CN102579127B - 超声聚焦换能器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超声聚焦换能器，包括：球面外壳，球冠上设置有圆孔，以供安装超声探测器；环压电陶瓷片，采用圆环形结构，适配设置在球面外壳内侧，圆环的内圆与圆孔大小相一致；若干个瓣压电陶瓷片，分别设置在球面外壳内侧，环绕在环压电陶瓷片的外圆周上；环压电陶瓷片和各个瓣压电陶瓷片分别与超声聚焦换能器的控制装置连接。本发明可以分别独立控制环压电陶瓷片和每一个瓣压电陶瓷片产生超声波，在保证治疗剂量的情况下聚焦时射线更加分散，还可以选择性地调整治疗剂量，不会影响对病灶的消融效果，在保证治疗剂量的同时减少了对皮肤和治疗通道上神经组织的刺激，安全性与舒适性大大提高，更加体现了超声无创无痛治疗的优势。

Description

超声聚焦换能器

技术领域

本发明涉及超声聚焦换能器，特别涉及一种医疗用的超声聚焦换能器。

背景技术

超声聚焦换能器已用于医疗上，如高强度超声聚焦肿瘤治疗技术是近年来发展很快的新兴医疗技术，它是使用超声波对病人进行治疗，而超声聚焦换能器是这项技术的核心部分，直接关系到该医疗技术在临床应用上的安全性及治疗效果。现有超声聚焦换能器分为单元换能器与多元换能器两类，单元换能器又分为平面透镜形和曲面自聚焦型两种，目前技术主要有以下几种：

平板压电陶瓷片附加声透镜换能器，用大孔径平面圆盘压电陶瓷换能器与固定声透镜组合实现聚焦，这种方法导致超声波衰减大，效率难以提高。

相控聚焦阵列式超声换能器，用若干小平面压电陶瓷片(离散或连续分布)安装在一个大孔径刚性聚焦球面体上，各压电陶瓷片的法线汇于一处焦点。这种方法焦斑较大，而且生产、安装、调试和维修等都很复杂，且成本高，如：申请号为200410017185.3，相控聚焦高强度超声换能器陈列。

多元环形二次聚焦超声换能器，将若干个凹球面压电陶瓷片固定在一个大圆环上，使其各自的焦点汇聚于一点，实现二次聚焦。这种方法的缺陷是二次聚焦对准焦点的过程较为复杂，而且所产生的声场不均匀，影响治疗效果。如：申请号为03158000.9，多焦点多重聚焦超声换能器；申请号为200510038963.1，压电式多阵元高强度聚焦超声换能器及聚焦方法。

上述超声换能器在治疗应用中，要么因超声波射线不够分散对皮肤刺激过大，要么因超声波射线进入人体时不能够选择部分通道闭合会造成对皮肤或通道神经的伤害，因而在临床实践中往往会选择整体调低治疗剂量，从而严重影响治疗的效果。

因此，如何实现在保证治疗剂量的情况下使聚焦的射线更加分散，可选择性地自由调节通道剂量来减少超声波对患者的伤害是业内亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种医疗用的超声聚焦换能器，旨在实现在保证治疗剂量的情况下使聚焦的射线更加分散，可选择性地自由调节治疗通道的剂量来减少超声波对患者的伤害。

本发明提出一种超声聚焦换能器，其包括球面外壳、环压电陶瓷片和若干个瓣压电陶瓷片，其中：

所述球面外壳，球冠上设置有圆孔，以供安装超声探测器；

所述环压电陶瓷片，采用圆环形结构，适配设置在所述球面外壳内侧，圆环的内圆与所述圆孔大小相一致；

所述瓣压电陶瓷片，分别设置在所述球面外壳内侧，环绕在所述环压电陶瓷片的外圆周上；

所述环压电陶瓷片和各个所述瓣压电陶瓷片分别与超声聚焦换能器的控制装置连接。

优选地，所述瓣压电陶瓷片采用厚薄均匀的圆弧形结构并与所述球面外壳的半径曲率相同。

优选地，各个所述瓣压电陶瓷片的大小一致。

优选地，所述环压电陶瓷片和各个所述瓣压电陶瓷片的相互之间不接触。

优选地，所述球面外壳采用金属材料或橡胶材料制成。

本发明又提出一种超声聚焦换能器的另一实施方案，其包括控制装置、球面外壳、环压电陶瓷片和若干个瓣压电陶瓷片，其中：

所述球面外壳，球冠上设置有圆孔，以供安装超声探测器；

所述环压电陶瓷片，采用圆环形结构，适配设置在所述球面外壳内侧，圆环的内圆与所述圆孔大小相一致；

所述瓣压电陶瓷片，分别设置在所述球面外壳内侧，环绕在所述环压电陶瓷片的外圆周上；

所述控制装置包括：

控制器，统一控制直接数字式频率合成器的工作频率和相位的调整；

直接数字式频率合成器，由所述控制器进行控制，产生同步使能信号，数量与所述环压电陶瓷片和瓣压电陶瓷片的数量相同；

时钟信号发生器，控制所述直接数字式频率合成器在相同的时间基准信号下工作；

功率放大模块，将所述直接数字式频率合成器的输出功率放大，数量与所述直接数字式频率合成器的数量相同，分别与所述环压电陶瓷片和各个所述瓣压电陶瓷片连接。

优选地，所述瓣压电陶瓷片采用厚薄均匀的圆弧形结构并与所述球面外壳的半径曲率相同。

优选地，各个所述瓣压电陶瓷片的大小一致。

优选地，所述环压电陶瓷片和各个所述瓣压电陶瓷片的相互之间不接触。

优选地，所述球面外壳采用金属材料或橡胶材料制成。

本发明超声聚焦换能器在球面外壳内设置一个环压电陶瓷片和若干个单独设立的瓣压电陶瓷片，可以分别独立控制环压电陶瓷片和每一个瓣压电陶瓷片产生超声波；瓣压电陶瓷片的生产成本和制造难度也降低了。使用超声聚焦换能器时，在保证治疗剂量的情况下聚焦时射线更加分散，还可以选择性地调整治疗剂量，从而不会影响对病灶的消融效果，在保证治疗剂量的同时减少了对皮肤的刺激，在治疗通道如有敏感神经还可以选择关闭不同位置的分瓣压电陶瓷片，避免了治疗通道上对神经组织的伤害和提高了患者的治疗耐受力，保证患者治疗时的剂量需要，安全性与舒适性大大提高，更加体现了超声无创无痛治疗的优势。

附图说明

图1为本发明超声聚焦换能器的环压电陶瓷片和瓣压电陶瓷片设置在球面外壳上的一实施例的结构示意图；

图2为图1中沿A-A向的剖视图；

图3为本发明超声聚焦换能器电路连接一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1、图2，提出本发明的一种超声聚焦换能器的一实施例，其包括球面外壳30、环压电陶瓷片10和若干个瓣压电陶瓷片20，其中：

上述球面外壳30，球冠上设置有圆孔40，以供安装超声探测器。

上述环压电陶瓷片10，采用圆环形结构，与上述球面外壳30的半径曲率相同，适配设置在上述球面外壳30内侧，圆环的内圆与上述圆孔40大小相一致。环压电陶瓷片10的主要作用是产生最低的基本剂量的治疗超声波，根据不同的治疗项目，超声聚焦换能器设置不同大小的环压电陶瓷片10保证最低超声波剂量。

上述瓣压电陶瓷片20，分别设置在上述球面外壳30内侧，环绕在上述环压电陶瓷片10的外圆周上；瓣压电陶瓷片20可根据实际临床需要设计制造不同大小的规格。总面积不变时，瓣压电陶瓷片20数量越多，在治疗时剂量的控制幅度越方便调整。上述瓣压电陶瓷片20采用厚薄均匀的圆弧形结构并与上述球面外壳30的半径曲率相同，便于与上述球面外壳30相匹配压接或粘接在一起。

上述环压电陶瓷片10和各个上述瓣压电陶瓷片20分别与超声聚焦换能器的控制装置连接，该控制装置可以分别控制上述环压电陶瓷片10和各个瓣压电陶瓷片20连接的控制电路的开启，即可任意选择哪一个压电陶瓷片工作产生超声波。

本发明超声聚焦换能器可以分别独立控制的环压电陶瓷片10和每一个瓣压电陶瓷片20产生超声波。设置若干个瓣压电陶瓷片20使生产成本和加工制造难度也降低了，因每一个独立的瓣压电陶瓷片20面积缩小而避免了容易损坏的问题；选择性使用瓣压电陶瓷片20工作不容易造成设备的疲劳损坏。

使用超声聚焦换能器时，在保证治疗剂量的情况下聚焦时射线更加分散，可以选择性地调整治疗剂量，从而不会影响对病灶的消融效果，在保证治疗剂量的同时减少了对皮肤的刺激，有针对性的降低敏感区域的剂量，在治疗通道如有敏感神经还可以选择关闭不同位置的分瓣压电陶瓷片20，避免了治疗通道上对神经组织的伤害和提高了患者的治疗耐受力，保证患者治疗时的剂量需要，安全性与舒适性大大提高，更加体现了超声无创无痛治疗的优势。

进一步，本实例的各个上述瓣压电陶瓷片20的大小一致，以便于采用相同功率的控制器控制，各个大小瓣压电陶瓷片20也可以不相同，但需要分别使用不同功率的控制器控制。

上述环压电陶瓷片10和各个上述瓣压电陶瓷片20的相互之间不接触，每一个压电陶瓷片相互之间不接触，避免相互影响超声波的产生。

上述球面外壳30采用金属或橡胶等材料制成。

参照图3，在上实施例的基础上，即包括了上述实施例的技术方案，又提出一种超声聚焦换能器的另一实施例，其包括控制装置、球面外壳30、环压电陶瓷片10和若干个瓣压电陶瓷片20，其中：

上述球面外壳30，球冠上设置有圆孔40，以供安装超声探测器。

上述环压电陶瓷片10，采用圆环形结构，适配设置在上述球面外壳30内侧，圆环的内圆与上述圆孔40大小相一致。

上述瓣压电陶瓷片20，分别设置在上述球面外壳30内侧，环绕在上述环压电陶瓷片10的外圆周上。

上述瓣压电陶瓷片20采用厚薄均匀的圆弧形结构并与上述球面外壳30的半径曲率相同。

各个上述瓣压电陶瓷片20的大小一致；上述环压电陶瓷片10和各个上述瓣压电陶瓷片20的相互之间不接触；上述球面外壳30采用金属材料或橡胶材料制成。

与上述实施例技术方案相同的部分所达到的技术效果也相同，在此不再赘述。

上述控制装置包括：

控制器100，用于统一控制直接数字式频率合成器300DDS(Direct DigitalSynthesizer)的工作频率和相位的调整，使各个压电陶瓷片以相同的电频率和相位进行同步工作产生同频率的超声波。

直接数字式频率合成器300，其由上述控制器100进行控制，产生同步使能信号，该直接数字式频率合成器300的数量与上述环压电陶瓷片10和瓣压电陶瓷片20的数量相同，便于配套使用。

时钟信号发生器200，可发出同一时钟信号，用于控制上述直接数字式频率合成器300在相同的时间基准信号下工作。

功率放大模块400，将上述直接数字式频率合成器300的输出功率放大，功率放大模块400的数量与上述直接数字式频率合成器300的数量相同，便于配套使用，该功率放大模块400分别与上述环压电陶瓷片10和各个上述瓣压电陶瓷片20连接，将放大后的电信号使与其连接的压电陶瓷片产生所需要的超声波。

一个压电陶瓷片、一个直接数字式频率合成器300和一个功率放大模块400构成一个独立的超声波发生装置，通过控制器100可选择性控制任意一个该独立的超声波发生装置工作。

本发明控制装置可以分别独立控制环压电陶瓷片10和每一个瓣压电陶瓷片20产生超声波。使用超声聚焦换能器时，由环压电陶瓷片10产生的超声波可保证治疗的基本剂量，还可以任意开或关一组瓣压电陶瓷片20工作产生超声波，进行选择性地调整治疗剂量，从而不会影响对病灶的消融效果，在保证治疗剂量的同时减少了对皮肤的刺激，有针对性的降低敏感区域的剂量，在治疗通道如有敏感神经还可以选择关闭不同位置的分瓣压电陶瓷片20，避免了治疗通道上对神经的伤害和提高了患者的治疗耐受力，保证患者治疗时的剂量需要，安全性与舒适性大大提高，更加体现了超声无创无痛治疗的优势。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超声聚焦换能器，其特征在于，包括球面外壳、至少一个环压电陶瓷片和若干个瓣压电陶瓷片，其中：

所述球面外壳，球冠上设置有圆孔，以供安装超声探测器；

所述环压电陶瓷片，采用圆环形结构，适配设置在所述球面外壳内侧，圆环的内圆与所述圆孔大小相一致；所述环压电陶瓷片用于产生最低的基本剂量的治疗超声波；

所述瓣压电陶瓷片，分别设置在所述球面外壳内侧，环绕在所述环压电陶瓷片的外圆周上；

所述环压电陶瓷片和各个所述瓣压电陶瓷片分别与超声聚焦换能器的控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的超声聚焦换能器，其特征在于，所述瓣压电陶瓷片采用厚薄均匀的圆弧形结构并与所述球面外壳的半径曲率相同。

3.根据权利要求2所述的超声聚焦换能器，其特征在于，各个所述瓣压电陶瓷片的大小相一致。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声聚焦换能器，其特征在于，所述环压电陶瓷片和各个所述瓣压电陶瓷片的相互之间不接触。

5.根据权利要求4所述的超声聚焦换能器，其特征在于，所述球面外壳采用金属材料或橡胶材料制成。

6.一种超声聚焦换能器，其特征在于，包括控制装置、球面外壳、环压电陶瓷片和若干个瓣压电陶瓷片，其中：

所述球面外壳，球冠上设置有圆孔，以供安装超声探测器；

所述环压电陶瓷片，采用圆环形结构，适配设置在所述球面外壳内侧，圆环的内圆与所述圆孔大小相一致；

所述瓣压电陶瓷片，分别设置在所述球面外壳内侧，环绕在所述环压电陶瓷片的外圆周上；

所述控制装置包括：

控制器，统一控制直接数字式频率合成器的工作频率和相位的调整；

直接数字式频率合成器，由所述控制器进行控制，产生同步使能信号，其数量与所述环压电陶瓷片和瓣压电陶瓷片的数量相同；

时钟信号发生器，控制所述直接数字式频率合成器在相同的时间基准信号下工作；

功率放大模块，将所述直接数字式频率合成器的输出功率放大，其数量与所述直接数字式频率合成器的数量相同，分别与所述环压电陶瓷片和各个所述瓣压电陶瓷片连接。

7.根据权利要求6所述的超声聚焦换能器，其特征在于，所述瓣压电陶瓷片采用厚薄均匀的圆弧形结构并与所述球面外壳的半径曲率相同。

8.根据权利要求7所述的超声聚焦换能器，其特征在于，各个所述瓣压电陶瓷片的大小一致。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的超声聚焦换能器，其特征在于，所述环压电陶瓷片和各个所述瓣压电陶瓷片的相互之间不接触。

10.根据权利要求9所述的超声聚焦换能器，其特征在于，所述球面外壳采用金属材料或橡胶材料制成。