1、超聲換能器是高強度聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。固定焦距的單陣元換能器已應(yīng)用于乳腺癌、子宮肌瘤、前列腺癌等實體軟組織腫瘤的臨床治療，但治療定位需要機械調(diào)整患者和換能器的相對位置，而相控換能器可通過相位調(diào)控實現(xiàn)焦距可調(diào)和多焦點聚焦，使治療時間縮短的同時，可對焦域位置有效控制，相控換能器的研究受到眾多學者廣泛關(guān)注。
　　目的:
　　相控換能器除具有焦域可控的優(yōu)勢外，還存在所需陣元數(shù)目較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相控及激發(fā)電路生產(chǎn)成本高

2、、形成聲場中易出現(xiàn)高聲壓旁瓣等問題。這些問題限制了其在臨床治療中的應(yīng)用。為解決相控換能器臨床應(yīng)用的問題，關(guān)鍵是在較少陣元數(shù)目條件下保證陣列具有良好的聚焦性能。本文以82陣元相控換能器為例建立數(shù)值仿真模型，從陣元分布、各陣元激勵信號的優(yōu)化兩方面來降低高聲壓旁瓣幅值、改善聲場分布，并通過調(diào)整焦點個數(shù)和焦點間距大小實現(xiàn)較大體積腫瘤的治療，從而為相控換能器的臨床應(yīng)用提供理論數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。
　　方法:
　　按照周期、同心環(huán)、隨機陣元

3、分布方式設(shè)計82陣元相控換能器，并建立三維數(shù)值仿真模型，基于時間反轉(zhuǎn)法數(shù)值仿真獲取各陣元的相位控制信號。利用Westervelt聲波非線性傳播方程和Pennes生物熱傳導(dǎo)方程，通過時域有限差分法研究其形成的聲壓場和溫度場。單焦點模式下對不同分布陣列形成的聲壓場進行比較，討論不同聚焦位置時的聲場變化規(guī)律、可調(diào)控范圍，并通過高聲壓旁瓣消除法擴大隨機分布相控換能器的可調(diào)控范圍。多焦點模式下，通過調(diào)整焦點間距大小實現(xiàn)多焦點融合，對不同焦點數(shù)目聚

4、焦時的聲壓場和溫度場變化規(guī)律進行分析討論。
　　結(jié)果:
　　1.周期、同心環(huán)和隨機三種分布陣列的主瓣聲壓變化基本一致，而周期和同心環(huán)分布陣列旁瓣與主瓣的最大聲強比值r均明顯高于隨機分布陣列。
　　2.隨著相控換能器設(shè)定焦點位置偏離換能器聲軸距離的增加，主瓣聲壓幅值逐漸減小，旁瓣與主瓣的最大聲強比值r逐漸增大，分布在焦域周圍的旁瓣逐漸移至偏離聲軸的反方向，且旁瓣數(shù)量逐漸增多、幅值逐漸增大。
　　3.相控換能器設(shè)定焦

5、點沿聲軸方向聚焦時的研究結(jié)果如下：
　　(1)隨著聲軸上設(shè)定焦距值的增加，主瓣聲壓幅值先增大后減小、旁瓣與主瓣的最大聲強比值r先減小后增大。
　　(2)偏離聲軸不同距離聚焦時，聲軸上形成最大主瓣聲壓、最小r值的位置不同，且隨著設(shè)定焦點位置偏離聲軸距離的增加，沿聲軸方向上聲焦域的可調(diào)控范圍逐漸減小。
　　(3)基于時間反轉(zhuǎn)法的高聲壓旁瓣消除法可在一定程度上降低焦域附近的高聲壓旁瓣，同時主瓣聲壓幅值略有降低。
　　4

6、.當相控換能器設(shè)定焦點間距由4 mm縮短至2 mm時，獨立的雙焦域和三焦域逐漸融合成一個焦域，且隨設(shè)定焦點間距的減小，焦點間的旁瓣幅值逐漸降低、數(shù)量逐漸減少，主瓣最大聲壓幅值先減小后增大。
　　5.多焦點模式聚焦時，旁瓣主要出現(xiàn)在各焦點間，且隨設(shè)定焦點數(shù)目的增加旁瓣數(shù)量逐漸增多、聲壓幅值逐漸增大。
　　6.離體肝組織中在幾何焦點聚焦時，實際形成的焦域呈規(guī)則橢球體狀，且焦域外無明顯溫升；軸向溫升曲線變化陡峭，主瓣外溫升接近于零

7、。與單焦點聚焦相比，雙焦點聚焦可增大可治療焦域的體積。
　　結(jié)論:
　　1.相控換能器形成聲場中的旁瓣與陣元的分布方式有關(guān)，但對主瓣聲壓無影響。
　　2.與周期和同心環(huán)分布陣列相比，隨機分布陣列可明顯降低聲場中的旁瓣聲壓幅值、改善聲場分布。
　　3.單焦點聚焦時，沿聲軸聚焦位置距離自聚焦形成焦點位置越遠，主瓣聲壓幅值越小，旁瓣與主瓣的最大聲強比值r越大。同時偏離聲軸聚焦的位置越遠，主瓣聲壓幅值越小，旁瓣與主瓣的最