基于凹型多阵元超声换能器的多点聚焦仿真研究

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1、＾Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ＼＾／＾／Ｓ＾１ｋａ＾Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ硕士学位论文ＴＨＥＳ＇ＩＳＦＯＲＭＡＳＴＥＲＳＤＥＧＲＥＥ论文题０基于凹型多阵元超声换能器的多点聚焦仿真研究作者高孟娣学院中荷生物医学与信息工程学院专业生物医学工程指导教师钱唯教授？备注二零一六年十二月分类号密级ＵＤＣ学位论文基于凹型多阵元超声换能器的多点聚焦仿真研究作者姓名：高孟娣指导教师：钱唯教授、马贺副教授东北大学中荷生物医学与信息工程学院邱维宝副研宄员中国科学院深圳先进技术研究

2、院申请学位级：硕士学科类别：工学学科专业名：生物医学工程论文提交日：２０１６年１２月２０日论文答辩日期：２０１６年１２月１３日学位授予日：２０１７年０１月０４日答辩委员会主席：马贺评阅人：甘甜、李宏东北大学２０１６年１２月ＡＴｈｅｓｉｓｉｎＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｆｏｃａｌｏｉｎｔｓｂａｓｅｄｙｐｏｎｔｈｅｃｏｎｃａｖｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｅｌｅｍｅｎｔｓＢｙＧａｏＭｅｎｇｄｉＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆｅ

3、ｓｓｏｒｉａｎＷｅｉｐＱＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１６独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。？学位论文作者签名．日期：如）丨工Ｇ学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文

4、的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：一半年□一年□年半□两年５／ＩＩ学位论文作者签名：导师签名：签字日期：日期：＾、、／，、，签字，－－Ｉ东北大学硕士学位论文摘要基于凹型多阵元超声换能器的多点聚焦仿真研究摘要医学超声具有非介入性、安全性、成本低和实时性等特点，广泛地运用于临床中的诸多领域，几乎涉及到了人体各种组织器官和医学分支。依托于超声波的基本物理特性和生物学效应，医学超声逐步实现成像诊

5、断、神经调控、热消融等多种功能。超声神经调控和热消融运用属于治疗型超声，通过控制超声换，都是利用超声换能器的聚焦特性能器的激励信号，能够调节声场的聚焦效果。目前单点聚焦的研宄比较成熟，但是单点聚焦存在焦点数目少、焦点区域面积小等缺陷。同时基于二维面阵的多点聚焦因其换能一些领域的运用器形状的特点，所以本文展开了基于凹型多阵元超声换能，限制了其在器的多点聚焦仿真研宄并提出了相关运用。本文首先研宂了实现凹型多阵元超声换能器多点聚焦的算法，包括伪逆算法，随机－迭代算法和加权ＧｅｒｃｈｂｅｒｇＳａｘｔｏｎ算法，实现并比较了三种算法在形成多点聚焦时均匀性和有效性的

6、区别。然后基于多点聚焦仿真实验的可行性，提出了两个具体的运用。第一一，本研究提出了个基于隐形眼镜状凹型多阵元超声换能器的超声视网膜假体的运用。仿真过程中，，创新性地使用了凹型超声换能器完全模拟隐形眼镜的外部性状和尺寸。该换能器能够很好地贴合眼球，利用眼球内体液，有效解决空气、换能器、组织之间的耦合问题。仿真实验中，通过调节凹型探头的中心频率等参数能够在视网膜深度上形成一多点刺激。进步地，通过调整探头各个阵元的激励，能够控制多个焦点能量的均衡性，一同时也能增强多点的连续性。由于视网膜呈现出定弧度，为了更贴近视网膜外部特征，实验还实现了在不同深度上形成多点刺激

7、，。第二本研宄基于实物高能量聚焦超声探头的参数，仿真实现了高强度聚焦超声多点聚焦的运用。多点同时聚焦增大了作用于靶组一织的焦点区域面积，有效解决了单点聚焦模式下逐扫描而带来的效率低的问题以及因单点作用范围小造成的靶区癌细胞残留的问题。总之，多点聚焦不仅缩短了治疗时间，，从而达到快速有效的治疗效果也降低了残留癌细胞带来的肿瘤复发率。仿真中模拟的能够在超声视网膜假体上形成多点刺激的换能器参数以及实现高强度聚焦超声多点刺激的换能器激励信号