[发明专利]一种用于提高精准频率的相控阵超声换能器激励系统

说明书

本发明公开了一种用于提高精准频率的相控阵超声换能器激励系统，PC机用于提供相控阵超声换能器的各个通道的聚焦激励参数，聚焦延时模块用于根据各个通道的聚焦激励参数获取与各个通道的聚焦激励参数对应的聚焦延时数据，DDS信号发生模块依据各个通道的聚焦延时数据向相控阵超声换能器的各个阵元发射第一激励信号，一级运算放大模块用于将第一激励信号形成两个幅值相同、相位相反的第二激励信号，二级功率放大模块用于对两个幅值相同、相位相反的第二激励信号进行功率放大后输出至相控阵超声换能器相应的通道中。以通过两级放大激励脉冲设计，第一级使用运算放大，第二级使用功率放大，并使用BTL桥接电路的方式，相较传统超声相控阵换能器激励系统有更高的驱动功率。

技术领域

本发明实施例涉及相控阵超声换能器技术领域，尤其涉及一种用于提高精准频率的相控阵超声换能器激励系统。

背景技术

脑科学及神经科学研究中，各类无创神经刺激(如电刺激、磁声刺激等)已被广泛应用于脑功能认知及脑部神经功能性疾病的研究和治疗。其中经颅磁声刺激具有既不破坏脑组织或神经，也不影响其他治疗方法等优点，但其技术上使用高频超声进行经颅刺激，神经元对高频信号的响应没有低频敏感；经颅干扰电刺激技术基于大脑神经元对低频电流响应的特点可实现非侵入的经颅电刺激，但由于电流的衰减和弥散效应使得该技术无法作用于脑深部。

为解决这一问题，现有研究者提出了一种基于双频磁声耦合效应的经颅聚焦差频电刺激方法，该方法具有可在颅内局部生成神经元敏感的低频信号的特点，有效弥补了经颅磁声耦合刺激的高频缺点和经颅直流电刺激的弥散性缺点，且该方法安全性好、无永久副作用、可调节、无创或微创、刺激具有可逆性，在脑功能研究中具有巨大的发展前景。

但由于该技术使用差频，即两个频率相近但不同的波进行干涉，所得到的干涉信号的频率是原先的频率之差，传统的超声换能器激励源提供的正弦脉冲频率误差较大，如500kHz正弦激励实际输出为497kHz～503kHz，而传统经颅差频电刺激方法使用500kHz和505kHz正弦脉冲进行干涉，最终产生5kHz的差频激励信号，传统的超声换能器激励源显然不能满足该磁声刺激技术的参数需求。

发明内容

本发明提供一种用于提高精准频率的相控阵超声换能器激励系统，以通过两级放大激励脉冲设计，第一级使用运算放大，第二级使用功率放大，并使用BTL桥接电路的方式，相较传统超声相控阵换能器激励系统有更高的驱动功率。

为实现上述目的，本发明实施例提出了一种用于提高精准频率的相控阵超声换能器激励系统，包括：

PC机、聚焦延时模块、DDS信号发生模块、多个一级运算放大模块和多个二级功率放大模块，所述一级运算放大模块与所述二级功率放大模块一一对应；

所述PC机用于提供相控阵超声换能器的各个通道的聚焦激励参数，所述聚焦延时模块用于根据所述各个通道的聚焦激励参数获取与所述各个通道的聚焦激励参数对应的聚焦延时数据，所述DDS信号发生模块依据所述各个通道的聚焦延时数据向所述相控阵超声换能器的各个阵元发射第一激励信号，所述一级运算放大模块用于将所述第一激励信号形成两个幅值相同、相位相反的第二激励信号，所述二级功率放大模块用于对两个所述幅值相同、相位相反的第二激励信号进行功率放大后输出至所述相控阵超声换能器相应的通道中。

根据本发明的一个实施例，所述聚焦延时模块为STM32H743聚焦延时模块。

根据本发明的一个实施例，所述第一激励信号为正弦波激励信号、方波激励信号、三角波激励信号、高斯脉冲激励信号、阶梯波激励信号、钟型波激励信号中的任意一种。

根据本发明的一个实施例，所述一级运算放大模块包括：隔直导交单元和运算放大器单元；所述隔直导交单元的输入端连接所述DDS信号发生模块的输出端连接，用于将所述第一激励信号转化为交流信号；所述运算放大器单元的输入端与所述隔直导交单元的输出端连接，用于将所述交流信号转化为两个幅值相同、相位相反的第二激励信号。