTEdgeL i den sfæriske krone af ultralydsarraymodellen for at sikre, at arraymodellen, som ikke forårsager arrayelementoverlapning i disse områder. For ultralydsarraymodellen med sfærisk krone, når R er 60, for at sikre, at arrayelementerne ikke overlapper hinanden, og parametrene for ultralyd højfokuserende piezo er alle 1. 7PZTEdgeL.

(4) Efter bestemmelse af N, R, F værdierne, pZTEdgeL<3,2, starter Dcenter/pZTEdgeL fra minimumsværdien 1,7 og beregner lydfeltkarakteristikaene (maksimalt afbøjningsområde, brændvidde) for arrayet i alle tilfælde af 1,7, pZTEdgeL<3,2. Leder du efter fyldningshastigheden, er den sfæriske kroneoverflade den højeste, brændvidden er den mindste, og afbøjningsområdet er størst. DCenter/PzTEdgeL øges med 0,1, og ovenstående beregning fortsættes. Den samme fremragende løsning af ultralyd højfokus piezo findes i de aktuelle beregningsresultater, og de to fremragende løsninger udført to gange. Til sammenligning er løsningen med den højeste fyldningsgrad det mindste fokusområde, og det største afbøjningsområde er valgt. Fortsætter den iterative proces, indtil den optimale løsning er fundet. I dette design har vi beregnet lydfeltkarakteristikaene for 64 array-strukturer med forskellige array-designparametre, hvor parameterinformationen er 64 arrays. Endelig, ved at sammenligne lydfeltinformationen for 64 arrays, opnås en af ​​de mest effektive array-strukturer som array-modellen fremstillet af denne sonde. Den specifikke analysemetode er udtrykt som følger:

Først indstilles antallet af fokuspunkter i enkeltpunktsfokustilstanden og den rumlige position svarer til fokus inden for det specifikke lydfeltberegningsområde; beregn derefter det maksimale afbøjningsområde for arraystrukturen og brændvidden af ​​hvert fokus henholdsvis; Princippet om stort afbøjningsområde og lille brændvidde har valgt et rimeligt sæt array-strukturer. Dens geometriske struktur af Hifu piezo transducer impedans er udtrykt som vist, det er array struktur karakteristiske parametre.Gennem teoretiske beregninger er arrayet ved det geometriske fokuspunkt, når excitationssignalet er et kontinuerligt sinusformet signal med en frekvens på 2MHz i tilfælde af enkeltpunktsfokusering. Brændvidden A er 1,5 7,5 mm3. For arrayet under forskellige afbøjningsforhold henholdsvis spidstiden for lydtrykfordelingen i fokalplanerne XOY og xoz.

Som det kan ses af figuren, ændrer arrayet sig ikke meget i afbøjningsprocessen, men afbøjningsgitterstyrken vil forekomme ved 6 mm. Den normaliserede lydfeltfordeling af arrayet ved forskellige afbøjningsafstande afbøjes langs X-aksen med 0 mm (a), 2 mm (b), 4 mm (c) og 6 mm (d) af den følgende tabel i en enkeltpunktsfokuseringstilstand, når excitationssignalet er et kontinuerligt sinusformet signal med frekvensen 2MHz af det maksimale afbøjningsområde XRFD, langs det maksimale afbøjningsområde XRFD, Y- og Z-akser er RFD=12Inln=7mm. En kvalitetsevalueringstabel over arrayets lydtryk i tilfælde af enkeltpunktsfokusering. Blandt dem angiver henholdsvis 1, 2, 4 og 5 Grade 1, Grade2, Grade 4 og Grade niveauerne for lydfeltkvantiseringsstandarden i tabellen. Hvor (a) er et enkeltpunktsfokus med forskellige afbøjningsafstande opnået i brændplanet y = 0' (2), og (b) er et enkelt punkt med forskellige afbøjningsafstande opnået i brændplanet z = 0' (3) fokus.