Aşamalı bir dizi kavramı başlangıçta Nobel Ödülü sahibi tarafından dile getirildi KF Braun. Aşamalı diziler daha sonra dalga manipülasyonu için müthiş bir mekanizmaya dönüşmüştür. Bu iddia özellikle ultrason alanında geçerlidir, burada ultrason üreten transdüserlerden oluşan diziler, terapötik ultrason, doku mühendisliği ve parçacık manipülasyonu dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılır. Daha da önemlisi, her kanalın bağımsız olarak operasyonel nabız devresi ve amplifikatörünü gerektirdiği için, görüntülemeye yönelik olanlara-görüntülemeye yönelik olanlara uygun olarak-elektriksel sürüş gereksinimlerini zorlaştıran yüksek yoğunluklu ultrason. Sonuç olarak, aşamalı dizi transdüserlerinin (PAT'ler) çoğunluğu birkaç yüz elementle sınırlıdır, böylece karmaşık ultrason ışınlarını şekillendirme yeteneğini kısıtlar. Bugüne kadar, aşamalı dizi transdüserlerinin güçlendirilmesi ve kontrolü için ölçeklenebilir bir metodoloji yoktur.
PAT donanımının güvenilirliği ve verimliliği ile sonuçlanan son beş yıldaki kapsamlı gelişime rağmen, dönüştürücü elemanlarının bireysel adreslenmesi için kullanılan çok kanallı sıralı mimarinin temel yapısı büyük ölçüde değişmeden kalmıştır. Terapötik dizilerin yüksek güçlü elektriksel uyarılmasını kolaylaştırmak için ilerlemeler yapılmış olsa da, bu tür gelişmeler nokta odaklı geometrilere uyarlanmıştır ve çeşitli uygulamalar için gerekli olan önemli ölçüde daha karmaşık alan konfigürasyonları için yetersizdir. Sonuç olarak, hassas alan sentezini sağlamak için yüksek güç, hızlı güncelleme oranları ve katı zamanlama veya faz kontrolüne sahip binlerce dönüştürücü elemanını aynı anda sürebilen yenilikçi bir mimari için acil bir gereklilik vardır.
Daha sonra her bir dönüştürücü elemanı için bağımsız olarak dağıtılan ve modüle edilen, sadece tekil amplifiye edilmiş bir elektrik giriş sinyalini gerektiren bir optoelektronik mimari geliştirdik, böylece her kanal için ayrı nabız devresi ve amplifikatörler gereksinimini ortadan kaldırdık. Ayrıca, her bir kanalı yönlendiren sinyallerin kendinden faz senkronize olduğu göz önüne alındığında, bağımsız bir saatin gerekliliği ortadan kaldırılır ve tüm faz modülasyonunun optik girişler yoluyla yürütülmesine izin verir. Nihayetinde, elektronik mimarimiz geniş bir operasyonel bant genişliği sergiler, böylece geniş bir merkezi frekans spektrumu boyunca dönüştürücülerin istihdamını barındırır.
OPAT mimarisi içindeki önemli bileşen, bir kademeli mimaride pasif elektronik cihazlarla entegre edilmiş fotorezist elementlere dayanan yüksek frekanslı çalışma için tasarlanmış bir analog devre oluşturan ışıkla aktive edilen faz kaydırıcısıdır (LAPS). Elektrik devresi, optik yoğunluğu etkili bir şekilde faz kaydırılmış bir elektrik sinyaline dönüştürür. Gerçek zamanlı faz, standart, ticari olarak temin edilebilen projektörleri kullanarak tüm kanallara eşzamanlı olarak uygulanabilen aydınlatıcı ışığın yoğunluğunu modüle edilerek ayarlanabilir. Dizi içindeki her dönüştürücünün fazını ışık yoluyla bağımsız olarak modüle etmenin kavramsal çerçevesi, şekilde gösterilmiştir.
Yapılandırılmış ultrason alanlarını kullanan gelecek biyomedikal uygulamalar, yüksek akustik gücün uzamsal olarak karmaşık konfigürasyonlara iletilmesini gerektirir. Bu gereksinimleri yerine getirmek için, önemli üretim zorlukları sunan ve bu noktaya kadar elektriksel uyarma için pratik olmayan daha büyük açıklıklar ve artan eleman sayımları ile karakterize edilen transdüserlerin kullanılması zorunludur. Bu makalede, programlanabilir ışık yoğunluk kalıplarının kullanılmasıyla aşamalı dizilerin elektriksel uyarılması için yeni bir mimari önerdik. Tasarımımızdaki ana yenilik, ışığa duyarlı dirençlerin elektriksel çıkış aşamasının kablosuz ve kapsamlı bir şekilde paralelleştirilebilir düzenlemesini kolaylaştırdığı dengeli bir çift cascaded RC ağıdır. Bu konfigürasyon, ilk kez, her bir dizi elemanı için sürüş fazının optik modülasyonunu sürekli olarak -π ila + π aralığı boyunca izin verir. Ayrıca, mimarimiz, sadece bir amplifiye RF sinyalini kullanan bir dizi içindeki tüm dönüştürücü elemanlarını bağımsız olarak sürebilir, böylece kapsamlı dönüştürücü dizilerinin çalışmasını önemli ölçüde kolaylaştırabilir. Mevcut sistem hızlı bir şekilde 100 Hz hızında çalışır ve ışığı tetiklenen faz anahtarlaması düşük yoğunluklu optik projeksiyon 66 mW/cm ile yürütülebilir çünkü ölçeklenebilirlik gösterir2. Ek olarak, devre, değişen dönüştürücü kapasitansını ve 100 kHz ila 10 MHz arasında değişen geniş bir frekans spektrumunu barındıracak şekilde tasarlanmıştır. Standart 11'i harekete geçirmek için mimarimizi uyguluyoruz×11 görüntüleme dizisi, böylece karmaşık dalga önleri üreterek, değiştirilebilir odaklama özellikleri ve girdap kirişleri yansıtma.
Paralel adresleme mekanizması, tekil güç kaynağı ve yükten bağımsız performansı nedeniyle, burada sunulan optik faz kaymağının avantajlı bir şekilde ölçeklenmesi, böylece olağanüstü büyük eleman dönüştürücü dizilerinin çalışmasını kolaylaştırması ve dinamik intrasik ultrason alanları üretme kapasitesini önemli ölçüde arttırması beklenir. Kompakt ve uyarlanabilir bir ayak izini korurken daha büyük dizileri etkili bir şekilde hareket ettirmek için, optik modülatör, ışık toplama verimliliğini optimize etmek için bir mikro lens dizisi ile birlikte yoğunlaşmış diziler kullanılarak birleştirilebilir. Modülatör devresi daha sonra flip-çip bağı yoluyla bir yayıcı dönüştürücü ile sorunsuz bir şekilde entegre edilebilir. Bu uyumlu mimari, daha karmaşık ara bağlantılar ve elektronikler gerektirmeden ek ölçeklemeyi onaylayabilir, böylece ultrason destekli doku mühendisliği ve ultrason bazlı terapötik müdahaleler de dahil olmak üzere biyomıptaki yeni uygulamalar için yollar açabilir.
Goyal, R., Demeulenaere, O., Fournelle, M. ve ark. Ultrasonik için tamamen optik olarak kontrol edilen aşamalı dizi. Nat Commun 168091 (2025).
Bir yanıt yazın