开口柱面换能器声场分析

目的:聚焦超声治疗妇科浅表组织疾病中存在聚焦换能器和定位探头同时放置的问题,在实际的治疗头设计中必须考虑放置B超探头对聚焦声场的影响,本文涉及一种开口柱面换能器聚焦超声声场的数值计算与仿真,通过计算得出声场的三维空间分布,同时研究柱面自聚焦换能器中不同开口形状、位置、面积大小对声场的影响,以指导开口换能器的实际设计。方法:本文通过建立三维直角坐标系,应用Rayleigh积分得出柱面换能器聚焦区域内每一点的声强表达式,运用C语言和matlab采用变步长辛卜生二重积分的方法对开口柱面聚焦超声换能器的声场进行了数值计算和仿真,得出声场的三维分布。结果:对开口的不同形状、大小、位置的声场分布仿真结果表明:不同开口形状都会使聚焦区域声压幅值下降,开口半径增大,声压表现为下降的趋势,Z轴向的声压在换能器的边缘较大,中间小。随着开口中心位置距原点的距离越大,Z轴向的声压分布越不均匀,而对聚焦位置影响不大。结论:通过不同开口参数对声场三维分布影响可以看出:柱面超声换能器的开口形状、位置、面积对聚焦区域的声压均有明显影响。与给定的条件相比,选择位置居中、面积较小、的换能器,能使聚焦性能得到提高,而换能器的开口形状对聚焦效果影响不大。     

高强度聚焦超声换能器声场的数值仿真与实验测量

目的 高强度聚焦超声(HIFU)肿瘤治疗过程中,HIFU换能器形成的声场分布是决定其治疗效果的关键因素之一,为了提高HIFU肿瘤治疗的安全性和可靠性,需要对HIFU换能器形成的声场进行预测.方法 采用时域有限差分(FDTD)法数值仿真水体内形成的声压分布与实验测量结果对比的研究方法,分析讨论了HIFU换能器在不同激励功...     

B型超声诊断仪凸面相控阵探头聚焦声场的计算

本文对B型超声诊断仪中已广泛使用的凸面相控阵探头的聚焦声场给出了表达式,并分别对B型超声诊断仪中经常使用的两种工作频率3.5MHz和7.5MHz的聚焦声场进行了数值计算,找出了比较理想的聚焦范围和波束宽度。 数值计算同时也给出了工作频率、弧阵孔径以及阵元高度对聚焦范围和波束宽度的影响。     

双层组织中相控聚焦超声声场分布的建模与计算

目的:获得双层生物组织中相控聚焦超声的声场分布。方法:本文通过建立双层生物组织模型,在均一介质中由速度势推导径向速度的基础上,结合瑞利积分-伪逆矩阵算法计算声场。结果:计算结果表明,当相控聚焦超声焦点位置预设在骨骼中时,不能形成焦点,超声能量大部分集中于软组织—骨骼交界面上。结论:相控聚焦超声在治疗骨肿瘤及位置靠近骨骼的肿瘤时,有一定的限制。需要制定详细的治疗方案。     

用于磁声耦合刺激的64阵元相控阵超声换能器的设计

本研究基于磁声耦合刺激技术(transcranial magneto-acoustic stimulation,TMAS)的需求,设计了用于线性64阵元相控阵的超声换能器,探究相控阵超声换能器压电晶体宽度及间距,优化超声换能器聚焦声场分布.采用MATLAB软件建立相控阵换能器模型,仿真聚焦声场分布.搭建三维声场分布测试...     

相控阵超声探头声场的建模与仿真

相控阵超声探头可实现电子聚焦和电子扫描,具有重要的应用价值。本文从点声源在空间的声场分布公式着手,依次推导了矩形声源、矩形线阵声源、相控阵声源的远场声场二维分布公式,用数值计算仿真研究了确定各声场的二维分布,并绘制了各声场在xoz平面内和x方向声强分布图,发现线阵的声束受单个阵元声场的调制,通过延迟阵元间施加激励的时间可使声束发生偏转,但同时也会降低主瓣的最大值并增加旁瓣数。     

基于虚拟仪器技术的聚焦超声换能器电声转换效率自动测试系统

聚焦超声换能器是超声治疗设备的核心部件,电声转换效率是衡量其性能重要指标之一,实际工作中常以电声转换特性来确定治疗系统的工作频率和驱动参数,这对其测试系统的准确性、效率和便捷性提出很高的要求。为此,构建一套自动测试系统,采用基于定向耦合器的电功率计来测量换能器的输入电功率;运用辐射力天平测量换能器输出声功率;基于虚拟仪器技术开发上位机自动测试软件,实时采集和处理测量数据。基于所开发的自动测试系统,测试换能器在不同频率和驱动功率下的电声转换效率,采用变异系数对系统的稳定性进行分析,并与人工测试方法作对照。结果表明,测试系统具有较好的准确性,且单次测试时间可缩短5倍以上,在驱动功率分别为10、20和30 W情况下,自动测试系统(变异系数分别为4.06%、4.31%、4.65%)比人工测试(变异系数分别为4.14%、4.69%、5.83%)更稳定,满足测试系统应用需求。     

用于治疗宫颈疾病的微型自聚焦超声换能器聚焦特性与图像特征

目的:设计用于治疗妇科宫颈疾病的环状凹球面自聚焦超声换能器,并对其聚焦性能进行检验.方法:采用正负声源的方法,对该环状凹球面自聚焦超声换能器的轴向声场强度分布进行模拟仿真,并利用自定义的声场分布系数(SIDC)的物理意义对该换能器进行优化设计.最后采用离体器官组织牛肝实验所得损伤区域的图像特征分析来检验该换能器的聚焦特性.结果:在保证一定的机械强度和设计约束条件的基础上(固有频率为6 MHz～12 MHz),所设计的内环直径为6 mm,外环直径为12mm的Ⅰ型和内环直径为3 mm,外环直径为7.5 mm的Ⅱ型换能器的SIDC都达到了各自约束条件下的最大值.离体器官组织牛肝实验的结果也显示了焦点附近的损毁区域的轴向长度与仿真结果一致:且Ⅱ型换能器的SIDC值大于Ⅰ型换能器,其损伤区域的轴向长度更长且分布也更加均匀.结论:相同能量条件下,SIDC值较大的自聚焦超声换能器的损伤区域轴向长度更大且分布更加均匀.     

用于浅表肿瘤热疗的二元聚焦超声换能器及其热场分布

介绍一种由两个压电圆片振子（直径２５ｍｍ）构成前向聚焦声场（焦距约为１１４ｍｍ）的超声波加热装置。体模实验测量表明：经该装置持续加热（超声功率约２×４０Ｗ）１０～１５分钟后可在体模内达稳定温度分布,使换能器中心附近６ｍｍ×６ｍｍ×１０ｍｍ范围内达４１～４５℃有效热疗高温（起始环境温度为２０℃时）,较适用于浅表肿瘤的加热治疗。     

任意三角形和六边形超声阵元及其高填充率阵列的声场仿真研究

为提高超声设备中二维相控阵列聚焦换能器的面积填充率,提升聚焦区域的超声能量和治疗效率,本研究利用空间脉冲响应理论对任意三角形阵元进行声场计算,通过对三角形阵元进行二维平面旋转完成了六边形阵元声场仿真,并通过对六边形阵元进行三维空间旋转实现了球面阵列聚焦换能器声场仿真。仿真结果显示,六边形7阵元球面填充率提高了6.1%,其-6 dB焦域横向宽度为2.0 mm、纵向长度为30.1 mm; 19阵元球面填充率提高了5.5%,其-6 dB焦域横向宽度为1.2 mm、纵向长度为9.8 mm,可实现高精度超声治疗。本研究可为任意三角形和六边形及不规则形状阵元声场仿真提供新方法,且为高填充率的球面聚焦超声换能器设计提供新思路。     

双频HIFU及其对组织焦斑的影响

引入具有双频工作模式和单频工作模式的新型HIFU，并用两种模式对不同状态的离体猪肝组织进行照射。实验结果表明：在相同的照射条件下，双频模式HIFU产生的焦斑明显大于单频模式时的焦斑；组织中的气体有扩大焦斑作用；双频模式下选择适当的差频对焦斑有明显影响。说明双频HIFU可以有效地提高大体积肿瘤的治疗效率和效果。同时对实验现象的机理进行了初步分析。     

基于CFD的左心室流场数值模拟研究现状与趋势

随着计算技术的快速发展,计算流体力学在心脏血流流场模拟中得到广泛应用,取得了有价值的相关成果,在心脏功能的研究中扮演着越来越重要的角色。目前,运用计算流体力学实现心脏流体动力学特性及其流场数值模拟分析,已成为心血管基础和临床研究领域的一个重要研究方向,对心血管系统疾病预防、临床诊断和治疗具有重要意义。简述基于CFD的左心室流场数值模拟方法的发展过程、研究现状和方法分类,分析基于CFD的左心室流场数值模拟计算存在的主要问题,提出该研究领域未来的发展方向。     

人工晶体开孔孔径对晶体变形及前房内流场影响的数值模拟研究

目的 研究不同人工晶体(implantable collamer lens,ICL)开孔孔径对晶体变形和前房内流场的影响。 方法 从医工结合角度出发,采用流固耦合数值模拟方法,研究人工晶体不同开孔孔径对其变形及眼内房水流场(流量、速度场、压力场、温度场)的影响。 结果 流体动力学方面,房水通过 ICL 中央孔的房水流量从大到小对应的孔径依次为 0. 36、0. 40、0. 30、0. 20、0. 10 mm,该流量与孔径呈非线性关系。 后房压力略高于前房,前后房压差随孔径增大逐渐降低。 眼内温度分布对孔径的影响并不敏感。 固体静力学方面,0. 36 mm 孔径的 ICL 变形量最小,其变形量受房水通过中央孔的流量所主导,该流量越大,ICL 的变形越小。 结论 本文综合流体动力学和固体静力学分析,验证了现有 0. 36 mm 孔径的合理性,并提出理想的孔径范围为 d≥0. 36 mm。 研究结果有助于探明 ICL 的失效机制,提高临床手术的成功率,为未来人工晶体的国产化提供经验。