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CN1522670A - 用于为超声治疗产生超声辐射的装置 - Google Patents

用于为超声治疗产生超声辐射的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于为超声治疗产生超声辐射(U1，U2，U3)的装置，该装置包括多个彼此可独立控制的超声发射器(S1，S2，S3)，它们产生各自具有彼此不同焦点(F1，F2，F3)的超声辐射(U1，U2，U3)，每个超声发射器(S1，S2，S3)具有一个超声源(Q1，Q2，Q3)，为超声源配置了一个设置在靠近超声源发射表面的透镜(L1，L2，L3)以聚焦由其产生的超声辐射(U1，U2，U3)。

Description

用于为超声治疗产生超声辐射的装置
技术领域
本发明涉及一种用于为超声治疗产生超声辐射的装置。
背景技术
在高强度超声辐射的医疗应用中，例如在碎石术或在人工发热治疗机中，要求可以改变焦点在体内的深度位置。此外还要求焦点的形状与各自的使用条件(不结石或坏死肿瘤的尺寸)相匹配，而不必为此改变超声源相对于身体的位置或对成像部件作机械互换。
带有可变焦点的碎石器例如在德国专利申请公开说明书DE 37 39 390A1中公开。在这种公知的碎石器中，带有环形发射面的第二脉冲波源环绕带有圆形发射面的第一脉冲波源设置。一个将第一脉冲波源产生的脉冲波聚焦在第一焦点的声透镜以与第一脉冲波源相间隔的方式位于水预运行段(Wasservorlauf strecke)。此透镜被一个将第二脉冲波源发射的脉冲波聚束在第二焦点的抛物面反射器包围。第一和第二脉冲波源可以共同或彼此分别控制，从而可以产生带有不同焦点位置的脉冲波。为了将焦点产生在碎石器外以及为了得到由环形脉冲波源发射的声波的绝大部分，要求抛物面镜有一个大的轴向延伸。由于由第一脉冲波源发出的超声波沿着所有空间方向传播，且不是作为平行射线束传播，由第二脉冲波源形成的焦点的质量是不满意的。
为改变超声脉冲波的焦点的轴向位置，在欧洲专利申请公开说明书EP0 486 815 A1公开了一种所采用的聚焦装置，它由多个充满流体的间隙构成，其界面是形状灵活的，从而其外形及由此形成的性能可以通过充填量来改变。
欧洲专利申请公开说明书EP 0 421 290 A1公开了一种超声脉冲波转换器，它由多个扇形件构成，它们彼此相对的侧可以倾斜或改变其相对侧的距离。这些扇形件的每一个产生一个点状的焦点，从而在由这些扇形件分别产生的脉冲波的叠加时得到了可变的焦点区伸展。
上面最后提到的两种装置的缺点是：为改变焦点要求以机械方式改变成像几何尺寸。
作为一种替换方式，由J.Y.Chapelon等在“The Feasibility of TissueAblation using High Intensity Electronically Focussed Ultrasound”，ProceedingsIEEE Ultrasonic Symposium，1211-1214页中公开了一种环形阵列，其单个的转换器元可以相位延迟地进行控制，从而可以对焦点的深度位置进行电子调节。然而对这样一种相阵列进行控制从技术上看是昂贵的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于为超声治疗产生超声辐射的装置，它可以在保持高聚焦质量的同时方便地改变焦点位置或焦点形状。
按照本发明，解决上述技术问题的技术方案是：用于为超声治疗产生超声辐射的装置包括多个彼此可独立控制的超声发射器，它们产生各自具有彼此不同焦点(即位于不同位置和/或具有不同直径)的超声辐射，每个超声发射器具有一个超声源，为超声源配置了一个设置在靠近超声源发射表面的透镜以聚焦由其产生的超声辐射。因而，如果对每个超声发射器单独控制，则可利用每个超声发射器来产生适用于超声治疗的高焦点质量的聚焦超声辐射，因为该透镜设置在靠近超声源发射表面的地方。各自应用的超声发射器的选择仅取决于具体医疗情况对焦点性能的要求，即首先是焦点的深度位置和焦点伸展。由于多个超声发射器具有彼此不同的焦点，用同一个装置就可以满足不同的医疗要求而不必费事地采取改变结构的措施。此外，由于每个超声发射器自身产生一个可供治疗用的聚焦超声辐射，就无必要对多个超声发射器作昂贵的相延迟控制。此外，通过利用透镜来成像就可能利用具有平发射表面、从而结构简单的超声源。
尤其是，在将平凹型透镜与带有平发射表面的超声源结合使用时，优选使其平面朝向与其相配的超声源。这可以使该装置的结构紧凑，因为透镜可直接(即表面齐平地)耦合在发射表面。
在另一种优选实施方式中，属于不同超声发射器的透镜由不同的材料制成。
如果超声发射器具有一个环绕一共用中心轴旋转对称的发射面，且这些发射器各自产生一个位于此共用中心轴上的焦点，则能实现一种特别紧凑的结构。
此外，上述技术问题还可以这样来解决：即用于为超声治疗产生超声辐射的装置包括多个彼此可独立控制的超声发射器，它们产生各自具有彼此不同焦点的超声辐射，其中每个超声发射器具有一个超声源，该超声源具有一个弯曲的发射表面以聚焦由其产生的超声辐射。代替采用透镜来产生聚焦，采用了最初就具有弯曲发射表面的超声源，使得由其发出的超声波是聚焦的。
附图说明
下面结合附图所示实施方式对本发明作进一步说明。其中，
图1以示意原理图方式示出了本发明的装置；
图2示出本发明的一种替换实施方式，带有一个由具有不同声传播速度的材料组装而成的声透镜；
图3示出了一种仅可以改变焦点区形状的实施方式；
图4示出了一种包含带有一弯曲发射面的超声源的实施方式。
具体实施方式
按照图1，一种用于为超声治疗产生超声辐射U1、U2、U3的装置包括多个超声发射器S1至S3，它们环绕一共用中心轴A同轴设置，且具有环绕该轴旋转对称的发射面。每个超声发射器S1至S3包含一个带有一平面发射面的超声源Q1至Q3。位于中间的超声源Q1有一圆盘形的发射面，而位于外部的超声源Q2和Q3各有环形的发射面。为每个超声源Q1至Q3配置了一个平凹的声透镜L1至L3，其凹表面彼此具有不同的曲率半径，从而分别属于超声发射器S1至S3的焦点F1至F3在此共用中心轴A上彼此位于不同的空间位置。位于外部的透镜L2、L3是环形的，而位于中间的透镜L1由一平凹形圆盘构成。透镜L1至L3以其平表面靠近超声源Q1至Q3的方式设置，即间隔小于10cm，优选间隔范围在0.1和4cm之间。
超声发射器S1至S3可单独控制，从而根据选择的控制超声发射器(图中为S1)得到了不同的焦点深度位置(在图中超声辐射U1的焦点为F1)。如果对多个超声发射器S1至S3同时进行控制，则根据所选择的超声发射器S1至S3得到了空间位置的变化和焦点区的伸展。
在如图2的替换实施方式中，代替不同曲率半径的透镜的同轴布置，同轴设置了具有相同曲率半径凹表面的透镜M1、M2，但是构成这些透镜的材料对超声而言具有不同的传播速度，从而在这种情况下由它们产生的焦点F1和F2的空间位置也是不同的。
在如图3所示的实施方式中，同轴布置超声发射器S1和S2，为它们的超声源Q1和Q2只配置了一个平凹型透镜L。虽然采用此装置时由超声发射器S1和S2产生的超声辐射U1和U2的焦点F1和F2的深度位置是相同的，然而其伸展区(焦点直径或焦点长度)是不同的，因而通过控制超声发射器S1和S2的选择或组合可改变此伸展区。如果仅仅最中间的超声发射器S1工作，则得到的焦点F1的直径d1比外部超声发射器S2工作时的大，后者产生一个其焦点带有较小长度和较小直径d2的超声辐射U2。
为达到所希望的聚焦，原则上可以让超声源Q1至Q3自身的声发射面带有曲率半径来代替所使用的成像装置，如图4中所示意表示的那样。
此外，本发明不局限于超声发射器的同轴环形布置。其实，只要本发明包含的多个超声发射器可彼此分开控制、且各自产生具有不同性能(焦点位置、焦点长度或焦点直径)焦点的超声辐射就足够了。

Claims (8)

1.一种用于为超声治疗产生超声辐射(U1，U2，U3)的装置，包括多个彼此可独立控制的超声发射器(S1，S2，S3)，它们产生各自具有彼此不同焦点(F1，F2，F3)的超声辐射(U1，U2，U3)，其中，每个超声发射器(S1，S2，S3)具有一个超声源(Q1，Q2，Q3)，为超声源配置了一个设置在靠近超声源发射表面的透镜(L1，L2，L3)以聚焦由其产生的超声辐射(U1，U2，U3)。
2.按照权利要求1所述的装置，其中，所述为不同超声发射器(S1，S2，S3)配置的透镜(L1，L2，L3)由不同的材料构成。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其中，所述超声发射器(S1，S2，S3)的超声源(Q1，Q2，Q3)具有一个平发射面。
4.按照权利要求1所述的装置，其中，所述分别为超声源(Q1，Q2，Q3)配置的透镜(L1，L2，L3)是平凹型的，其平面分别朝向所述超声源(Q1，Q2，Q3)。
5.一种用于为超声治疗产生超声辐射(U1，U2，U3)的装置，包括多个彼此可独立控制的超声发射器(S1，S2，S3)，它们产生各自具有彼此不同焦点(F1，F2，F3)的超声辐射(U1，U2，U3)，其中，每个超声发射器(S1，S2，S3)具有一个超声源(Q1，Q2，Q3)，该超声源具有一个弯曲的发射表面以聚焦由其产生的超声辐射(U1，U2，U3)。
6.按照上述权利要求之一所述的装置，其中，所述焦点(F1，F2，F3)的直径彼此不同。
7.按照上述权利要求之一所述的装置，其中，所述焦点(F1，F2，F3)位于不同的位置。
8.按照上述权利要求之一所述的装置，其中，所述超声发射器(S1-S3)具有一个环绕一共用中心轴(A)旋转对称的发射面，且各自产生一个位于该共用中心轴(A)上的焦点(F1，F2，F3)。
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