一种聚焦装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种聚焦装置，该装置包括：控制模块，发射模块、换能器阵列、采样模块和处理模块。控制模块用于根据靶区与换能器阵列中每一阵元的距离计算换能器阵列时延以及对第二数字信号进行时间反转，发射模块用于分别利用第一激励信号和第二激励信号激励换能器阵列，换能器阵列用于向靶区发出第一聚焦声束并接收靶区的反射声波以及再次发出第二聚焦声束，采样模块用于对靶区的反射声波进行采样并生成第一数字信号，处理模块用于分别对原始激励数字信号和第二数字信号进行处理。因此，该方法和装置能够在具有非均匀、热粘滞吸收和非线性等特征的人体组织中实现自适应的高精度聚焦，从而提高了超声治疗的准确性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种聚焦装置。
技术介绍
目前在高强度聚焦超声技术(high-intensityfocused ultrasound, HIFU)中主要的聚焦方式有自聚焦、声透镜聚焦以及电子相控阵列聚焦。与前两种聚焦方式不同，电子相控阵列超声治疗系统的治疗头包含多个小的换能器阵元，通过控制单个阵元激励信号的相位或时延达到声束聚焦的目的，该电子相控阵列聚焦技术代表了当前的最新技术。图I为现有技术中利用电子相控阵列聚焦技术进行聚焦的示意图。如图所示，通 过激励碗状换能器的每个阵元形成聚焦声束聚焦在靶区所在的位置，从而消蚀人体组织内的病灶即祀区。其具体实现过程为首先，由超声诊断技术(type-B ultrasonic, B超)或电子计算机 X 身寸线断层扫描技术(electronic computer X-ray tomography technique,CT)等医疗成像技术确定针对人体特定组织的靶区的位置，比如靶区为肿瘤等异物。然后根据碗状换能器每一阵元到靶区的距离计算换能器每一阵元激发信号的时延；最后碗状换能器每一阵元向靶区发出声束并同时聚焦在靶区并将靶区的特定组织消蚀。上述方法只根据碗状换能器每一阵元到靶区的距离来决定激发信号的时延。但是，人体组织是一种非均匀介质，该介质还具有粘滞吸收和非线性特征，当碗状换能器各个阵元向靶区发出声束后，声束在人体各种组织中传播时的传播速度不是相同的而是各自发生了变化，并且由于人体组织的非线性特性，声束中不同的频率成分在同一组织中具有不同的传播速度和吸收系数，从而使得各个声束发生信号波形畸变和时延改变，最终导致各个声束最后形成的聚焦区域位置发生偏移、或者聚焦区域面积增大等而不能得到最佳的聚焦效果。同时，电子相控阵列超声系统产生的焦域形状一般为纺锤形，难以和实际的靶区很好匹配。
技术实现思路
本技术的目的是，提供一种聚焦装置。该装置利用时间反转原理能够在具有非均匀、热粘滞吸收和非线性等特征的人体组织中实现自适应的高精度聚焦，解决了现有技术中因人体组织是一种非均匀、热粘滞吸收和非线性特征的介质而导致聚焦声束聚焦在靶区的准确度不高的问题。为实现上述目的，本技术提供了一种聚焦装置，所述装置包括控制模块，发射模块、换能器阵列、米样模块和处理模块。控制模块用于根据靶区与换能器阵列中每一阵元的距离计算所述换能器阵列中每一阵元的原始激励数字信号的时延；还用于对第一数字信号进行时间反转并生成第二数字信号。发射模块用于利用所述第一激励信号激励所述换能器阵列中每一阵元并使得所述换能器阵列向所述靶区发出第一聚焦声束；还用于利用所述第二激励信号激励所述换能器阵列中每一阵元并使得所述换能器阵列向所述靶区发出第二聚焦声束。换能器阵列用于向所述靶区发出所述第一聚焦声束并接收所述靶区的反射声波；还用于向所述靶区发出所述第二聚焦声束。采样模块用于对所述靶区的反射声波进行采样并生成所述第一数字信号。处理模块 用于对所述原始激励数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第一激励信号；还用于对所述第二数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第二激励信号。其中，所述控制模块控制所述发射模块向所述换能器阵列发射所述第一激励信号，所述换能器阵列接收到所述第一激励信号后向所述靶区发出所述第一聚焦声束并接收所述靶区的所述反射声波，所述反射声波经所述采样模块采样后生成所述第一数字信号并发送至所述控制模块，所述控制模块对所述第一数字信号进行时间反转并生成所述第二数字信号，所述第二数字信号经所述处理模块后生成所述第二激励信号，通过所述发射模块向所述换能器阵列发射所述第二激励信号，所述换能器阵列接收到所述第二激励信号后向所述靶区发出所述第二聚焦声束。优选的，所述处理模块还用于根据所述第二数字信号确定再次激励所述换能器的每个阵元的所述第二激励信号的激励时延。优选的，所述装置还包括存储模块，用于存储所述第二数字信号。优选的，所述处理模块具体用于对所述原始激励数字信号进行数模转换和功率放大，并生成所述换能器阵列中每一阵元的第一激励信号；还具体用于对所述第二数字信号进行数模转换和功率放大，并生成所述换能器阵列中每一阵元的第二激励信号。优选的，所述处理模块中所述第一激励信号的电压幅值小于所述第二激励信号的电压幅值。因此，本技术公开的一种聚焦装置，该装置通过将第一次聚焦声束从靶区反射回来得到的接收信号进行时间反转后再次发出第二次聚焦声束，能够在具有非均匀、粘滞吸收和非线性等特征的人体组织中实现自适应的高精度聚焦，从而提高了利用该方法和装置进行超声治疗的准确性。附图说明图I为现有技术中利用电子相控阵列聚焦技术进行聚焦的示意图；图2为本技术实施例一种聚焦系统的架构图；图3为本技术实施例一种聚焦方法的流程图；图4为本技术实施例一种聚焦方法的控制发射部分的电路图；图5为本技术实施例一种聚焦方法的接收处理部分的电路图；图6为本技术实施例中使用的人体组织模型示意图；图7为本技术实施例使用电子相控阵列聚焦技术进行聚焦的声压幅值图；图8为本技术实施例使用时间反转聚焦技术进行聚焦的声压幅值图；图9为本技术实施例一种聚焦装置的示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。本技术实施例将时间反转原理应用于HIFU系统中，克服人体组织非均匀、热粘滞吸收和非线性特征对现有HIFU系统中采用的聚焦技术带来的不利影响，以实现自适应的高精度聚焦。时间反转方法最早由法国的FINK教授引入到超声检测领域，它可以实现在不均匀介质中的声束聚焦成像。时间反转方法的基本原理是由换能器阵元组成的时间反转镜接收来自目标处的脉冲回波信号，将其转换成电信号后进行存储和时间反转处理，然后将这个时间反转信号加到换能器阵上重新激发声波，在原目标处将这些发散的声波变成会聚声波。但到目前为止，尚未见时间反转方法在人体组织这种极不均匀又具有粘滞吸收和非线性特征的介质中的应用。图2为本技术实施例一种聚焦系统的架构图。如图所示，本技术实施例 系统架构图具体由碗状的换能器阵列，控制电路，D/A功放电路(处理电路)，发射接收电路和采样电路等组成。其中碗状的换能器阵列由32-256个独立的阵元组成，各个阵元的中心频率和发射、接收的相应特性保持一致。另外，针对每一个阵元皆需要有一路独立的发射接收、D/A功放和采样电路。图3为本技术实施例一种聚焦方法的流程图。本实施例中以64个阵元的碗状换能器为例。其中，每个阵元的中心频率为1MHz，控制处理电路由数字信号处理(DigitalSignal Processing, DSP)和 / 或现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)和数据存储单元组成。如图所述，本实施例的具体实现步骤包括步骤301，根据靶区与换能器阵列中每一阵元的距离计算换能器阵列中每一阵元的原始激励数字信号的时延。具体地，针对人体特定组织的目标靶区(肿瘤等异物，其位置可由B超，CT等医学成像技术得到)。为了保证碗状换能器阵列中各阵元发出的声束同时到达靶区，根据靶区与换能器阵列中各阵元的距离由控制电路计算换能器阵列中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚焦装置，其特征在于，所述装置包括：控制模块，发射模块、换能器阵列、采样模块和处理模块；控制模块，用于根据靶区与换能器阵列中每一阵元的距离计算所述换能器阵列中每一阵元的原始激励数字信号的时延；还用于对第一数字信号进行时间反转并生成第二数字信号；发射模块，用于利用所述第一激励信号激励所述换能器阵列中每一阵元并使得所述换能器阵列向所述靶区发出第一聚焦声束；还用于利用所述第二激励信号激励所述换能器阵列中每一阵元并使得所述换能器阵列向所述靶区发出第二聚焦声束；换能器阵列，用于向所述靶区发出所述第一聚焦声束并接收所述靶区的反射声波；还用于向所述靶区发出所述第二聚焦声束；采样模块，用于对所述靶区的反射声波进行采样并生成所述第一数字信号；处理模块，用于对所述原始激励数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第一激励信号；还用于对所述第二数字信号进行处理并生成所述换能器阵列中每一阵元的第二激励信号；其中，所述控制模块控制所述发射模块向所述换能器阵列发射所述第一激励信号，所述换能器阵列接收到所述第一激励信号后向所述靶区发出所述第一聚焦声束并接收所述靶区的所述反射声波，所述反射声波经所述采样模块采样后生成所述第一数字信号并发送至所述控制模块，所述控制模块对所述第一数字信号进行时间反转并生成所述第二数字信号，所述第二数字信号经所述处理模块后生成所述第二激励信号，通过所述发射模块向所述换能器阵列发射所述第二激励信号，所述换能器阵列接收到所述第二激励信号后向所述靶区发出所述第二聚焦声束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林伟军，张海澜，贺洪斌，张澄宇，刘蕾，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：实用新型
国别省市：