Structureel ontwerp van HIFU-array-elementbehandeling

De ontwerpparameters van de HIFU-piëzo-keramiek heeft rechtstreeks invloed op de prestaties en productiekosten van het systeem. Dit artikel is gebaseerd op de bestaande hardwarebasis van het laboratorium. Op basis van het ultrasone array-model met sferische kroon wordt het basisontwerp van de sondeparameters voorgesteld. (1) Bij het ontwerpen van de sonde moeten we rekening houden met de prestatieparameters van het lanceersysteem. Het aantal kanalen dat de zendermodule van het HIFU-behandelingssysteem gebruikt is 128. Daarom is bij het ontwerpen van de Hifu piëzo-elektrische keramische transducer , gecombineerd met de structurele kenmerken van het dit keer ontworpen ultrasone array-model, is de resonantiefrequentie van het array-element een zeer belangrijke ontwerpparameter. Bij het ontwerp van de HIFU-sonde ligt de werkfrequentie van de sonde doorgaans tussen 0,5 MHz en 4 MHz. We kozen 2MHz als de resonantiefrequentie van deze sonde.

(1) De straalkromming R van de bolvormige HIFU-array is in dit ontwerp geselecteerd op 60 mm.

(2) Bepalen van de bereikrandlengte van het array-element in overeenstemming met de grootte van het klinische behandelingsgebied. De straalbreedte bij elke scherptediepte in het Hifu piëzo-elektrische kristalsonde wordt gedefinieerd als de volledige ROI van FLHM, waarbij ROI de grootte is van het behandelingsgebied in de dwarsdoorsnede van de akoestische straal. Volgens de klinische vereisten wordt de grootte van het sputumgebied behandeld door de sonde. In dit ontwerp is de ROI ingesteld op ROI>10 mm, zodat FLHM>10 in combinatie met de bovenstaande formule een <3,2 mm kan verkrijgen.

(3) Bepaling van het bereik van parameters Dcenter en PzTEdgeL in de sferische kroon van het ultrasone array-model om ervoor te zorgen dat het array-model, dat geen array-elementen veroorzaakt, overlapt in deze bereiken. Voor het ultrasone array-model met sferische kroon, wanneer de R 60 is, om ervoor te zorgen dat de array-elementen elkaar niet overlappen, en de parameters van de ultrasone piëzo met hoge focus zijn allemaal 1. 7PZTEdgeL.

(4) Na het bepalen van de N-, R- en F-waarden begint pZTEdgeL<3,2, Dcenter/pZTEdgeL met de minimumwaarde van 1,7 en berekent de geluidsveldkarakteristieken (maximaal afbuigbereik, brandpuntsafstand) van de array in alle gevallen van 1,7, pZTEdgeL<3,2. Als we kijken naar de opvullingsgraad, is het sferische kroonoppervlak het hoogst, de brandpuntsafstand het kleinst en het afbuigbereik het grootst. De DCenter/PzTEdgeL wordt met 0,1 verhoogd en de bovenstaande berekening wordt voortgezet. Dezelfde uitstekende oplossing van ultrasone piëzo met hoge focus wordt gevonden in de huidige berekeningsresultaten en de twee uitstekende oplossingen zijn tweemaal uitgevoerd. Ter vergelijking: de oplossing met de hoogste opvullingsgraad is het kleinste brandpuntsgebied en er is gekozen voor het grootste afbuigbereik. We gaan door met het iteratieve proces totdat de optimale oplossing is gevonden. Bij dit ontwerp hebben we de geluidsveldkarakteristieken berekend van 64 array-structuren met verschillende array-ontwerpparameters, waarvan de parameterinformatie 64 arrays is. Door tenslotte de geluidsveldinformatie van 64 arrays te vergelijken, wordt een van de meest effectieve arraystructuren verkregen als het arraymodel dat door deze sonde wordt vervaardigd. De specifieke analysemethode wordt als volgt uitgedrukt:

Ten eerste komt het instellen van het aantal focuspunten in de single-point focusmodus en de ruimtelijke positie overeen met de focus binnen het specifieke geluidsveldberekeningsbereik; bereken vervolgens respectievelijk het maximale afbuigbereik van de arraystructuur en de brandpuntsafstand van elk focus; Het principe van een groot afbuigbereik en een kleine brandpuntsafstand heeft geleid tot een redelijke reeks array-structuren. De geometrische structuur van De impedantie van de Hifu-piëzo-transducer wordt uitgedrukt zoals weergegeven, het zijn karakteristieke parameters van de arraystructuur. Door theoretische berekeningen bevindt de array zich op het geometrische focuspunt wanneer het excitatiesignaal een continu sinusoïdaal signaal is met een frequentie van 2 MHz in het geval van eenpuntsfocussering. De brandpuntsafstand A bedraagt ​​1,5 x 7,5 mm3. Voor de array onder verschillende afbuigingsomstandigheden is respectievelijk de piektijd van de geluidsdrukverdeling in de brandpuntsvlakken XOY en xoz .

Zoals uit de figuur blijkt, verandert de array niet veel tijdens het afbuigingsproces, maar de sterkte van het afbuigrooster zal optreden bij 6 mm. De genormaliseerde geluidsveldverdeling van de array op verschillende afbuigafstanden wordt langs de X-as afgebogen met 0 mm (a), 2 mm (b), 4 mm (c) en 6 mm (d) door de volgende tabel in een focusmodus op één punt. Wanneer het excitatiesignaal een continu sinusoïdaal signaal is met een frequentie van 2 MHz, is het maximale afbuigbereik van de sonde RFD, = 12 mmRFDz langs de X-, Y- en Z-assen RFD=12Inln=7mm. Een kwaliteitsevaluatietabel van de geluidsdruk van de array bij single point focussering. Daarvan geven 1, 2, 4 en 5 respectievelijk de niveaus Graad 1, Graad 2, Graad 4 en Graad aan van de geluidsveldkwantiseringsstandaard in de tabel. Waar (a) een enkelpuntsfocus is met verschillende afbuigafstanden bereikt in het brandpuntsvlak y = 0' (2), en (b) een enkel punt is met verschillende afbuigafstanden bereikt in het brandpuntsvlak z = 0' (3) focus.