一种用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统

本发明涉及相控阵超声换能器，尤其涉及一种用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统。

背景技术：

1、脑科学及神经科学研究中，各类无创神经刺激(如电刺激、磁声刺激等)已被广泛应用于脑功能认知及脑部神经功能性疾病的研究和治疗。其中经颅磁声刺激具有既不破坏脑组织或神经，也不影响其他治疗方法等优点，但其技术上使用高频超声进行经颅刺激，神经元对高频信号的响应没有低频敏感；经颅干扰电刺激技术基于大脑神经元对低频电流响应的特点可实现非侵入的经颅电刺激，但由于电流的衰减和弥散效应使得该技术无法作用于脑深部。

2、为解决这一问题，现有研究者提出了一种基于双频磁声耦合效应的经颅聚焦差频电刺激方法，该方法具有可在颅内局部生成神经元敏感的低频信号的特点，有效弥补了经颅磁声耦合刺激的高频缺点和经颅直流电刺激的弥散性缺点，且该方法安全性好、无永久副作用、可调节、无创或微创、刺激具有可逆性，在脑功能研究中具有巨大的发展前景。

3、但由于该技术使用差频，即两个频率相近但不同的波进行干涉，所得到的干涉信号的频率是原先的频率之差，传统的超声换能器激励源提供的正弦脉冲频率误差较大，如500khz正弦激励实际输出为497khz～503khz，而传统经颅差频电刺激方法使用500khz和505khz正弦脉冲进行干涉，最终产生5khz的差频激励信号，传统的超声换能器激励源显然不能满足该磁声刺激技术的参数需求。虽然相关技术中可以实际输出频率为499.7-500.3khz，但是各个信号通道输出的信号之间有延时，无法适用于凹面阵换能器。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，以解决相关技术中的激励系统无法适用于凹面阵换能器的问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例提出了一种用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，包括：

3、信号产生模块、多个信号处理模块和多个锁相环模块；所述信号产生模块分别与各所述信号处理模块和各所述锁相环模块连接，各所述信号处理模块分别与两个所述锁相环模块连接；

4、所述信号产生模块用于产生第一激励信号；所述信号处理模块用于对所述第一激励信号进行运算放大输出两个第二激励信号，还用于分别对两个所述第二激励信号进行功率放大输出对应的两个第三激励信号；每个所述锁相环模块用于基于所述信号产生模块输入的参考信号，选择与所述参考信号相位相同的所述第三激励信号进行滤波并输出至相控阵超声换能器相应的通道。

5、可选地，所述信号产生模块包括：

6、依次连接的pc机、聚焦延时模块、dds信号发生模块；所述聚焦延时模块与各所述锁相环模块连接，所述dds信号发生模块与各所述信号处理模块连接；

7、所述pc机用于提供相控阵超声换能器的各个通道的聚焦激励参数；所述聚焦延时模块用于根据所述各个通道的聚焦激励参数获取与所述各个通道的聚焦激励参数对应的聚焦延时数据，所述dds信号发生模块依据所述各个通道的聚焦延时数据向所述相控阵超声换能器的各个阵元发射第一激励信号；所述聚焦延时模块还用于向所述锁相环模块输入参考信号和使能信号。

8、可选地，所述聚焦延时模块为stm32h743聚焦延时模块。

9、可选地，所述信号处理模块包括：一级运算放大模块和二级功率放大模块；

10、所述一级运算放大模块用于将所述第一激励信号形成两个幅值相同、相位相反的所述第二激励信号，所述二级功率放大模块用于对两个所述幅值相同、相位相反的所述第二激励信号进行功率放大后形成所述第三激励信号。

11、可选地，所述第一激励信号为正弦波激励信号、方波激励信号、三角波激励信号、高斯脉冲激励信号、阶梯波激励信号、钟型波激励信号中的任意一种。

12、可选地，所述一级运算放大模块包括：隔直导交单元和运算放大器单元；所述隔直导交单元的输入端连接所述信号产生模块，用于将所述第一激励信号转化为交流信号；所述运算放大器单元的输入端与所述隔直导交单元的输出端连接，用于将所述交流信号转化为两个幅值相同、相位相反的第二激励信号。

13、可选地，所述二级功率放大模块包括：第一二级功率放大单元和第二二级功率放大单元，所述第一二级功率放大单元的输入端连接所述一级运算放大模块的第一输出端，输出端连接相应锁相环模块的一端；所述第二二级功率放大单元的输入端连接所述一级运算放大模块的第二输出端，输出端连接相应锁相环模块的一端。

14、可选地，所述第一二级功率放大单元和第二二级功率放大单元均包括输入级电路、激励级电路和输出级电路，所述输入级电路的输入端与所述一级运算放大模块的其中一个输出端连接，用于抑制所述第二激励信号的零点漂移，所述激励级电路用于对过零失真的所述第二激励信号进行补偿，所述输出级电路用于对所述输入级电路和所述激励级电路处理后的激励信号进行放大，并输出至所述锁相环模块。

15、可选地，各所述锁相环模块包括：滤波单元、参考信号单元和锁相环控制单元，所述信号产生模块分别与所述参考信号单元和所述锁相环控制单元连接，所述信号处理模块与所述锁相环控制单元连接，所述锁相环控制单元分别与所述滤波单元和所述参考信号单元连接；

16、所述参考信号单元用于接收所述信号产生模块输入的参考信号；所述锁相环控制单元基于所述参考信号，选择与所述参考信号相位相同的所述第三激励信号，控制所述滤波单元进行滤波，并输出至所述相控阵超声换能器相应的通道中。

17、可选地，所述锁相环控制单元为adf4351bcpz芯片。

18、根据本发明实施例提出的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，包括：信号产生模块、多个信号处理模块和多个锁相环模块；信号产生模块分别与各信号处理模块和各锁相环模块连接，各信号处理模块分别与两个锁相环模块连接；信号产生模块用于产生第一激励信号；信号处理模块用于对第一激励信号进行运算放大输出两个第二激励信号，还用于分别对两个第二激励信号进行功率放大输出对应的两个第三激励信号；每个锁相环模块用于基于信号产生模块输入的参考信号，选择与参考信号相位相同的第三激励信号进行滤波并输出至相控阵超声换能器相应的通道。从而，通过上述激励系统可以使得各个信号同时到达相控阵超声换能器的阵元，以在激励信号的频率精度较高的基础上，可以适应于凹面阵超声换能器。

19、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，所述信号产生模块包括：

3.根据权利要求2所述的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，所述聚焦延时模块为stm32h743聚焦延时模块。

4.根据权利要求1所述的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：一级运算放大模块和二级功率放大模块；

5.根据权利要求1所述的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，所述第一激励信号为正弦波激励信号、方波激励信号、三角波激励信号、高斯脉冲激励信号、阶梯波激励信号、钟型波激励信号中的任意一种。

6.根据权利要求4所述的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，所述一级运算放大模块包括：隔直导交单元和运算放大器单元；所述隔直导交单元的输入端连接所述信号产生模块，用于将所述第一激励信号转化为交流信号；所述运算放大器单元的输入端与所述隔直导交单元的输出端连接，用于将所述交流信号转化为两个幅值相同、相位相反的第二激励信号。

7.根据权利要求4所述的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，所述二级功率放大模块包括：第一二级功率放大单元和第二二级功率放大单元，所述第一二级功率放大单元的输入端连接所述一级运算放大模块的第一输出端，输出端连接相应锁相环模块的一端；所述第二二级功率放大单元的输入端连接所述一级运算放大模块的第二输出端，输出端连接相应锁相环模块的一端。

8.根据权利要求7所述的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，所述第一二级功率放大单元和第二二级功率放大单元均包括输入级电路、激励级电路和输出级电路，所述输入级电路的输入端与所述一级运算放大模块的其中一个输出端连接，用于抑制所述第二激励信号的零点漂移，所述激励级电路用于对过零失真的所述第二激励信号进行补偿，所述输出级电路用于对所述输入级电路和所述激励级电路处理后的激励信号进行放大，并输出至相应的所述锁相环模块。

9.根据权利要求1所述的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，各所述锁相环模块包括：滤波单元、参考信号单元和锁相环控制单元，所述信号产生模块分别与所述参考信号单元和所述锁相环控制单元连接，所述信号处理模块与所述锁相环控制单元连接，所述锁相环控制单元分别与所述滤波单元和所述参考信号单元连接；

10.根据权利要求9所述的用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，其特征在于，所述锁相环控制单元为adf4351bcpz芯片。

技术总结
本发明公开了一种用于自聚焦相控阵超声换能器的激励系统，包括：信号产生模块、多个信号处理模块和多个锁相环模块；信号产生模块分别与各信号处理模块和各锁相环模块连接，各信号处理模块分别与两个锁相环模块连接；信号产生模块用于产生第一激励信号；信号处理模块用于对第一激励信号进行运算放大输出两个第二激励信号，还用于分别对两个第二激励信号进行功率放大输出对应的两个第三激励信号；每个锁相环模块用于基于信号产生模块输入的参考信号，选择与参考信号相位相同的第三激励信号进行滤波并输出至相控阵超声换能器相应的通道。从而，通过上述激励系统可以使得各个信号同时到达相控阵超声换能器的阵元，可以适应于凹面阵超声换能器。

技术研发人员：刘志朋,刘煦,殷涛,马任,周晓青,张顺起
受保护的技术使用者：中国医学科学院生物医学工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13