基于G-S算法的治疗超声相控阵声场调控研究

【摘要】：超声相控阵作为对单一阵元声换能器的拓展,现已应用于医学成像、无损检测以及超声治疗等众多领域当中。本文对各类常用的超声换能器作了简要的介绍,并对一系列超声相控阵当中所用到的计算方法作了简要的说明。然而在现有的超声相控阵计算方法下,虽然能实现超声相控阵输出声场的聚焦、偏转、偏转聚焦以及多焦点输出等,但对于整个输出平面上的声场调控还存在着不足。 本研究以现有的超声相控阵声场计算方法为基础,并引入其他一些优秀算法的基本思想,来设计新的相控阵计算方法。在这种新算法的作用下能够实现对超声相控阵的输出声场进行比较有效的调控,以使得超声相控的声场输出模式能够更加满足治疗时的需要。 G-S算法和杨顾算法是衍射光学元件设计当中常用到的两种算法,杨顾算法所得出的结果较G-S算法更为精确,但过程也要复杂的多,计算量也比较大。从某种意义上说G-S也是杨顾算法的一种特列,但是G-S算法的过程更清晰,易于理解和实现,因此本研究首先选择了G-S算法的一些理论方法来进行新算法的设计。 G-S算法的基本思想是通过预设输出光场的分布模式来计算输入平面内衍射光学元件的相位,本研究则是借鉴了这种预先设定的方法来进行超声相控阵的输出声场调控,即通过通过预设相控阵换能器输出平面上的输出声场分布模式,然后借助伪逆算法回到相控阵面上,再以瑞利积分到相控阵的输出平面上,通过在输出平面与相控阵面之间的不断迭代变换来求解相控阵的驱动,最终在所求解的作用下可以使得超声相控阵的输出声场能够最大限度的接近预设声场模式。通过利用计算机仿真,模拟了在多种不同预设输出声场的模式下,这种新算法所能得到的超声相控阵声场输出,并以此来论证这种新算法在相控阵声场调控当中的可行性和有效性。计算机仿真结果表明这种新的超声相控阵计算方法,在相控阵的输出声场形态调控上是可行有效的。