Progettazione strutturale del trattamento degli elementi dell'array HIFU

I parametri di progettazione del La ceramica piezoelettrica HIFU influisce direttamente sulle prestazioni e sui costi di produzione del sistema. Questo documento si basa sulle fondamenta hardware esistenti del laboratorio, basato sul modello di array di ultrasuoni a corona sferica, viene proposto il progetto di base dei parametri della sonda. (1) Quando si progetta la sonda, dobbiamo considerare i parametri prestazionali del sistema di lancio. Il numero di canali utilizzati dal modulo trasmettitore del sistema di trattamento HIFU è 128. Pertanto, quando si progetta il Trasduttore ceramico piezoelettrico Hifu , combinato con le caratteristiche strutturali del modello di array ad ultrasuoni progettato questa volta, la frequenza di risonanza dell'elemento dell'array è un parametro di progettazione molto importante. Nella progettazione della sonda HIFU, la frequenza operativa della sonda è generalmente compresa tra 0,5 MHz e 4 MHz. Abbiamo scelto 2 MHz come frequenza di risonanza di questa sonda.

(1) In questo progetto il raggio di curvatura R dell'array HIFU sferico della corona è selezionato su 60 mm.

(2) Determinazione della lunghezza del bordo dell'intervallo dell'elemento della matrice in base alla dimensione dell'area di trattamento clinico. L'ampiezza del raggio a ciascuna profondità di messa a fuoco nel La sonda a cristallo piezoelettrico Hifu è definita come ROI completa FLHM, dove ROI è la dimensione della regione di trattamento nella sezione trasversale del raggio acustico. In base ai requisiti clinici, la dimensione dell'area dell'espettorato trattata dalla sonda in questo disegno è impostata su ROI>10 mm, quindi FLHM>10 combinato con la formula di cui sopra può ottenere un <3,2 mm.

(3) Determinazione dell'intervallo dei parametri Dcenter e PzTEdgeL nella corona sferica del modello di array a ultrasuoni per garantire che il modello di array, che non causi la sovrapposizione degli elementi dell'array in questi intervalli. Per il modello di array ad ultrasuoni a corona sferica, quando R è 60, per garantire che gli elementi dell'array non si sovrappongano e i parametri del i piezoelettrici ad ultrasuoni ad alta messa a fuoco sono tutti 1.7PZTEdgeL.

(4) Dopo aver determinato i valori N, R, F, pZTEdgeL<3,2, Dcenter/pZTEdgeL inizia dal valore minimo di 1,7 e calcola le caratteristiche del campo sonoro (intervallo di deflessione massimo, lunghezza focale) dell'array in tutti i casi di 1,7, pZTEdgeL<3,2. Cercando il tasso di riempimento, la superficie della corona sferica è la più alta, la lunghezza focale è la più piccola e l'intervallo di deflessione è il più grande. Il DCenter/PzTEdgeL viene aumentato di 0,1 e il calcolo sopra continua. La stessa eccellente soluzione di il piezoelettrico ad ultrasuoni ad alta focalizzazione si trova nei risultati dei calcoli attuali e le due eccellenti soluzioni sono state eseguite due volte. Per confronto, la soluzione con il tasso di riempimento più elevato è la regione focale più piccola e viene selezionata la gamma di deflessione più ampia. Continuando il processo iterativo fino a trovare la soluzione ottimale. In questo progetto, abbiamo calcolato le caratteristiche del campo sonoro di 64 strutture di array con diversi parametri di progettazione dell'array, le cui informazioni sui parametri sono 64 array. Infine, confrontando le informazioni sul campo sonoro di 64 array, si ottiene una delle strutture di array più efficaci come il modello di array prodotto da questa sonda. Il metodo di analisi specifico è espresso come segue:

Innanzitutto, l'impostazione del numero di punti focali nella modalità di messa a fuoco a punto singolo e la posizione spaziale corrispondono al fuoco all'interno dell'intervallo di calcolo del campo sonoro specifico; quindi calcolare rispettivamente il campo di deflessione massimo della struttura della matrice e la lunghezza focale di ciascun fuoco; Il principio dell'ampio intervallo di deflessione e della piccola lunghezza focale ha scelto un insieme ragionevole di strutture di array. La sua struttura geometrica di L'impedenza del trasduttore piezoelettrico Hifu è espressa come mostrato, si tratta di parametri caratteristici della struttura dell'array. Attraverso calcoli teorici, l'array si trova nel punto di messa a fuoco geometrica quando il segnale di eccitazione è un segnale sinusoidale continuo con una frequenza di 2 MHz nel caso di messa a fuoco a punto singolo. La lunghezza focale A è 1,5 7,5 mm3. Per l'array in diverse condizioni di deflessione, rispettivamente, il tempo di picco della distribuzione della pressione sonora nei piani focali XOY e xoz .

Come si può vedere dalla figura, la matrice non cambia molto nel processo di deflessione, ma la forza del reticolo di deflessione sarà pari a 6 mm. La distribuzione normalizzata del campo sonoro dell'array a diverse distanze di deflessione viene deviata lungo l'asse X di 0 mm (a), 2 mm (b), 4 mm (c) e 6 mm (d) secondo la tabella seguente in modalità di messa a fuoco a punto singolo, quando il segnale di eccitazione è un segnale sinusoidale continuo di frequenza 2 MHz, il campo di deflessione massimo della sonda RFD, = 12 mmRFDz lungo gli assi X, Y e Z è RFD=12Inln=7mm.Tabella di valutazione della qualità della pressione sonora dell'array nel caso di focalizzazione a punto singolo. Tra questi, 1, 2, 4 e 5 indicano rispettivamente i livelli Grade 1, Grade2, Grade 4 e Grades dello standard di quantizzazione del campo sonoro nella tabella. Dove (a) è un punto di fuoco singolo con diverse distanze di deflessione raggiunto nel piano focale y = 0' (2), e (b) è un punto singolo di diverse distanze di deflessione raggiunto nel piano focale z = 0' (3) fuoco.