Фазированные ультразвуковые решетки с размером элементов менее длины волны являются привычным инструментом для построения изображений внутренних органов человека в диагностических системах УЗИ. Такие решетки работают при небольших мощностях и обеспечивают возможность электронного перемещения фокуса поля в широком диапазоне и безопасные для пациентов уровни воздействия на ткани и органы.
Для устройств неинвазивной ультразвуковой хирургии с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука необходимо использовать на два–три порядка большие интенсивности и обеспечивать как эффективность воздействия в задаваемой области, так и безопасность для окружающих тканей. Большая мощность требует использования двумерных решеток с размерами элементов в несколько длин волн.
При регулярном расположении элементов электронное перемещение фокуса приводит к формированию нежелательных побочных дифракционных максимумов. Для их подавления Л.Р. Гавриловым были предложены и уже используются решетки с квазислучайным расположением элементов. Однако коэффициент заполнения поверхности излучателя элементами в таких решетках не превышает 60%.
Для создания мощных излучателей с ограниченной апертурой в Лаборатории LIMU недавно были разработаны новые конструкции компактных решеток с повышенной плотностью упаковки элементов. Так, было реализовано оригинальное решение в виде абсолютно плотной мозаичной нерегулярной структуры элементов одинаковой площади. Была разработана и произведена компанией Imasonic соответствующая решетка с рабочей частотой 1.2 МГц для исследований по HIFU, в частности, для создания полей различных конфигураций и компенсации аберраций при фокусировке через неоднородные слои тканей.
Недавно в Лаборатории LIMU также была разработана плотная воздушная решетка с плотным спиральным расположением элементов, которая позволит проводить эксперименты по созданию потоков и левитации объектов в воздухе. На настоящий момент проводятся эксперименты по акустической голографии и характеризации полей, создаваемых указанной решеткой.
Деятельность
- численное моделирование
- эксперимент
Патенты
- Росницкий П.Б., Хохлова В.А., Гаврилов Л.Р., Высоканов Б.А., Сапожников О.А.
«Способ и устройство для создания высокоинтенсивных фокусированных ультразвуковых полей для неинвазивного локального разрушения биологических тканей»
Патент на изобретение № 2662902
Контакты
Подробности
[1] Method for designing multielement fully populated random phased arrays for ultrasound surgery applications / P. B. Rosnitskiy, B. A. Vysokanov, L. R. Gavrilov et al. // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. — 2018. — Vol. 65, no. 4. — P. 630–637. DOI: 10.1109/TUFFC.2018.2800160
[2] Designing fully populated phased arrays for noninvasive ultrasound surgery with controlled degree of irregularity in the arrangement of elements / P. B. Rosnitskiy, O. A. Sapozhnikov, L. R. Gavrilov, V. A. Khokhlova // Acoustical Physics. — 2020. — Vol. 66, no. 4. — P. 352–361. DOI: 10.1134/S1063771020040090
[3] Synthesized acoustic holography: A method to evaluate steering and focusing performance of ultrasound arrays / R. P. Williams, W. Kreider, F. A. Nartov, M. M. Karzova, V. A. Khokhlova, O. A. Sapozhnikov, T. D. Khokhlova // Journal of the Acoustical Society of America — 2025. — Vol. 157, no. 4. — P. 2750–2762. DOI: 10.1121/10.0036225
[4] Phase correction of the channels of a fully populated randomized multielement therapeutic array using the acoustic holography method / S. A. Tsysar, P. B. Rosnitskiy, S. A. Asfandiyarov et al. // Acoustical Physics. — 2024. — Vol. 70, no. 1. — P. 82–89.
[5] A prototype therapy system for boiling histotripsy in abdominal targets based on a 256 element spiral array / C. R. Bawiec, T. D. Khokhlova, O. A. Sapozhnikov et al. // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. — 2021. — Vol. 68, no. 5. — P. 1496–1510. DOI: 10.1109/TUFFC.2020.3036580
[6] Field characterization and compensation of vibrational non-uniformity for a 256-element focused ultrasound phased array / M. A. Ghanem, A. D. Maxwell, W. Kreider et al. // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. — 2018. — Vol. 65, no. 9. — P. 1618–1630. DOI: 10.1109/TUFFC.2018.2851188
[7] On the possibility of using multi-element phased arrays for shock-wave action on deep brain structures / P. Rosnitskiy, L. Gavrilov, P. Yuldashev et al. // Acoustical Physics. — 2017. — Vol. 63, no. 5. — P. 531–541. DOI: 10.1134/S1063771017050104
[8] Spiral arrangement of elements of two-dimensional ultrasonic therapeutic arrays as a way of increasing the intensity at the focus / L.R. Gavrilov, O.A. Sapozhnikov, V.A. Khokhlova // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. — 2015. — Vol. 79, no. 10. — P. 1232–1237. DOI: 10.3103/S106287381510010X
[9] A multi-element interstitial ultrasound applicator for the thermal therapy of brain tumors / M. Canney, F. Chavrier, S. Tsysar et al. // Journal of the Acoustical Society of America. — 2013. — Vol. 134, no. 2. — P. 1647–1655. DOI: 10.1121/1.4812883
[10] Characterization of a multi-element clinical HIFU system using acoustic holography and nonlinear modeling / W. Kreider, P. V. Yuldashev, O. A. Sapozhnikov et al. // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. — 2013. — Vol. 60, no. 8. — P. 1683–1698. DOI: 10.1109/TUFFC.2013.2750
[11] Heating of biological tissues by two-dimensional phased arrays with random and regular element distributions / E. A. Filonenko, L. R. Gavrilov, V. A. Khokhlova, J. W. Hand // Acoustical Physics. — 2004. — Vol. 50, no. 2. — P. 222–231.