一种生产透镜的方法和包含透镜的超声波装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于制造超声设备的透镜(2)的方法，以及一种包括该透镜的设备。该方法包括选择源点(6)、提供位于骨组织模型(3)内的治疗区(4)、提供分布在治疗区(4)内的多个节点(5)，以及模拟来自每个节点(5)的球面波(7)的发射。因此，需要创建模拟波前，其中每个球面波(7)具有振幅和相位，其中存在至少两个节点，分别具有不同振幅和/或相位。在接收表面(8)上接收模拟波前。在得到处理结果的基础上，本发明专利技术设计了一种全息透镜表面，它能产生与模拟波相当的波形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种生产透镜的方法和包含透镜的超声波装置
本专利技术涉及一种用于与大脑进行互动或治疗脑部疾病的设备，以及获得所述设备的方法的

技术介绍
实践表明，透过颅骨壁在大脑的某些部位施加超声波，可用于对脑病患者执行某些治疗——例如消融丘脑的一部分以治疗特发性震颤，可用于打开血脑屏障并允许药物在小范围以可逆的方式沉积，或可用于刺激神经。当治疗者试图精确确定患者大脑中确切的超声能量的沉积位置时，这些技术的缺点就会变得显而易见。这是因为颅壁不仅具有比水和软组织高得多的声阻抗，而且它本身是一种非常不均匀的介质，当超声波击中颅壁时，会发生强烈的反射、折射和吸收，使得超声波产生损耗。这个问题通常使用多元件超声发射器进行解决，但是这种解决方案成本昂贵并且技术复杂。美国专利文件2016/038770A1公开了一种使用单元件换能发射器在靠近大脑皮层区域的区域应用高强度聚焦超声(HIFU)的设备和方法。Maimbrough等人(Maimbourg,G.,Houdouin,A.,Deffieux,T.,Tanter,M.,&Aubry,J.F.(2018).3D-printedadaptiveacousticlensasadisruptivetechnologyfortranscranialultrasoundtherapyusingsingle-elementtransducers(一种颠覆性技术：使用单元件换能器用于经颅超声治疗的3D打印自适应超声透镜).PhysicsinMedicine&Biology,63(2),025026)公开了一种专利技术，该专利技术使用无源塑料透镜来配置波前，该波前由单元件发射器产生，使得在透镜的输出，即波前，已经包含了为了校正折射、反射和由于颅壁引起的吸收而需要校正的相位。这种类型的透镜有助于将超声能量引入大脑并纠正由颅壁引起的像差。与基于多元件发射器的系统相比，它是一种更具成本效益的系统。但是，当治疗者尝试治疗那些比所述焦点区域还大的治疗区时，该专利技术的效率不高。Ferri等人(Ferri,M.,Bravo,J.M.,Redondo,J.,&Sánchez-Pérez,J.V.(2018).Enhanced3D-printedholographicacousticlensforaberrationcorrectionofsingle-elementtranscranialfocusedultrasound(用于校正单元件经颅聚焦超声的像差的增强型3D打印全息声透镜).arXivpreprintarXiv:1805.10007)公开了一种通过3D打印获得的声透镜，用于改善聚焦超声的在经颅应用中的不足。这项研究的中心是改善数值模拟，该数值模拟提供克服颅骨表面引起的吸收现象的数值变化。然而，与以前的方法相比，这并不代表有实质性的改进。本专利技术提供了关于这些方法的改进方法，它可以优化当前方法，甚至可以扩展这些方法的应用范围。
技术实现思路
该问题的解决，需要有根据权利要求1的用于制造用于超声设备的透镜的方法，以及根据权利要求15所述的超声设备。从属权利要求限定了本专利技术的优选实施例。因此，在第一专利技术方面，本专利技术提出了一种用于生产适用于超声设备的透镜的方法，该方法包括以下步骤：提供骨组织模型，被骨组织包围的软组织模型以及耦合介质模型；选择位于耦合介质模型内的源点；选择预定的波频率和波长，预定频率在100kHz和20MHz之间，并且预定波长由预定频率和波在耦合介质模型中的传播速度确定；提供位于骨组织模型内部的治疗区；提供多个分布在治疗空间内的节点；模拟从多个节点中的每个节点发射的球面波，创建由球面波的叠加产生的模拟波前，每个球面波都需要振幅和相位，要求至少有两个节点具有不同的振幅和/或相位，每个球面波的频率由预定频率给出；在包含源点的接收表面上接收模拟波前；处理在接收表面上接收到的结果；根据处理结果，设计全息透镜表面，当该表面从位于源点的平面(planar)单元件发射器接收到具有预定频率和预定波长的波时，可以产生等效于时间反转(time-reversed)的模拟波前的波型。通过这种方法，可以设计一种无源透镜，当单元件超声发射器发射的波通过该透镜时，该无源透镜将再现三维声全息图，该三维声全息图对应于节点施加的条件所定义的区域，并且该区域尽可能与治疗区相似。因此，可以实现适于大脑治疗区的特定区域的超声分布。多个节点位于治疗区内。通过使用分布在治疗区内的多个节点以及该方法生产的透镜产品，可以获得具有三维变形的超声束(例如在脑部疾病的治疗中具有广泛应用的弯曲束)。由于使用了该生产方法的全息透镜产品，因此可以使用单元件超声发射器，通过一次超声处理，来实现多次超声处理所进行的某些处理。由于该方法在处理流程和所用材料上进行了简化，因此相比其他方法，该方法更有效，更快速且更具成本效益。在该方法开始选择预定频率，主要是为了满足疾病治疗的标准。设置所述预定频率后，其将用于模拟从节点开始的波。波长可以根据所述频率和波在软组织模型中的速度计算得出，其结果等于波在软组织模型中的传播速度除以频率。由于存在多个节点，这些节点可以产生具有不同振幅和/或相位的波，因此这些参数可以进行调整，以获得更适合模拟最终结果的波前。在特定实施例中，多个节点在治疗区内服从体积分布。节点的体积分布可以获得透镜，该透镜可以以足够近似的方式，再现更复杂治疗区。这是因为当节点分布在治疗区时，可以提供当节点位于曲线或平面上时无法获得的信息，从而得到更好的治疗区的特征化结果。在特定实施例中，处理接收到的结果的步骤包括将接收表面划分像素，以及分析在每个像素中接收到的波的幅度和相位。在特定实施例中，像素尺寸取决于预定波长，并且特别地，每个像素的尺寸，等于边为5λ/6的正方形，λ是预定波长。太大的像素尺寸不适合分析波幅，因为这样将无法正确存储所有接收到的信息。相反，太小的像素尺寸会在生产中引起问题，因为每个像素都对应于一列，并且如果列的基数较小，则它会在超声工作频率下以反射模式产生共振。在更具体的实施例中，可以把接收表面的每个像素视作法布里-珀罗型谐振器，该谐振器可以产生纵向谐振，从而产生透镜片段，并且在设计全息透镜的步骤中，透镜的每个片段的等效高度，是根据接收表面上每个像素接收到的波的振幅和相位而选择的。该模型足够精确，适用于当今的生产技术。在该模型中，透镜的表面可以精确地离散化，以提供大量用作被动源的小像素，从而能够构建复杂的几何体。在该方法的特定实施例中，设计透镜的步骤通过时间反转来执行。对于本领域技术人员而言，时间反转方法是已知的。这种方法大体上基于系统的互易性、时不变性和线性原理，包括从节点发射波并在接收表面上接收它，这样在接收到接收表面上的数据的基础上，当波在接收表面上以预定相位特征发射时，在接收表面上记录相位特征，并进行时间反转，就可以在节点中获得具有原始特征的波。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于为超声设备(1)制造透镜(2)的方法，所述方法包括以下步骤：/n提供骨组织模型(3)、被骨组织模型(3)包围的软组织模型(9)和耦合介质模型(10)；/n选择位于耦合介质模型(10)中的源点(6)；/n选择预定频率和预定波长，所述预定频率在100kHz和20MHz之间，并且所述预定波长由预定频率和波在耦合介质模型中的传播速度确定；/n提供位于骨组织模型(3)内的治疗区(4)；/n提供分布在治疗区(4)内的多个节点(5)；/n模拟来自多个节点(5)中的每一个节点的球面波(7)的发射，创建由球面波叠加产生的模拟波前，每个球面波(7)需要确定振幅和相位，其中至少两个节点具有不同振幅和/或相位，每个球面波都具有预定频率；/n接收在包含源点(6)的接收表面(8)上的模拟波前；/n处理在接收表面(8)上接收到的结果；/n根据处理结果，设计全息透镜表面，当所述全息透镜表面从位于源点的平面单元件发射器接收到具有预定频率和预定波长的波时，可以产生相当于时间反转的模拟波前的波型。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181022 ES P2018310221.一种用于为超声设备(1)制造透镜(2)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供骨组织模型(3)、被骨组织模型(3)包围的软组织模型(9)和耦合介质模型(10)；
选择位于耦合介质模型(10)中的源点(6)；
选择预定频率和预定波长，所述预定频率在100kHz和20MHz之间，并且所述预定波长由预定频率和波在耦合介质模型中的传播速度确定；
提供位于骨组织模型(3)内的治疗区(4)；
提供分布在治疗区(4)内的多个节点(5)；
模拟来自多个节点(5)中的每一个节点的球面波(7)的发射，创建由球面波叠加产生的模拟波前，每个球面波(7)需要确定振幅和相位，其中至少两个节点具有不同振幅和/或相位，每个球面波都具有预定频率；
接收在包含源点(6)的接收表面(8)上的模拟波前；
处理在接收表面(8)上接收到的结果；
根据处理结果，设计全息透镜表面，当所述全息透镜表面从位于源点的平面单元件发射器接收到具有预定频率和预定波长的波时，可以产生相当于时间反转的模拟波前的波型。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个节点(5)以体积分布在所述治疗区(4)内。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中处理所接收结果的步骤，包括将接收表面划分为多个像素，并且分析在每个像素中接收的波的幅度和相位。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述像素大小取决于所述预定波长，并且特别地，每个像素的大小是边为5λ/6的正方形，λ是所述预定波长。


5.根据权利要求3至4中任一项所述的方法，其中，所述接收表面的每个像素被认为是法布里-珀罗型谐振器，所述法布里-珀罗型谐振器能够产生纵向谐振，从而产生所述透镜(2)的片段(21)，在设计全息透镜表面的步骤中，基于在接收表面的每个像素中接收到的波的振幅和相位，为透镜(2)的每个片段(21)选择等效高度。


6.根据权利要求5所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·希门尼斯·冈萨雷斯，F·卡马雷纳·费梅尼亚，S·希门尼斯·甘宾，J·M·本略奇·巴维耶拉，
申请(专利权)人：瓦伦西亚理工大学，西班牙高等科研理事会，
类型：发明
国别省市：西班牙;ES