Yüksek Genlikli Odaklı Ultrason Uygulamaları için Sürüş Elektroniği Dizini Geliştirilmesi

Abstract

High intensity focused ultrasound (HIFU) have been used in thermal ablation of unwanted tissue, coagulation of blood, and drug delivery applications for some decades. In the last decade, HIFU has been associated with cancer treatment because it can actually burn the particular tissue without harming the tissues around. HIFU treatments are typically done with ultrasonic transducer arrays which allow electronic focusing and scanning, rather than fixed focus single element transducers. Therefore, an essential part of a HIFU system is an electronic driving circuitry that can drive each transducer array element independently, can deliver enough electrical power, and provide sufficient phase resolution to allow for focusing and steering capability. HIFU treatments also require image guidance and currently ultrasound and magnetic resonance imaging are the only imaging methods used for HIFU guidance. Because of the higher image quality and thermal imaging capability, MRI guidance is the preferred method. Aside from being expensive MRI guidance also puts MR compatibility constraint on the HIFU transducer and its driving electronics. MR guidance provides close to real-time feedback on the location of the focal spot and on the progress of the thermal treatment. This feedback is then used to control the electronic driving circuitry. Hence, the driver has to allow for the fast update of the driving parameters. In this thesis we developed a MR compatible, PWM based, easily programmable, low cost and portable 64 channels HIFU driver with high power capability, 7.50 phase resolution and 256 level amplitude resolutions. This driver is used with a 64 element MR compatible transducer array and is shown to operate as desired under MR guidance.

Yüksek genlikli odaklı ultrason çalışmaları günümüzde ısıl doku tedavisi, kan pıhtılaştırması, hücrelere ilaç aktarımı gibi konularda kullanılmaktadır. HIFU, belirlenen bölgedeki dokunun yakılması, etraftaki dokulara zarar verilmemesi sebebiyle son yıllarda özellikle kanser tedavisi ile anılır hale gelmiştir. HIFU tedavileri genellikle sabit bir noktaya odaklama yapan tekli ultrason transdüseri yerine elektronik odaklama ve tarama yapabilen ultrason transdüser dizinleri tarafından yapılır. HIFU’nun önemli bir bölümü de her bir dizin elemanını bağımsız olarak sürebilecek, yeterli gücü verebilecek ve yeterli faz çözünürlüğünü sağlayabilecek elektronik sürücü devresidir, bu sayede HIFU odaklama ve yönlendirme yapabilmektedir. HIFU tedavisi için görüntü rehberlik yöntemlerinin kullanılması gerekmektedir ve bunun için günümüzde ultrason rehberlik ve manyetik rezonans rehberlik yöntemleri kullanılmaktadır. Yüksek görüntü kalitesi ve ısıl görüntüleme yapabilmesi sebebiyle MR rehberlik yöntemi tercih edilmektedir. Pahalı olmasına yanı sıra MR rehberlik yöntemi aynı zamanda HIFU transdüserinin ve elektronik sürücüsünün MR ile uyumlu olması şartını gerektirir. MR rehberlik yöntemi ısıl tedavilerde odaklanan noktanın yer bilgisini gerçek zamana yakın verebilmektedir. Bu geri bildirim daha sonra elektronik sürücü devresini kontrol etmek için kullanılmaktadır. Bu yüzden de sürücünün parametreleri hızlı güncellemesi gerekmektedir. Bu tezde 7.50 faz çözünürlüğü ve 256 seviye genlik çözünürlüğü kullanılarak 64’lü transdüser dizinini sürebilecek PWM tabanlı, kolay programlanabilir, düşük maliyetli ve portatif bir demetleyici sürücüsü tasarımı yapılmıştır. Bu sürücü elektroniği 64 elemanlı transdüser dizini MR uyumludur ve MR rehberliğinin gerektirdiği şekilde çalıştığı görülmüştür.