一种HIFU设备功率源及设备的制作方法

本发明涉及高强聚焦超声(hifu，highintensityfocusedultrasound)技术领域，尤其是一种hifu设备功率源及设备。

背景技术：

高强度聚焦超声(hifu)技术是将超声波聚焦于靶区组织，利用超声波具有的组织穿透性和能量沉积性，将体外发生的超声波聚焦到生物体内病变组织(治疗靶点)，通过超声的机械效应、热效应和空化效应达到治疗疾病的目的。

在hifu超声空化设备中，难以实现短时间内精确打击控制。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种能够实现短时间精确打击控制的hifu设备功率源。

为此，本发明的第二个目的是提供一种控制电路简单的hifu设备。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种用于为换能器提供功率信号的hifu设备功率源，所述hifu设备功率源包括：功率信号发生模块、第一放大模块和第二放大模块，所述功率信号发生模块的输出端连接所述第一放大模块的输入端，所述第一放大模块的输出端连接所述第二放大模块的输入端，所述第二放大模块的输出端连接到所述换能器的输入端，所述功率信号发生模块包括：单片机单元、fpga单元和数字频率合成单元，所述单片机单元的输入端与上位机连接，用于接收功率控制信号，所述单片机单元的输出端连接所述fpga单元的输入端，所述fpga单元的输出端连接所述数字频率合成单元的输入端，所述数字频率合成单元的输出端连接所述第一放大模块的输入端。

进一步地，所述功率信号发生模块输出第一信号和第二信号，所述第一信号和所述第二信号互补。

进一步地，所述第一放大模块包括第一放大单元和第二放大单元，所述第一放大单元的输入端接收所述第一信号，所述第一放大单元的输出端输出第一放大信号，所述第二放大单元的输入端接收所述第二信号，所述第二放大单元的输出端输出第二放大信号。

进一步地，所述第二放大模块包含d类h型全桥电路。

进一步地，所述第二放大模块包括：第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管和第四nmos管，所述第一nmos管、第四nmos管的栅极接收所述第一放大信号，所述第二nmos管、第三nmos管的栅极接收所述第二放大信号，所述第一nmos管的漏极和所述第二nmos管的漏极均与电源正极连接，所述第三nmos管的源极和所述第四nmos管的源极均与电源负极连接，所述第一nmos管的源极、所述第三nmos管的漏极与所述换能器一端连接，所述第二nmos管的源极和所述第四nmos管的漏极与所述换能器的另一端连接。

进一步地，还包括拨码开关，所述拨码开关的输出引脚与所述单片机单元的输入引脚连接。

进一步地，还包括数码管，所述数码管的输入引脚连接所述单片机的显示输出引脚。

进一步地，还包括存储器，所述存储器与所述单片机单元连接。

第二方面，本发明提供一种hifu设备，所述hifu设备包括所述的hifu设备功率源。

进一步地，还包括自聚焦超声换能器，所述自聚焦超声换能器的输入端连接所述hifu设备功率源的输出端。

本发明的有益效果是：

本发明通过功率信号发生模块实现功率信号的生成，通过第一放大模块和第二放大模块实现功率信号的放大，其中功率信号发生模块包括单片机单元、fpga单元和数字频率合成单元，通过单片机单元接收指令信号，通过fpga单元控制数字频率合成单元按照指令控制输出正确的功率信号，通过所述控制方式具有响应速度快、控制精准的特点，能够实现hifu超声空化所必需的极短脉冲信号的输出。

附图说明

图1是本发明中一种hifu设备功率源一具体实施例结构示意图；

图2是本发明中一种hifu设备功率源一具体实施例中功率信号发生模块的结构示意图；

图3是本发明中一种hifu设备功率源一具体实施例中第二放大模块的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，图1为本发明中一种hifu设备功率源一具体实施例结构示意图，用于为换能器提供功率信号，所述hifu设备功率源包括功率信号发生模块、第一放大模块和第二放大模块，所述功率信号发生模块的输出端连接所述第一放大模块的输入端，所述第一放大模块的输出端连接所述第二放大模块的输入端，所述第二放大模块的输出端连接到所述换能器的输入端。

功率信号发生模块用于产生功率信号，第一放大模块用于放大功率信号，第二放大模块用于放大功率信号并向换能器输出方向不同的电压信号，使得换能器受到方向不断变换的电压作用，而产生逆压电效应，换能器的晶片产生高强度的聚焦超声，并在焦点处形成聚焦，利用热效应和空化效应损伤病灶组织。

如图2所示，功率信号发送模块包括：单片机单元、fpga单元和数字频率合成单元，单片机单元的输入端与上位机连接，用于接收功率控制信号，单片机单元的输出端连接fpga单元的输入端，向fpga单元发送功率控制信号，fpga单元接收到指令后，按照前期预设的逻辑关系控制数字频率合成单元输出相应的功率信号，fpga单元的输出端连接所述数字频率合成单元的输入端，所述数字频率合成单元的输出端连接所述第一放大模块的输入端。

与原有的通过单片机直接控制数字频率合成单元相比，单片机指令执行时间较长，响应速度慢，因而生成的功率信号的时间长度至少为10个信号周期，会造成聚焦中心区域明显的热积累，导致出现hifu热消融的效果，而hifu超声空化条件需要较高的电源电压，很短的打击时间和较高的声强，通过单片机直接控制数字频率合成单元无法实现对较短的打击时间的精确控制。

本实施例中通过fpga单元控制数字频率合成单元，fpga单元具有运算速度快，延迟率低的特点，能够达到对数字合成单元的精准控制，可实现单周期长度的信号输出，达到微秒级波段的精确输出，满足hifu超声空化的条件。

本实施例中还包括拨码开关和数码管，所述拨码开关的输出引脚与所述单片机单元的输入引脚连接，所述数码管的输出引脚连接所述单片机的输入引脚，用于实时控制单片机，以修改功率信号的频率和相位参数，并通过数码管显示设置的频率和相位参数。

本实施中还包括存储器，所述存储器与所述单片机单元连接，用于存储修改的频率和相位参数，当单片机下次启动时，可读取存储器中存储的频率和相位数据。

本实施中单片机单元和fpga单元还包括下载接口，单片机和fpga芯片需要通过下载接口输入源代码。

本实施例中单片机采用51系列单片机，fpga芯片采用型号为ep2c8t144c8n的fpga芯片。

本实施例中功率信号发生模块输出第一信号和第二信号，所述第一信号和第二信号互补，以满足换能器需要不断变化的功率信号以达到超声空化的条件。

具体的，所述第一放大模块包括第一放大单元和第二放大单元，分别用于放大第一信号和第二信号，所述第一放大单元的输入端连接所述第一信号，所述第一放大单元的输出端输出第一放大信号，所述第二放大单元的输入端连接所述第二信号，所述第二放大单元的输出端输出第二放大信号。

如图3所示，本实施例中，第二放大模块为d类h型全桥电路，所述第二放大模块包括：第一nmos管1、第二nmos管2、第三nmos管3和第四nmos管4，所述第一nmos管1、第四nmos管4的栅极接收所述第一放大信号，所述第二nmos管2、第三nmos管3的栅极接收所述第二放大信号，所述第一nmos管1的漏极和所述第二nmos管2的漏极均与电源正极p+连接，所述第三nmos管3的源极和所述第四nmos管4的源极均与电源负极p-连接，所述第一nmos管1的源极、所述第三nmos管3的漏极与所述换能器一端连接，所述第二nmos管2的源极和所述第四nmos管4的漏极与所述换能器的另一端连接。

当第一放大信号为高电平、第二放大信号为低电平时，第一nmos管1和第四nmos管4导通，第二nmos管2和第三nmos管3截止，当第一放大信号为低电平、第二放大信号为高电平时，第二nmos管2和第三nmos管3导通，第一nmos管1和第四nmos管4截止，因此换能器受到方向不同的电压的作用，产生聚焦超声的输出。

本实施例中采用的mos管为能够承受高电压(≥300v)大电流(≥80a)的mos管。

本实施例中还公开了一种hifu设备，所述hifu设备的功率源所述的hifu设备功率源。

具体的，还包括自聚焦超声换能器，避免了使用多阵元换能器、相控阵列换能器以及复杂的控制电路，使得hifu设备成本更加廉价，聚焦控制更简单，功能实现更好。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。