[发明专利]一种高强度聚焦超声换能器焦点峰值声压联合定征方法

说明书

本发明涉及一种聚焦超声换能器焦点峰值声压联合定征方法。该方法包括以下步骤：首先在低强度激励下，利用水听器测量聚焦超声换能器声场分布；其次根据聚焦超声换能器标称的几何尺寸进行数值计算；并微调数值计算中聚焦超声换能器的几何尺寸，使计算结果中的测量结果相吻合；由此分析得到非线性高次谐波相对相位量的变化规律；然后在高强度激励下，利用水听器测量得到焦点的信号；根据水听器的幅频响应，计算得到非线性谐波声压幅值；最后计算焦点峰值声压。本发明通过数值计算得到高强度聚焦超声焦点非线性谐波相对相位量，并结合水听器准确测量得到的非线性谐波声压幅值，得到高强度聚焦超声焦点峰值声压。

技术领域

本发明涉及一种峰值声压定征方法，具体涉及高强度聚焦超声换能器焦点峰值声压联合定征方法。

背景技术

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)是一种治疗实体良/恶性肿瘤的非侵入性新兴治疗技术，利用聚焦换能器将声能量集中聚焦至靶区，靶区治疗的声强可高达10³W/cm²，能够在短时间内(秒级)使焦域组织凝固性坏死，而周围的正常组织不受损伤。

HIFU治疗精度要求很高，既要彻底地破坏靶区所有肿瘤组织，又不能过度治疗，损伤周围正常组织。高强度聚焦超声在人体组织中传播时，波形会发生非线性畸变，产生高次谐波，表现为正峰值声压和负峰值声压的差异等非线性现象。在HIFU治疗中，正峰值声压与热效应有关，负峰值声压影响空化效应。因此，为了保证HIFU治疗的安全性和有效性，一些重要的FDA和IEC法规中，要求必须给出HIFU治疗系统的正峰值声压和负峰值声压。

测量正峰值声压和负峰值声压需要已知水听器的幅频响应和相频响应。目前用来测量高强度聚焦超声的水听器，可通过校准得到水听器的幅频响应，尚不能得到水听器的相频响应。水听器相频响应虽然不会影响接收到的非线性超声信号的能量分布，但是会引起对非线性超声信号正峰值声压、负峰值声压的变化。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种聚焦超声换能器焦点峰值声压联合定征方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种聚焦超声换能器焦点峰值声压联合定征方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、在低强度激励下，利用水听器测量聚焦超声换能器声场分布；

步骤2、根据聚焦超声换能器标称的几何尺寸进行数值计算；

步骤3、微调数值计算中聚焦超声换能器的几何尺寸，使计算结果和步骤1中的测量结果相吻合；

步骤4、对调整后的聚焦超声换能器模型进行数值计算，分析得到非线性高次谐波相对相位量的变化规律；

步骤5、在高强度激励下，利用水听器测量得到聚焦超声换能器焦点处的信号；

步骤6、对水听器输出的信号进行处理，根据水听器的幅频响应，计算得到各次谐波声压幅值；

步骤7、根据步骤6得到的各次谐波声压幅值和步骤4中的相对相位量关系，计算焦点峰值声压。

所述低强度激励聚焦超声换能器，非线性项的数量级低于线性项的数量级，可忽略非线性效应的影响，在焦点处没有产生高次谐波，焦点处正峰值声压、负峰值声压相等。

所述高强度激励聚焦超声换能器，在焦点处产生高次谐波，波形发生非线性畸变，正峰值声压和负峰值声压不相等。