相控阵聚焦超声的大焦域形成方法

摘要

本发明涉及一种相控阵聚焦超声的大焦域形成方法，根据靶组织的大小和形状来设定热场形态，并据此来调控相控阵聚焦超声换能器中各个阵元激励信号的相位和幅度，产生多种模式的多焦点声场分布，进而形成所需形状、大小的焦域，并提供加热靶组织所需的超声能量，在人体内形成直径大至30mm左右的局部立体温升区域。对于更大的靶组织则采用分区合成的工作方式。形成的多焦点声场在保持焦域形状、大小不变的前提下，还可以互相交错换位或旋转移动，轮流加热以确保大块的靶组织具有均匀的热剂量分布。本发明可实现人体深部靶组织的定向适形稳定加热，为热敏脂质体的定向打开及载体热敏药物的热协同治疗技术提供了有效可行的手段。

主权项

1、一种相控阵聚焦超声的大焦域形成方法，其特征在于按如下步骤进行：1)根据靶组织的大小和形状设定热场形态，然后设定相控阵聚焦超声的声场声压分布，其合成焦域的形状与尺寸应与热场相对应；2)选定相控阵聚焦超声需形成的焦斑数及各个焦斑所在位置，由焦斑组合而成的焦域形状与设定的焦域形状应有良好的啮合；3)根据相控阵聚焦超声换能器的阵元结构特征及阵元分布特性，并根据所设定的焦斑位置信息，确定超声波传播矢量，得到以矩阵表示的前向传输算子H，进而利用最小二乘法估计前向传输算子H的伪逆矩阵H+，H+＝H*t(HH*t)-1；4)用伪逆矩阵算法，根据声场声压分布矩阵P反求出应有的阵元表面振速U，U＝H+P；5)根据超声换能器的逆压电效应，由超声换能器的激励电压V与其表面振速U之间的近似关系式U＝LV，即V＝L-1U，确定相控阵聚焦超声换能器中各阵元应有的激励电压V的相位φn和幅度un；其中，L为一个对角阵；6)调控相控阵聚焦超声换能器激励装置，使其向相控阵聚焦超声换能器的各个阵元分别输出指定相位φn、指定幅度un的正弦波激励信号，产生多焦斑声场分布，进而形成所需形状、大小的焦域，由此实现靶组织的定向适形加热；7)根据测量到的靶组织温度，调控相控阵聚焦超声换能器中各个阵元激励信号的工作比，使其输出的超声功率相应地改变而实时地调控热剂量，保证靶组织保持在设定的温度，由此实现靶组织定向适形加热的长期稳定。