球面多片阵列式聚焦超声换能器用阵元筛选方法及系统与流程

本发明属于超声换能器，尤其涉及一种球面多片阵列式聚焦超声换能器用阵元筛选方法及系统。

背景技术：

1、聚焦超声换能器根据阵元数量可以分为两大类，一类是单阵元聚焦超声换能器，另一类是多阵元聚焦超声换能器。其中，单阵元聚焦超声换能器包括平面阵子加声透镜和自聚焦两种形式。平面阵子加声透镜相关技术已经趋于成熟，具有易于制造和控制，易达到高焦域功率密度，以及焦距易调整等优点，但是，存在效率低以及透镜本身容易发生形变等缺点。自聚焦容易实现理想形状的焦域，但是，大尺寸大功率压电振片易破碎且焦点、焦距不能调节。

2、多阵元聚焦超声换能器包括多元相控聚焦和球面多阵元聚焦超声两种形式。其中，多元相控聚焦具有焦距可调、焦点形状可控、换能效率高以及治疗时间短等优点，但是，存在开发难度大以及技术尚不成熟等缺点。球面多阵元聚焦超声具有换能效率高的优点，但是存在对阵片和/或阵元的物理参数、电学参数和输出特性参数一致性要求高的问题。

3、在实际应用中，要求球面多阵元聚焦超声换能器具有固定的输出频率，因此，就需要保证球面多阵元聚焦超声换能器中的多个阵元具有一致性较好的物理参数、电学参数和输出特性参数。但是，目前阵元所包括的振片一般由压电陶瓷制成，其材质、制造工艺以及组装工艺(具体可以是振片、底座和引线焊接工艺)容易造成上述参数不一致的问题，此时，会进一步影响球面多阵元聚焦超声换能器对于疾病的治疗效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种球面多片阵列式聚焦超声换能器用阵元筛选方法及系统，利用阵元品质因数实测值和阵元品质因数阈值的比较，实现对阵元的预筛选。在预筛选的基础上，基于本征频率相等的阵元组合为一组，实现细筛选。进一步在细筛选的基础上，利用各阵元本征频率与基础频率的实测偏差与本征频率预设偏差的比较，实现对细筛阵元组的精筛。基于此，可以确保精筛阵元组内的阵元具有一致性较好的物理参数、电学参数，在实际应用中，由上述阵元构成的等效阵元组能够具有一致性较好的输出特性参数，从而提高疾病治疗效率和效果。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种球面多片阵列式聚焦超声换能器用阵元筛选方法，包括如下步骤：

4、提供多个阵元；

5、确定阵元品质因数阈值，测量并获得阵元品质因数实测值；

6、将阵元品质因数实测值小于阵元品质因数阈值的阵元剔除，即保留阵元品质因数实测值大于或等于阵元品质因数阈值的阵元，以构成预筛阵元组；

7、测量并获得预筛阵元组中阵元对应的本征频率、阻抗和阻抗角；

8、由本征频率相等的至少两个阵元构成一个细筛阵元组，形成与多个本征频率对应的多个细筛阵元组；

9、从多个本征频率中选取一个本征频率作为基础频率，基于基础频率确定其他本征频率与基础频率的实测偏差；配置本征频率预设偏差；

10、从多个细筛阵元组中选取实测偏差小于或等于预设偏差，且细筛阵元组中的阵元数量大于或等于预设数量的细筛阵元组，以获得多个精筛阵元组。

11、作为一种可能的实现方式，阵元包括振片、振片底座和引出线；提供多个阵元之前，阵元筛选方法还包括基于物理参数筛选振片，物理参数包括振片厚度和振片直径；基于物理参数筛选振片包括如下步骤：

12、根据球面多片阵列式聚焦超声换能器的工作频率确定振片的厚度取值范围，保留在厚度取值范围内的振片；

13、根据球面多片阵列式聚焦超声换能器所包括的球面托架的有效换能面积，以及所需的阵元数量确定振片的直径取值范围，保留在直径取值范围内的振片。

14、作为一种可能的实现方式，阵元阵元基于物理参数筛选振片之后，阵元筛选方法还包括：基于电学参数筛选振片，电学参数包括品质因数、本征频率、阻抗和阻抗角；基于电学参数筛选振片具体包括如下步骤：

15、确定振片的品质因数阈值，保留大于或等于品质因数阈值的振片；

16、获得上一步骤所得的每一振片的本征频率、阻抗和阻抗角；

17、从多个振片的本征频率中选取本征频率作为基础频率，基于基础频率确定剩余振片的本征频率与基础频率的实测偏差；配置预设偏差；

18、从上一步骤所得的振片中选取实测偏差小于或等于预设偏差的振片。

19、作为一种可能的实现方式，测量并获得预筛阵元组中阵元对应的本征频率、阻抗和阻抗角，具体包括如下步骤：

20、采用扫频方法获得预筛阵元组中每一阵元的频率-阻抗曲线；

21、剔除具有双峰值、多峰值或无峰值的频率-阻抗曲线对应的阵元，即保留具有单峰值的频率-阻抗曲线对应的阵元；

22、基于具有单峰值的频率-阻抗曲线测量并获得对应阵元的本征频率、阻抗和阻抗角。

23、作为一种可能的实现方式，获得多个精筛阵元组后，阵元筛选方法还包括：

24、构建多个相同的等效阵元组，针对每一等效阵元组，构建方法如下：

25、确定等效阵元组中所需阵元的数量；

26、从每一精筛阵元组中选取至少一个阵元，从所有精筛阵元中选取的阵元数量总和与等效阵元组中所需的阵元数量相等；由从不同本征频率对应的精筛阵元组中选取的多个阵元构成等效阵元组。

27、作为一种可能的实现方式，每一等效阵元组中的阵元具有相同的本征频率组分、相同的端接等效阻抗以及在预设偏差范围内的阻抗角；

28、端接等效阻抗由等效阵元组中阵元的阻抗以及连接关系确定，即当等效阵元组中的阵元串联时，等效阻抗为所有阵元的串联总阻抗；

29、当等效阵元组中的阵元并联时，等效阻抗为所有阵元的并联总阻抗；

30、当等效阵元组中的阵元混联时，等效阻抗为所有阵元的混联总阻抗。

31、作为一种可能的实现方式，所有等效阵元组中阵元总数量大于或等于50个。

32、作为一种可能的实现方式，本征频率预设偏差小于等于50khz。

33、作为一种可能的实现方式，品质因数阈值大于或等于500。

34、第二方面，本发明还提供一种球面多片阵列式聚焦超声换能器用阵元筛选系统，阵元筛选系统包括：

35、参数配置单元，用于配置阵元品质因数阈值、本征频率预设偏差、阻抗角预设偏差；

36、预筛单元，用于获得阵元品质因数实测值，并将阵元品质因数实测值小于阵元品质因数阈值的阵元剔除，即保留阵元品质因数实测值大于或等于阵元品质因数阈值的阵元，以输出预筛阵元组；

37、细筛单元，用于测量并获得预筛阵元组中阵元对应的本征频率、阻抗和阻抗角，并将本征频率相等的至少两个阵元组合为一个细筛阵元组，多个本征频率对应形成多个细筛阵元组；

38、精筛单元，用于从多个本征频率中选取一个基础频率，并基于基础频率确定剩余本征频率与基础频率的实测偏差；从多个细筛阵元组中选取实测偏差小于或等于预设偏差，且细筛阵元组中的阵元数量大于或等于预设数量的细筛阵元组，以输出多个精筛阵元组。

39、与现有技术相比，本发明具有如下效果：

40、1.利用阵元品质因数实测值和阵元品质因数阈值的比较，实现对阵元的预筛选。在预筛选的基础上，基于本征频率相等的阵元组合为一组，实现细筛选。进一步在细筛选的基础上，利用各阵元本征频率与基础频率的实测偏差与本征频率预设偏差的比较，实现对细筛阵元组的精筛。基于此，可以确保精筛阵元组内的阵元具有一致性较好的物理参数、电学参数，在实际应用中，由上述阵元构成的等效阵元组能够具有一致性较好的输出特性参数，从而提高癌症治疗效率和效果。

41、2.在对阵元进行预筛、细筛和精筛之前，对阵元的核心部件振片从物理参数、电学参数两个角度顺序进行筛选，以确保核心部件的参数一致性。

42、3.在获得精筛阵元组之后，还构建多个相同的等效阵元组，由从不同本征频率对应的所述精筛阵元组中选取的多个阵元构成等效阵元组。且等效阵元组中的阵元具有相同的本征频率组分、相同的端接等效阻抗以及在预设偏差范围内的阻抗角，在实际应用中，能够确保每个等效阵元组输出特性参数的一致性。