Strukturell design av HIFU-matriselementbehandling

Utformningsparametrarna för HIFU piezokeramik påverkar direkt systemets prestanda och produktionskostnad. Detta papper är baserat på laboratoriets befintliga hårdvarugrund, baserat på den sfäriska kronan med ultraljudsmodell, den grundläggande utformningen av sondparametrarna föreslås. (1) När sonden designas måste vi överväga prestandaparametrarna för uppskjutningssystemet. Antalet kanaler som sändarmodulen i HIFU-behandlingssystemet använde är 128. Därför, när man utformar Hifu piezoelektriska keramiska omvandlare , kombinerat med de strukturella egenskaperna hos den ultraljudsarraymodell som designades denna gång, är resonansfrekvensen för arrayelementet en mycket viktig designparameter. I konstruktionen av HIFU-sonden är probens driftfrekvens i allmänhet mellan 0,5 MHz och 4 MHz. Vi valde 2MHz som resonansfrekvens för denna sond.

(1) Krökningsradien R för den kronsfäriska HIFU-matrisen är vald till 60 mm i denna design.

(2) Fastställande av intervallkantlängden för arrayelementet enligt storleken på det kliniska behandlingsområdet. Strålbredden vid varje fokusdjup i Hifu piezoelektriska kristallsond definieras som FLHM full ROI, där ROI är storleken på behandlingsområdet i tvärsnittet av den akustiska strålen. Enligt de kliniska kraven behandlas storleken på sputumområdet genom att sonden i denna design är inställd på ROI>10 mm, så FLHM>10 kombineras med ovanstående formel kan erhålla <3,2 mm.

(3) Bestämma intervallet av parametrar Dcenter och PzTEdgeL i den sfäriska kronan av ultraljudsmatrismodellen för att säkerställa att matrismodellen, som inte orsakar matriselement överlappar i dessa områden. För ultraljudsmodellen med sfärisk krona, när R är 60, för att säkerställa att arrayelementen inte överlappar varandra, och parametrarna för ultraljud högfokuserande piezo är alla 1. 7PZTEdgeL.

(4) Efter att ha bestämt N, R, F-värdena, pZTEdgeL<3,2, börjar Dcenter/pZTEdgeL från minimivärdet 1,7 och beräknar ljudfältsegenskaperna (maximalt avböjningsområde, brännvidd) för arrayen i alla fall av 1,7, pZTEdgeL<3,2. Letar du efter fyllnadshastigheten, den sfäriska kronytan är den högsta, brännvidden är den minsta och avböjningsområdet är störst. DCenter/PzTEdgeL ökas med 0,1 och ovanstående beräkning fortsatte. Samma utmärkta lösning av ultraljud högfokus piezo finns i de aktuella beräkningsresultaten, och de två utmärkta lösningarna utförs två gånger. Som jämförelse är lösningen med den högsta fyllningsgraden det minsta fokalområdet och det största avböjningsområdet väljs. Fortsätter den iterativa processen tills den optimala lösningen har hittats. I denna design beräknade vi ljudfältsegenskaperna för 64 arraystrukturer med olika arraydesignparametrar, vilka parameterinformationen är 64 arrayer. Slutligen, genom att jämföra ljudfältsinformationen för 64 arrayer, erhålls en av de mest effektiva arraystrukturerna som arraymodellen tillverkad av denna sond. Den specifika analysmetoden uttrycks på följande sätt:

Först, inställning av antalet fokuspunkter i enpunktsfokusläget och den rumsliga positionen motsvarar fokus inom det specifika ljudfältsberäkningsområdet; beräkna sedan det maximala avböjningsintervallet för arraystrukturen respektive brännvidden för varje fokus; Principen med stort avböjningsområde och liten brännvidd har valt en rimlig uppsättning arraystrukturer. Dess geometriska struktur av Hifu piezo-omvandlarimpedansen uttrycks som visas, det är arraystrukturens karakteristiska parametrar. Genom teoretiska beräkningar är arrayen vid den geometriska fokuspunkten när exciteringssignalen är en kontinuerlig sinusformad signal med en frekvens på 2MHz vid enpunktsfokusering. Brännvidden A är 1,5 7,5 mm3. För arrayen under olika avböjningsförhållanden, respektive topptiden för ljudtrycksfördelningen i fokalplanen XOY och xoz.

Som framgår av figuren förändras inte arrayen mycket i avböjningsprocessen, men avböjningsgittrets styrka kommer att uppstå vid 6 mm. Den normaliserade ljudfältsfördelningen för arrayen vid olika avböjningsavstånd avböjes längs X-axeln med 0 mm (a), 2 mm (b), 4 mm (c) och 6 mm (d) av följande tabell i ett enpunktsfokuseringsläge, när excitationssignalen är en kontinuerlig sinusformad signal med frekvensen 2MHz, längs det maximala avböjningsintervallet XRFD, utmed det maximala avböjningsområdet XRFD, 1 mm Y- och Z-axlarna är RFD=12Inln=7mm. En kvalitetsutvärderingstabell över ljudtrycket i matrisen vid enpunktsfokusering. Bland dem indikerar 1, 2, 4 och 5 nivåerna Grade 1, Grade2, Grade 4 och Grades för ljudfältskvantiseringsstandarden i tabellen. Där (a) är en enda punktsfokusering av olika avböjningsavstånd uppnådda i fokalplanet y = 0' (2), och (b) är en enda punkt med olika avböjningsavstånd uppnådda i fokalplanet z = 0' (3) fokus.