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1、!年深圳大学学报∀理工版#第二期相控圆环阵的聚焦声场,忠李强内容提要本文讨论∃了用于加热治疗肿瘤的相控同心圆环平面阵的聚焦声场借助于电子计算机,详,细分析了该相控阵各结构参数及工作状态对声场的影响找出了宜于加热。,治疗用的换能器的结构参数和工作状态计算结果表明该相控圆环阵的聚焦深度可在,%厘米至厘米间调节且可对该范围内直径小于&厘米的肿瘤作局部加∃,。热从温度场的均匀性考虑对中小尺寸的深部肿瘤可望得到更好的热疗效果、一前言超声波用于治疗恶性肿瘤∃近几年来已愈益引起人们的关注∃影响治疗效果的关键是超声换能器。,的性能为获得理想的疗效要求换能器在需加热的肿瘤区形成较均匀的温,土#
2、℃),度分布并使其温度达∀∋(为了便于临床使用要求换能器的加热深度和加,调,∃热范围均可调节节范围越大换能器的通用性就越强如何满足对换能器所提出的上述要求,国内外已有不少学者对各类换能器及其工作〔’一‘∗,,方式作了研究其中最近几年提出的相控聚焦方法可望成为一种方便而实用的方法。,,详细分,本文在前人的基础上借助于电子计算机析了相控圆环阵的聚焦声场以求获得宜于加热治疗用的超声换能器的结构参数和工作状态∃、二相控圆环阵及其聚焦声场,∃,∃−。一.//,年+叫将一片直径为0毫米的压电片加工成∋个同心团环,并给出,做成一个聚焦深度可调节的相控阵了一些计算和实验结果但所给的数据不
3、够,也未给出声场的具∃,,完整体计算方法因此很有必要对该换能器的声场作详细分析并在此基础上改进聚焦效果∃本文于!年%月收到∃第二期相控圆环阵的聚焦声场了图∃,23)∃3%∃为同心圆环阵示意图设圆环的总数为1第个圆环的内外半径用和表示。可,,以设想每个圆环由两个同心圆相减所致它们的半径分别为34,和3,。∃根据线性声场的迭加,原理每个圆环的声场可认为是该两同心圆所产生的声场之差∃两圆的共同部分具有相同的振速,。,分布大圆边缘部分的振速分布与圆环一致因此可用圆型平面换能器声场的计算公式计算每个圆环的声场,将所有圆环图同心圆环阵,。的声场迭加就得到整个阵的声场换能器∃圆型平面换
4、能器的声场,5,/。。一‘∀“‘砷。#∃图%为一圆型活塞式换能器其半径为振动面振速为∀叭为初相#,6。择坐标原点于换能器中心7平面与振动面重合8为声,,,场中任一点可用柱坐标8∀35约或直角坐标8二,,。,。∀夕约表示8为8在69平面上的投影8为振,。。动面上一点:为原点8与场点8之间的距离圆刑平而活塞换能器的声场,已有许多学者作了详尽的研究;(〕,,将其结果归纳如下<为便于后面计算时引用=#3>0,<图%平面圆型活塞换能器即对称轴上>&=?二、。。一,=?二Α,。。∀。#∀)≅#∀壳#牛人Β+一,Α,。·Α。。∀)≅卜一“,份Χ一〕∀%一#,。为速度势函数,人为波长,Δ>%
5、兀其中Ε从二>5,Α二%尸∀#告#3子0广‘∃,!·。。Φ·。。·‘·Φ··甲。,凡几气凡‘:,‘“:,Γ:%‘:,‘‘“:,“:∃#尸%又∀自∀白裸Η<<小一·。。ΦΑ)。··&··甲。ΑΙ,··‘:,‘“:,“:‘%‘:,‘‘“:,Γ:,ϑΗ<<&∋一∋(,∗一,“−∋∋百其中)+&(〕.一−。,−二∋尸〔&(〕告。&/(∗。。0一1&∋一2(#哗乙兽吸式“典一∋(兴一深圳大学学报∀理工版#!年。<>?’。Α,。&‘·之一’二Α,。·‘∀‘:卜‘‘“:,‘食卜〕于Χ一一∀%一∋#’,>3一5“Α%%玄二,:〔∀#〕:%。同心圆环阵的声场3<。3<),设某一圆
6、环的内外半径分别为和振速分布为/。>。。一。一=∀。,Κ∃#‘>Λ,,,+%⋯1∀%一&#‘3<∃,<<。,/。。,。∃,、该圆环在8点所产生的速度势函数为中∀甲#而具有相同振动速度分布半3∃的,∀<‘,/。,,中。,#,径为圆型平面活塞的速度势函数为中则有中。∀30,3%∃,/。。,中。。#二中。∀3<,,/Κ=,中。=#一中,∀3Χ∃,/。。,甲。=#∀%#一!整个圆环阵的声场为·。∃‘3,,,3<<,/。一甲。‘’万∀%一Μ#,,因第一个为实心圆环即圆型活塞故式∀%一Μ#可写成一·,,<,/。,,,。<Α‘34‘,/。∃,,。,。3,‘,/。‘,,。∃。。∀#<。∀。∀#
7、<艺卜∀%一#,‘3%∃,/。。,。,、‘3),,。。‘,。。∃式中。∀甲#中∀甲#可根据前面推导的平面换能器的公式来计算(∃相控圆环阵声场的计算机模拟分析∃∃Ν一//“,+,−.用相控圆环阵在对称轴上实现了动态聚焦〔〕但聚焦区小于Χ立方。∃∃。一//,厘米下面先对按+,−.给出的相控圆环阵的参数进行模拟分析对所得结果,。,加以讨论并通过改变圆环阵参数和控制工作阵元数目来改进聚焦效果然后为扩大聚焦范,,∃,围除轴上点采用调相聚焦外对旁轴点也予以调相计算结果表明旁轴聚焦
