多焦点超声相控阵控制模式的优化及仿真.pdfVIP

2008年7月 重庆师范大学学报(自然科学版) July 2008 第25卷 第3期 Journal of Chongqing Normal University(Natural Science) V 01．25 No．3 多焦点超声相控阵控制模式的优化及仿真 ‘李悦欣 ，王 华’，田立新’，许)ll山 (1．重庆师范大学物理学与信息技术学院，重庆4000~7；2．重庆医科大学第二附属医院，重庆400010) 摘 要：研究高强度聚焦超声热疗场的声场模式，采用了基于伪逆矩阵的声场合成算法直接形成了多焦点的控制模 式，为焦域控制提供了新思路。利用声场快速算法对13×13二维面阵的多焦点直接合成声场模式进行计算机仿真， 结果表明了多焦点虽然拓展了焦域大大降低了焦点处的声强；基于此模式采用遗传算法工具箱优化了多焦点模式 的声场增益，使得声强最大限度的集中在目标体积内；用遗传算法对声场的模式控制的仿真研究表明，能达到声场 控制模式优化的目标。 关键词：超声相控阵；遗传算法；优化 中图分类号：0426．2 文献标识码：A 文章编号：1672—6693(2008)03-0058-04 高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultra- sound，HIFU)作为一项无创治疗技术，已经成为人 p(r)= 』 ) 们研究的热点…。HIFU中采用的主要聚焦方式有 其中i： 一1，P和c分别是介质密度和波速，k= 单阵元聚焦和相控阵聚焦 J。单阵元聚焦方式控制 ， 是波数，5 是阵元的表面， 是声源表面的质点 简单，需要借助机械扫描进行治疗，这种治疗方式具 有治疗时间长的缺点。近几年来，一些研究者在 速度，r和r 是观察点(焦点)和声源的位置。如果声 HIFU中引进了相控阵技术，通过制阵列换能器各个 源是由N个阵元组成，控制点的声压可以写成 阵元激励信号的幅值和相位，产生治疗所需要的聚 耋u 焦超声波束。由于相控阵换能器焦点位置可变，焦 域大小可调，并且可实现多焦点聚焦 J。这种聚焦 其中m=1，2，…， ，是声场控制点(焦点)的个数； 方式对于HIFU治疗具有很大的优点。因此，研究 n=1，2，…，Ⅳ，代表阵元个数。 如何实现阵列换能器的多焦点聚焦对相控阵列的设 根据声场合成理论日 u ：P ，u是阵元的复数 计具有重要的理论指导意义 。 激励向量，u=[u ，u …，u ]。。，P 是设定的控制点 目前已经有研究提出将相关的优化目标函数作 的复数声压P =[P (r )，P (r )，…，P (r )]。 为空间多点聚焦依据的描述，要求求出目标函数的 日 是前向传输算子 最大(或最小)值问题，实际上是寻求全局最优问 题，本文就是利用遗传算法来研究多阵元超声控制 ( )= ；[ 模式优化问题，并利用数值计算仿真了声场焦平面 用最／b-乘法估计u = P ， 为日 的伪 上的的声场分布，从而验证了遗传算法应用在构造 逆。当MN，HM是满秩时，则用逆向法求得驱动向 声场优化模式控制算法上的有效性 J。 量为 1多焦点直接合成法与多焦点控制模 uⅣ=HM (HMHM )～P