La notion de réseau progressive a été initialement articulée par le récipiendaire du prix Nobel KF Braun. Les tableaux progressifs ont ensuite évolué en un mécanisme formidable pour la manipulation des vagues. Cette affirmation est particulièrement vraie dans le domaine de l'échographie, dans lesquelles des réseaux composés de transducteurs générateurs d'échographie sont utilisés dans diverses applications, notamment l'échographie thérapeutique, l'ingénierie tissulaire et la manipulation des particules.
Il est important de noter que ces applications – constituées à celles destinées à l'imagerie – en l'obtention de l'échographie de haute intensité, ce qui complique les exigences de conduite électrique, car chaque canal nécessite ses propres circuits d'impulsion et amplificateur opérationnels indépendamment. Par conséquent, la majorité des transducteurs de tableau progressive (PAT) sont limités à plusieurs centaines d'éléments, restreignant ainsi la capacité de façonner des faisceaux d'échographie complexes.
À ce jour, il n'existe pas de méthodologie évolutive pour l'alimentation et le contrôle des transducteurs de réseau phasés.
Nonobstant le développement étendu au cours des cinq dernières décennies qui a abouti à une fiabilité et une efficacité accrus du matériel PAT, la structure fondamentale de l'architecture séquentielle multicanal utilisée pour l'individu adressant des éléments transducers est restée largement inchangée.
Bien que des progrès aient été faits pour faciliter l'excitation électrique de haute puissance des réseaux thérapeutiques, ces progrès sont adaptés aux géométries axées sur les points et se révéleraient inadéquats pour les configurations de champ beaucoup plus complexes requises pour une variété d'applications.
Par conséquent, il existe une nécessité urgente pour une architecture innovante capable de conduire simultanément des milliers d'éléments de transducteur avec une puissance élevée, des taux de mise à jour rapides et un synchronisation ou un contrôle de phase strict pour permettre une synthèse précise sur le terrain.
Nous avons développé une architecture optoélectronique qui ne nécessite qu'un simple signal d'entrée électrique amplifié singulier, qui est par la suite disséminé et modulé indépendamment pour chaque élément transducteur, évitant ainsi l'exigence de circuits d'impulsion et d'amplificateurs séparés pour chaque canal. En outre, étant donné que les signaux entraînant chaque canal sont intrinsèquement synchronisés en phase, la nécessité d'une horloge indépendante est éliminée, permettant à toute modulation de phase d'être exécutée via les entrées optiques.
En fin de compte, notre architecture électronique présente une large bande passante opérationnelle, s'adaptant ainsi à l'emploi de transducteurs à travers un vaste spectre de fréquences centrales.
Le composant pivot au sein de l'architecture OPAT est le phase de phase activé par la lumière (LAP), qui constitue un circuit analogique conçu pour un fonctionnement à haute fréquence, fondé sur des éléments photorésistants intégrés à des dispositifs électroniques passifs dans une architecture en cascade. Le circuit électrique convertit effectivement une intensité optique en un signal électrique déplacé précisément.
La phase en temps réel est réglable en modulant l'intensité de la lumière éclairante, qui peut être appliquée simultanément sur tous les canaux en utilisant des projecteurs standard disponibles dans le commerce. Le cadre conceptuel de modulation de la phase de chaque transducteur dans le réseau indépendamment à travers la lumière est représenté sur la Fig. 1 et 1
Les applications biomédicales à venir en utilisant des champs d'échographie structurés nécessitent la transmission d'une puissance acoustique élevée en configurations spatialement complexes. Pour répondre à ces exigences, il est impératif d'employer des transducteurs caractérisés par des ouvertures plus importantes et des dénombrements d'éléments accrus par rapport à ceux conventionnellement utilisés pour l'imagerie, qui présente des défis de fabrication importants et a, jusqu'à ce moment, impraticable pour l'excitation électrique.
Dans notre article publié dans Communications de la naturenous avons proposé une nouvelle architecture pour l'excitation électrique des tableaux phasés grâce à l'utilisation de modèles d'intensité de lumière programmables. L'innovation principale dans notre conception est un réseau RC à double cascade équilibré, dans lequel les résistances photosensibles facilitent la régulation sans fil et largement parallésable de la phase de sortie électrique. Cette configuration permet, pour la première fois, la modulation optique de la phase de conduite pour chaque élément de réseau individuel en continu à travers la plage de -π à + π.
De plus, notre architecture est capable de conduire indépendamment tous les éléments de transducteur dans un tableau utilisant un seul signal RF amplifié, rationalisant ainsi considérablement le fonctionnement de réseaux de transducteurs étendus. Le système actuel fonctionne à un rythme rapide de 100 Hz et présente une évolutivité, car la commutation de phase déclenchée par la lumière peut être exécutée avec une projection optique de faible intensité 66 MW / cm2.
De plus, le circuit est conçu pour s'adapter à une capacité de transducteurs variable et un large spectre de fréquences allant de 100 kHz à 10 MHz. Nous mettons en œuvre notre architecture pour actionner une norme 11×11 République d'imagerie, générant ainsi des fronts d'onde complexes, démontrant des capacités de focalisation commutables et projetant des faisceaux de vortex.
Nous avons utilisé l'approche itérative du spectre angulaire (IASA) pour déterminer le décalage de phase relatif pour les éléments transducteurs distincts essentiels pour la génération du front d'onde programmé. La distribution de phase à travers les éléments du transducteur est vérifiée en propageant de manière itérative une onde du plan cible vers le plan du transducteur et en revenant par la suite, tout en imposant des contraintes d'amplitude dans chaque plan respectif.
Dans notre raffinement de l'algorithme IASA, nous avons mis en œuvre une contrainte d'amplitude pour chaque pixel pour s'aligner sur l'amplitude dépendant du décalage de phase observé expérimentalement. Les contraintes d'amplitude pour chaque itération sont établies de manière indépendante et explicite. L'algorithme démontre la convergence dans plusieurs dizaines d'itérations pour produire la carte de phase requise.
Nous avons exécuté environ 50 itérations pour chaque front d'onde pour faciliter une comparaison précise des performances des transducteurs de tableau de phase optique (OPAT) sur diverses applications. Nous avons partitionné les éléments du transducteur en plusieurs pixels afin de configurer les phases du transducteur pour les champs présentant des résolutions plus élevées que le réseau de conduite et posé une sortie de phase uniforme pour tous les pixels correspondant à un élément singulier.
Le décalage de phase relatif pour les éléments du transducteur individuel est ensuite calculé en faisant la moyenne du décalage de phase qui en résulte à travers tous les pixels qui constituent un élément. L'algorithme donne des résultats expérimentaux favorables qui s'alignent sur les fronts d'onde théoriquement attendus. La distribution de phase calculée via l'IASA est ensuite convertie en intensité lumineuse par un tableau de recherche dérivé des courbes mesurées expérimentalement représentées sur la Fig. 2
En raison de son mécanisme d'adressage parallèle, de son alimentation singulière et de ses performances indépendantes de la charge, le phase de phase optique présenté ici devrait évoluer avantageusement, facilitant ainsi le fonctionnement de réseaux de transducteurs à élément exceptionnellement grands et améliorant considérablement la capacité de générer des champs ultrasons complexes dynamiques.
Pour agir efficacement des tableaux plus grands tout en conservant une empreinte compacte et adaptable, le modulateur optique peut être fusionné, par exemple, en utilisant des tableaux µled en conjonction avec un réseau de micro-objectifs pour optimiser l'efficacité de la collecte de lumière. Le circuit du modulateur pourrait par la suite être intégré de manière transparente à un transducteur d'émetteur par liaison à la mobilière.
Cette architecture cohérente pourrait ainsi approuver une mise à l'échelle supplémentaire sans nécessiter des interconnexions et des électroniques plus complexes, ouvrant ainsi des voies pour de nouvelles applications dans la biomédecine, y compris l'ingénierie tissulaire assistée par ultrasons et les interventions thérapeutiques à ultrasons.
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