本申請(qǐng)公開了一種基于PMUT陣列的操控方法及相關(guān)裝置，涉及生物傳感技術(shù)領(lǐng)域，包括：激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到操控周期的成像時(shí)刻，發(fā)送成像激發(fā)信號(hào)至PMUT陣列芯片，PMUT陣列芯片響應(yīng)成像激發(fā)信號(hào)發(fā)出入射聲波，在接收反射聲波后，返回成像接收信號(hào)，激勵(lì)設(shè)備基于成像接收信號(hào)進(jìn)行超聲成像。在達(dá)到操控周期的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻時(shí)，發(fā)送目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)至PMUT陣列芯片，PMUT陣列芯片響應(yīng)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)發(fā)出目標(biāo)超聲，驅(qū)動(dòng)微納機(jī)器人移動(dòng)。操控周期包括依據(jù)時(shí)間先后排列的一個(gè)成像時(shí)刻和至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻。本方法在操控周期內(nèi)通過(guò)不同頻率交替執(zhí)行成像和驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微納機(jī)器人進(jìn)行自感控。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及生物傳感，尤其涉及一種基于pmut陣列的操控方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、微納機(jī)器人的遠(yuǎn)程操控技術(shù)和成像技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其無(wú)創(chuàng)操作和體內(nèi)精準(zhǔn)治療的關(guān)鍵，操控深層組織中微納機(jī)器人時(shí)，要求外部場(chǎng)具有較大的穿透深度。
2、目前，微納機(jī)器人的操控系統(tǒng)主要包括磁驅(qū)動(dòng)操控系統(tǒng)和聲驅(qū)動(dòng)操控系統(tǒng)。其中，磁性微納機(jī)器人的磁性材料會(huì)對(duì)生物體造成不良影響，因此，聲驅(qū)動(dòng)操控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于對(duì)生物體內(nèi)的微納機(jī)器人的操控，但是，現(xiàn)有的聲驅(qū)動(dòng)操控系統(tǒng)缺乏對(duì)微納機(jī)器人的動(dòng)態(tài)調(diào)控能力，操控多樣性較低，無(wú)法支持超聲微納機(jī)器人在生物體內(nèi)靈活的執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于上述問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于pmut陣列的操控方法及相關(guān)裝置，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)pmut陣列操控微納機(jī)器人提高成像精度和操控精度的目的。具體方案如下：
2、本申請(qǐng)第一方面提供一種基于pmut陣列的操控方法，應(yīng)用于基于pmut陣列的操控系統(tǒng)，所述操控系統(tǒng)包括pmut陣列芯片和激勵(lì)設(shè)備，所述pmut陣列芯片至少集成一個(gè)pmut陣列，包括：
3、激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到預(yù)設(shè)的操控周期的成像時(shí)刻，發(fā)送所述成像時(shí)刻的成像激發(fā)信號(hào)至pmut陣列芯片；所述操控周期包括依據(jù)時(shí)間先后排列的一個(gè)成像時(shí)刻的和至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻，成像激發(fā)信號(hào)包括預(yù)設(shè)的成像頻率；
4、所述pmut陣列芯片響應(yīng)所述成像激發(fā)信號(hào)，發(fā)出入射聲波，在接收反射聲波后，返回成像接收信號(hào)至所述激勵(lì)設(shè)備；所述反射聲波包括所述入射聲波在微納機(jī)器人處的反射聲信號(hào)；
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p>5、所述激勵(lì)設(shè)備基于所述成像接收信號(hào)進(jìn)行超聲成像，生成定位超聲圖像；6、所述激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到所述操控周期的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻時(shí)，發(fā)送所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)至所述pmut陣列芯片；其中，所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻包括任意一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻，所述驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)包括驅(qū)動(dòng)頻率和各個(gè)陣元對(duì)應(yīng)的電壓幅值和相位信息；
7、所述pmut陣列芯片響應(yīng)所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)，發(fā)出目標(biāo)超聲以構(gòu)建所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的目標(biāo)空間聲場(chǎng)，所述目標(biāo)空間聲場(chǎng)用于驅(qū)動(dòng)所述微納機(jī)器人移動(dòng)。
8、在一種可能的實(shí)現(xiàn)中，激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到預(yù)設(shè)的操控周期的成像時(shí)刻，發(fā)送所述成像時(shí)刻的成像激發(fā)信號(hào)至pmut陣列芯片，包括：
9、所述激勵(lì)設(shè)備確定滿足預(yù)設(shè)的低頻成像條件的情況下，生成所述成像時(shí)刻的成像激發(fā)信號(hào)為低頻激發(fā)信號(hào)，所述低頻激發(fā)信號(hào)包括的成像頻率為低于預(yù)設(shè)的成像頻率閾值的高頻參數(shù)；
10、所述激勵(lì)設(shè)備確定滿足預(yù)設(shè)的高頻成像條件的情況下，生成所述成像時(shí)刻的成像激發(fā)信號(hào)為高頻激發(fā)信號(hào)，所述高頻激發(fā)信號(hào)包括的成像頻率為高于所述成像頻率閾值的低頻參數(shù)。
11、在一種可能的實(shí)現(xiàn)中，pmut陣列芯片至少集成一個(gè)pmut陣列和對(duì)應(yīng)的信號(hào)收發(fā)模塊；
12、所述pmut陣列芯片響應(yīng)所述成像激發(fā)信號(hào)，發(fā)出入射聲波，在接收反射聲波后，返回成像接收信號(hào)至所述激勵(lì)設(shè)備，包括：
13、所述信號(hào)收發(fā)模塊通過(guò)接收電路接收所述成像激發(fā)信號(hào)，并通過(guò)發(fā)射電路響應(yīng)所述成像激發(fā)信號(hào)，發(fā)出電脈沖信號(hào)至所述pmut陣列；
14、所述pmut陣列基于電脈沖信號(hào)，發(fā)出所述入射聲波；
15、所述pmut陣列基于所述入射聲波的反射聲波發(fā)送電脈沖信號(hào)至所述信號(hào)收發(fā)模塊；
16、所述信號(hào)收發(fā)模塊通過(guò)接收電路接收電脈沖信號(hào)，通過(guò)發(fā)射電路響應(yīng)電脈沖信號(hào)發(fā)送所述成像接收信號(hào)所述激勵(lì)設(shè)備。
17、在一種可能的實(shí)現(xiàn)中，激勵(lì)設(shè)備基于所述成像接收信號(hào)進(jìn)行超聲成像，生成定位超聲圖像，包括：
18、所述激勵(lì)設(shè)備接收多個(gè)所述成像接收信號(hào)，基于多個(gè)所述成像接收信號(hào)進(jìn)行超聲成像，生成所述定位超聲圖像。
19、在一種可能的實(shí)現(xiàn)中，激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到所述操控周期的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻時(shí)，發(fā)送所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)至所述pmut陣列芯片，包括：
20、所述激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到所述操控周期的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻時(shí)，基于所述操控周期的目標(biāo)操作，獲取所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的目標(biāo)位置；所述操控周期的目標(biāo)操作用于指示驅(qū)動(dòng)所述微納機(jī)器人沿目標(biāo)路線移動(dòng)至所述操控周期的目標(biāo)終點(diǎn)位置，所述目標(biāo)路線包括各個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的目標(biāo)位置；
21、所述激勵(lì)設(shè)備基于所述目標(biāo)位置，利用反投影算法計(jì)算施加至所述pmut陣列芯片中各個(gè)陣元上的電壓幅值和相位信息；
22、所述激勵(lì)設(shè)備獲取預(yù)設(shè)的低頻驅(qū)動(dòng)頻率，所述低頻驅(qū)動(dòng)頻率為低于預(yù)設(shè)的驅(qū)動(dòng)頻率閾值的頻率參數(shù)；
23、所述激勵(lì)設(shè)備生成所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)，所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)包括所述低頻驅(qū)動(dòng)頻率和各個(gè)陣元上的電壓幅值和相位信息。
24、在一種可能的實(shí)現(xiàn)中，激勵(lì)設(shè)備基于所述目標(biāo)位置，利用反投影算法計(jì)算施加至所述pmut陣列芯片中各個(gè)陣元上的電壓幅值和相位信息，包括：
25、基于所述微納機(jī)器人在所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的初始位置和目標(biāo)位置構(gòu)建虛擬聲場(chǎng)；
26、基于聲鑷?yán)碚摵退鎏摂M聲場(chǎng)，確定操控空間中的高聲壓聚焦點(diǎn)中心所在位置對(duì)應(yīng)的目標(biāo)空間點(diǎn)；
27、將所述目標(biāo)空間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)控制函數(shù)的函數(shù)值設(shè)為1，生成第一方程式；
28、將操控空間中除了所述目標(biāo)空間點(diǎn)之外的空間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)控制函數(shù)的函數(shù)值設(shè)為0，生成第二方程式；
29、利用反投影算法求解聯(lián)合方程式，得到各個(gè)陣元的理想電壓幅值和理想相位信息，所述聯(lián)合方程式包括所述第一方程式和所述第二方程式；
30、基于各個(gè)陣元的所述理想電壓幅值和所述理想相位信息，分別獲取施加至所述pmut陣列芯片中各個(gè)陣元上的電壓幅值和相位信息。
31、在一種可能的實(shí)現(xiàn)中，一種基于pmut陣列的操控方法還包括：
32、所述激勵(lì)設(shè)備獲取目標(biāo)操作指令，所述目標(biāo)操作指令包括目標(biāo)圖案，所述目標(biāo)圖案用于指示多個(gè)所述微納機(jī)器人的終點(diǎn)位置；
33、所述激勵(lì)設(shè)備在基于所述成像接收信號(hào)進(jìn)行超聲成像，生成定位超聲圖像之后，基于所述目標(biāo)圖案和定位結(jié)果，生成所述操控周期的目標(biāo)操作，所述定位結(jié)果包括所述定位超聲圖像指示的各個(gè)所述微納機(jī)器人所在的成像位置。
34、本申請(qǐng)第二方面提供一種基于pmut陣列的操控系統(tǒng)，包括：pmut陣列芯片和激勵(lì)設(shè)備；
35、所述激勵(lì)設(shè)備用于：
36、在達(dá)到預(yù)設(shè)的操控周期的成像時(shí)刻，發(fā)送所述成像時(shí)刻的成像激發(fā)信號(hào)至pmut陣列芯片，基于成像接收信號(hào)進(jìn)行超聲成像，生成定位超聲圖像；所述操控周期包括依據(jù)時(shí)間先后排列的一個(gè)成像時(shí)刻的和至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻，成像激發(fā)信號(hào)包括預(yù)設(shè)的成像頻率；
37、在達(dá)到所述操控周期的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻時(shí)，發(fā)送所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)至所述pmut陣列芯片；其中，所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻包括任意一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻，所述驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)包括驅(qū)動(dòng)頻率和各個(gè)陣元對(duì)應(yīng)的電壓幅值和相位信息；
38、所述pmut陣列芯片用于：
39、響應(yīng)所述成像激發(fā)信號(hào)，發(fā)出入射聲波本文檔來(lái)自技高網(wǎng)
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于PMUT陣列的操控方法，其特征在于，應(yīng)用于基于PMUT陣列的操控系統(tǒng)，所述操控系統(tǒng)包括PMUT陣列芯片和激勵(lì)設(shè)備，所述PMUT陣列芯片至少集成一個(gè)PMUT陣列，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PMUT陣列的操控方法，其特征在于，所述激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到預(yù)設(shè)的操控周期的成像時(shí)刻，發(fā)送所述成像時(shí)刻的成像激發(fā)信號(hào)至PMUT陣列芯片，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PMUT陣列的操控方法，其特征在于，所述PMUT陣列芯片至少集成一個(gè)PMUT陣列和對(duì)應(yīng)的信號(hào)收發(fā)模塊；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于PMUT陣列的操控方法，其特征在于，所述激勵(lì)設(shè)備基于所述成像接收信號(hào)進(jìn)行超聲成像，生成定位超聲圖像，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PMUT陣列的操控方法，其特征在于，所述激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到所述操控周期的目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻時(shí)，發(fā)送所述目標(biāo)驅(qū)動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)激發(fā)信號(hào)至所述PMUT陣列芯片，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于PMUT陣列的操控方法，其特征在于，所述激勵(lì)設(shè)備基于所述目標(biāo)位置，利用反投影算法計(jì)算施加至所述PMUT陣列芯片中各個(gè)陣元上的電壓幅值和相位信息，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PMUT陣列的操控方法，其特征在于，所述基于PMUT陣列的操控方法還包括：
8.一種基于PMUT陣列的操控系統(tǒng)，其特征在于，包括：PMUT陣列芯片和激勵(lì)設(shè)備；
9.一種集成芯片，其特征在于，至少集成一個(gè)PMUT陣列，所述集成芯片用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的基于PMUT陣列的操控方法中PMUT陣列芯片執(zhí)行的步驟。
10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括至少一個(gè)處理器和與所述處理器連接的存儲(chǔ)器，其中：
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于pmut陣列的操控方法，其特征在于，應(yīng)用于基于pmut陣列的操控系統(tǒng)，所述操控系統(tǒng)包括pmut陣列芯片和激勵(lì)設(shè)備，所述pmut陣列芯片至少集成一個(gè)pmut陣列，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于pmut陣列的操控方法，其特征在于，所述激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到預(yù)設(shè)的操控周期的成像時(shí)刻，發(fā)送所述成像時(shí)刻的成像激發(fā)信號(hào)至pmut陣列芯片，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于pmut陣列的操控方法，其特征在于，所述pmut陣列芯片至少集成一個(gè)pmut陣列和對(duì)應(yīng)的信號(hào)收發(fā)模塊；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于pmut陣列的操控方法，其特征在于，所述激勵(lì)設(shè)備基于所述成像接收信號(hào)進(jìn)行超聲成像，生成定位超聲圖像，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于pmut陣列的操控方法，其特征在于，所述激勵(lì)設(shè)備在達(dá)到所述操控周期的目...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閆晨方，高航，靳通，趙子杰，黃成軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院微電子研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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