二维超声相控阵针灸系统技术方案

本发明专利技术提出一种二维超声相控阵针灸系统，包括：相控发射模块，接收聚焦指示信号，所述聚焦指示信号指示聚焦方向和/或聚焦深度及聚焦位置改变，所述相控发射模块根据聚焦指示信号生成聚焦法则下的不同超声晶片的超声脉冲发射时序；二维相控阵换能器，接收所述相控发射模块的超声脉冲发射时序，所述二维相控阵换能器的超声晶片探头具有多个超声晶片，不同超声晶片在各自超声脉冲发射时序控制下发射超声脉冲串，不同超声晶片发射超声脉冲串之间的时延得以使超声脉冲串在相应聚焦方向和/或聚焦深度聚焦。本发明专利技术可以实现不同刺激程度、不同聚焦深度和倾斜度以及相关聚焦位置运动的超声针灸。

Two dimensional ultrasonic phased array acupuncture system

The invention provides a two-dimensional phased array ultrasonic acupuncture system, include: phase control emission module, receiving focus indication signal, the focus indicator signals the focusing direction and / or depth of focus and the focus position is changed, the phase control emission module according to the instructions of different ultrasonic focusing ultrasonic pulse emission chip timing signal generation focus Hedonomics; two-dimensional phased array transducer, receiving the phased ultrasonic pulse emission sequence transmitting module, ultrasonic probe chip of the two-dimensional phased array transducer having a plurality of ultrasonic chip, different ultrasonic wafer in each ultrasonic pulse emission control timing transmitting ultrasonic pulses of different ultrasonic transmitting ultrasonic pulse delay on wafer between to make ultrasonic pulse the corresponding string in the focusing direction and / or depth of focus focus. The invention can realize ultrasonic acupuncture and moxibustion with different stimulation degree, different focusing depth and inclination and the movement of the focusing position.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声波领域，尤其涉及的是二维超声相控阵针灸系统。
技术介绍
超声波(ultrasonicwave)是一种人耳听不见的声波。正常人的听觉可以听到20～20000Hz的声波，低于20Hz的声波称为次声波，超过20000Hz的声波称为超声波。超声针灸是指利用超声波发生器产生超声振动，通过特制的探头或换能器作用于人体穴位，超声针灸具有无痛苦、无损伤、安全可靠、疗效高、易学易用的特点。超声针灸仪的探头是利用“逆压电效应”原理，将高频电场作用于晶体薄片，使后者产生相应频率振动，电能转换为机械能。现有超声针灸仪没有灵活的聚焦调焦技术，不能实现聚焦点的灵活变化，并且由于生物体的穴位点通常来说比较小，针灸需要较为精确的定位，并要求可实现聚焦点位置的变化以模拟针灸的针刺运动变化，因而目前的超声针灸聚焦方式和技术还有待改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种二维超声相控阵针灸系统，聚焦定位灵活可变，可以在一定范围内实现任意深度和任意倾斜度聚焦，并实现聚焦位置变化以模拟针刺动作。为解决上述问题，本专利技术提出一种二维超声相控阵针灸系统，包括：相控发射模块，接收聚焦指示信号，所述聚焦指示信号指示聚焦方向和/或聚焦深度和/或聚焦位置变化，所述相控发射模块根据聚焦指示信号生成聚焦法则下的不同超声晶片的超声脉冲发射时序；二维相控阵换能器，接收所述相控发射模块的超声脉冲发射时序，所述二维相控阵换能器的超声晶片探头具有多个超声晶片，不同超声晶片在各自超声脉冲发射时序控制下发射超声脉冲串，不同超声晶片发射超声脉冲串之间的时延控制所述超声脉冲串的聚焦位置、聚焦深度和聚焦方向。可以利用实时聚焦的功能实现聚焦深度变化(模拟针的刺入或拨出)、旋转等。根据本专利技术的一个实施例，所述超声晶片探头的超声晶片分布为平面圆形阵列，所述平面圆形阵列包括多个超声晶片环，从圆心开始向外的各超声晶片环所具有的超声晶片的数目逐渐增多。根据本专利技术的一个实施例，所述平面圆形阵列包括N个超声晶片，所述相控发射模块的输出通道输出M路信号，其中N路信号为超声脉冲发射时序控制所述N个超声晶片，所述M大于N，所述M为2的n次方，n为大于2的整数。根据本专利技术的一个实施例，所述相控发射模块的输出通道输出M-N路信号作为各超声晶片的共用信号或空置，或作他用。根据本专利技术的一个实施例，所述聚焦指示信号更新，则所述相控发射模块根据更新的聚焦指示信号生成聚焦法则下的新的超声脉冲发射时序，从而使得超声脉冲串聚焦深度改变或聚焦发生旋转、倾斜运动。模拟针刺行针的动作。根据本专利技术的一个实施例，所述聚焦法则包括：以超声晶片平面为z＝0的平面，建立一三维平面，O为坐标原点，P(r0,θ0,z)为预期聚焦点，其在z＝0的面上的投影点为P'(r0,θ0,0)，任一所述超声晶片i的坐标点为Qi(ri,θi,0)，计算出预期聚焦点到任一所述超声晶片i的声时ti，所述相控发射模块根据各超声晶片的声时或声时差确定超声晶片的超声脉冲发射时序的时延，所述声时ti或声时差Δti的计算公式如下：PP'＝z0；OP'＝r0；OQ＝ri；P′Qi=(OP′)2+(OQi)2-2OP′·OQicos(θi-θ0)=r02+ri2-2r0ricos(θi-θ0)]]>PQi=(PP′)2+(P′Qi)2=z02+r02+ri2-2r0ricos(θi-θ0)]]>ti＝PQi/c。t0＝min(ti)Δti＝ti-t0，其中，t0为最小声时。根据本专利技术的一个实施例，所述超声晶片探头包括背衬，设于背衬表面之上的超声晶片阵列层，以及设于所述超声晶片阵列层表面之上的匹配层；所述超声晶片阵列层的各超声晶片具有信号引出线。根据本专利技术的一个实施例，还包括显控模块，用以显示、输入或调整聚焦信息，并根据输入或调整的聚焦信息生成并输出聚焦指示信号。根据本专利技术的一个实施例，二维相控阵换能器的超声晶片探头对准生物肌体穴位，各超声晶片发出的超声脉冲串聚焦到生物机体内一定深度位置。超声脉冲串可以垂直聚焦也可以一定倾斜角度聚焦。根据本专利技术的一个实施例，所述聚焦指示信号还指示超声脉冲串的信号强度，以实现不同的针刺强度。采用上述技术方案后，本专利技术相比现有技术具有以下有益效果：采用相控发射模块控制二维相控阵换能器发射超声脉冲串，根据聚焦指示信号找到聚焦法则下的各超声晶片的超声脉冲发射时序，聚焦指示信号包含的信息可以包括所需聚焦的聚焦方向和/或聚焦深度和/或聚焦位置或者前者的关联信息，从而能够根据实际所需聚焦来确定超声脉冲发射时序，超声晶片通过各自的超声脉冲发射时序发射超声脉冲串，因而当超声脉冲发射时序之间存在时延时，各超声晶片发射的超声脉冲串之间也存在时延，因而当一部分信号先行，一部分信号后行时，会形成一脉冲包络，调整时序的时延使得包络的中心处于所需聚焦位置，便可实现聚焦，二维相控阵可实现任意角度和深度的聚焦。二维超声相控阵模拟针灸，二维可以实现任意方向聚焦，借以实现针灸中的不同手法，另外二维相控阵可以实现旋转，借以实现针在人体组织中的旋针。另外，从控制超声信号的幅度(超声剂量)上可以实现不同的针刺强度。从而利用二维超声相控阵模拟甚至代替传统针灸。但超声针灸更加有安全性，因为针灸需要将针插入皮肤(非专业人士不能任意操作)，但超声却无需刺入，从而保证了非专业人士的可操作针灸的可能性。附图说明图1为本专利技术一实施例的二维超声相控阵针灸系统的结构框图；图2为本专利技术一实施例的二维相控阵换能器的工作原理示意图；图3为本专利技术一实施例的聚焦法则的坐标系示意图；图4为本专利技术一实施例的超声晶片探头的阵列分布示意图；图5为本专利技术一实施例的超声晶片探头的剖面结构示意图；图6a～6d为本专利技术一实施例的二维超声相控阵针灸系统的聚焦仿真示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。图1示出本专利技术实施例的二维超声相控阵针灸系统，包括相控发射模块1和二维相控阵换能器2。本专利技术的二维超声相控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维超声相控阵针灸系统，其特征在于，包括：相控发射模块，接收聚焦指示信号，所述聚焦指示信号指示聚焦方向和/或聚焦深度和/或聚焦位置变化，所述相控发射模块根据聚焦指示信号生成聚焦法则下的不同超声晶片的超声脉冲发射时序；二维相控阵换能器，接收所述相控发射模块的超声脉冲发射时序，所述二维相控阵换能器的超声晶片探头具有多个超声晶片，不同超声晶片在各自超声脉冲发射时序控制下发射超声脉冲串，不同超声晶片发射超声脉冲串之间的时延控制所述超声脉冲串的聚焦位置、聚焦深度和聚焦方向。

【技术特征摘要】
1.一种二维超声相控阵针灸系统，其特征在于，包括：
相控发射模块，接收聚焦指示信号，所述聚焦指示信号指示聚焦方向和/或聚焦深度
和/或聚焦位置变化，所述相控发射模块根据聚焦指示信号生成聚焦法则下的不同超声晶
片的超声脉冲发射时序；
二维相控阵换能器，接收所述相控发射模块的超声脉冲发射时序，所述二维相控阵换
能器的超声晶片探头具有多个超声晶片，不同超声晶片在各自超声脉冲发射时序控制下发
射超声脉冲串，不同超声晶片发射超声脉冲串之间的时延控制所述超声脉冲串的聚焦位
置、聚焦深度和聚焦方向。
2.如权利要求1所述的二维超声相控阵针灸系统，其特征在于，所述超声晶片探头的超
声晶片分布为平面圆形阵列，所述平面圆形阵列包括多个超声晶片环，从圆心开始向外的
各超声晶片环所具有的超声晶片的数目逐渐增多。
3.如权利要求2所述的二维超声相控阵针灸系统，其特征在于，所述平面圆形阵列包括
N个超声晶片，所述相控发射模块的输出通道输出M路信号，其中N路信号为超声脉冲发射时
序控制所述N个超声晶片，所述M大于N，所述M为2的n次方，n为大于2的整数。
4.如权利要求3所述的二维超声相控阵针灸系统，其特征在于，所述相控发射模块的输
出通道输出M-N路信号作为各超声晶片的共用信号或空置，或作他用。
5.如权利要求1所述的二维超声相控阵针灸系统，其特征在于，所述聚焦指示信号更
新，则所述相控发射模块根据更新的聚焦指示信号生成聚焦法则下的新的超声脉冲发射时
序，从而使得超声脉冲串聚焦深度改变或聚焦发生旋转、倾斜运动。
6.如权利要求1或5所述的二维超声相控阵针灸系统，其特征在于，所述聚焦法则包括：
以超声晶片平面为z＝0的平面，建立一三维平面，O为坐标原点，P(r0,θ0,z)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欢，张世功，周红生，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所东海研究站，
类型：发明
国别省市：上海;31