申请/专利权人：南京大学

申请日：2020-09-21

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN112214926B

主分类号：G06F30/27

分类号：G06F30/27;G06N3/126;A61N7/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2021.01.29#实质审查的生效;2021.01.12#公开

摘要：本发明公开了一种具有超构表面声透镜的环形超声换能器及其优化设计方法，所述换能器包括中心开孔且附加声学人工结构的声透镜、匹配层、压电晶片和换能器底座，且各部件从上到下依次粘接在一起，然后在中心孔放置B超探头；其中声学人工结构为在声透镜的辐射面上设置的多重同心圆环凹槽；所述优化方法是采用遗传算法，以半径周期、凹槽宽度和凹槽深度作为遗传基因，以径向声压最大值次级大值为适应度，以适应度最大为优化目标。本发明相比传统无凹槽的环形聚焦声透镜式换能器，可以将能量集中在焦点区域，提高治疗的安全性和效率，降低治疗所需的电功率，提高超声治疗可操纵性，并且可以简化设计的流程和步骤，兼顾计算的准确性和总时间。

主权项：1.一种具有超构表面声透镜的环形超声换能器，其特征在于，所述换能器包括中心开孔且附加声学人工结构的声透镜、匹配层、压电晶片和换能器底座，所述声透镜、匹配层、压电晶片和换能器底座从上到下依次粘接在一起，并且在中心开孔内设有探头设备；所述具有超构表面声透镜的环形超声换能器使用遗传算法作为优化算法，并以半径周期L、凹槽宽度d和凹槽深度h为遗传基因，以径向声压最大值与次级大值的比值为适应度，以适应度值最大为优化目标；具体优化步骤如下：1初始化设置换能器和传播介质的固定参数，根据换能器的工作频率，选取初始半径周期、凹槽宽度和凹槽深度组合L0，d0，h0，通过已知的换能器工作频率f0，计算此频率在传播介质中对应的波长λ，周期L0和深度h0的初始值均为λ，宽度d0的初始值为λ2；2根据预设的种群规模，分别选取半径周期L、凹槽宽度d和凹槽深度h，对L、d和h分别进行N次随机选取，其中N100，取值方法以参数范围上下界为边界，以初始值*1％为步长；结合每一组选取出的L，d，h和步骤1中设定的固定参数，即为一组完整的换能器参数，即一个生命体；3根据每个生命体包含的换能器参数计算其对应的声场分布，并从数据中提取声压最大值和径向次级大值，并计算径向声压最大值次级大值的比值，作为适应度值；4通过比较获得种群中所有生命体的最大适应度值，将与之对应的生命体取出，选取最大的适应度值为该生命体的适应度值；5将本代精英生命体的适应度值与父代精英生命体的适应度值相比较，若本代精英生命体的适应度值更大，则更新精英生命体信息，反之则保留父代精英生命体信息；6判断精英生命体信息是否已经达到连续M代未变化，或者已经达到最大进化代数；如果满足，则结束遗传选择；如果未满足，则继续遗传选择；7以单个生命体适应度值在整个种群各生命体适应度值的总值中的占比为依据，以轮盘赌算法结合交叉概率，选择被保留的生命体；8以被选中保留的生命体为基础，随机组合其中的半径周期、凹槽宽度和凹槽深度，生成新的生命体，并最终保持种群数量一致；9按变异概率，对新形成的种群进行变异操作，被选中进行变异的生命体需重新随机设置半径周期、凹槽宽度和凹槽深度；10回到步骤3的换能器阵列产生的声场计算，并逐步执行后续的遗传选择算法。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 南京大学 具有超构表面声透镜的环形超声换能器及优化设计方法

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