一种用于声动力治疗的远场超声探头.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201620647916.0

申请日:

20160627

公开号:

CN205924732U

公开日:

20170208

当前法律状态:

有效性:

失效

法律详情:

IPC分类号:

A61N7/00

主分类号:

A61N7/00

申请人:

杨浩

发明人:

杨浩

地址:

710000 陕西省西安市劳动路81号

优先权:

CN201620647916U

专利代理机构:

哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司

代理人:

蔡岩岩

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内容摘要

本实用新型涉及一种用于声动力治疗的远场超声探头,属于医疗仪器技术领域。该超声探头包括超声换能器、上部超声传输腔体、电位移轴、波纹伸缩器、下部超声传输腔体、超声吸声层和超声耦合层;所述上部超声传输腔体的一端与超声换能器固定相连,另一端与波纹伸缩器的一端相连;所述波纹伸缩器的另一端与下部超声传输腔体的一端相连;所述下部超声传输腔体的另一端固定有超声耦合层;所述电位移轴分布于以波纹伸缩器为中心的四方向上;所述超声吸声层涂覆于下部超声传输腔体的内表面。该超声探头具有结构简单、易于实现、使用安全、效率高和持续性强等特点。

权利要求书

1.一种用于声动力治疗的远场超声探头,其特征在于,所述远场超声探头包括超声换能器(1)、上部超声传输腔体(2)、电位移轴(3)、波纹伸缩器(5)、下部超声传输腔体(6)、超声吸声层(7)和超声耦合层(8);所述上部超声传输腔体(2)的一端与超声换能器(1)固定相连,另一端与波纹伸缩器(5)的一端相连;所述波纹伸缩器(5)的另一端与下部超声传输腔体(6)的一端相连;所述下部超声传输腔体(6)的另一端固定有超声耦合层(8);所述电位移轴(3)通过横杆支撑方式以波纹伸缩器(5)为中心,分布在其四方向上;所述超声吸声层(7)涂覆于下部超声传输腔体(6)的内表面;所述远场超声探头还包括超声信号发生模块、水循环模块和伸缩器控制模块;所述超声信号发生模块通过超声换能器连线(9)与超声换能器(1)相连;所述水循环模块通过进水口(10)和出水口(11)分别与上部超声传输腔体(2)和下部超声传输腔体(6)相连;所述伸缩器控制模块通过电位移轴控制器连线(4)与电位移轴(3)相连。 2.根据权利要求1所述远场超声探头,其特征在于,所述超声换能器(1)由圆形压电材料为核心构成,并通过法兰与上部超声传输腔体(2)的一端相连;所述超声换能器(1)上设有超声换能器连线(9)。 3.根据权利要求1所述远场超声探头,其特征在于,所述上部超声传输腔体(2)采用有机玻璃圆管,并在上部超声传输腔体(2)中部设有进水口(10)。 4.根据权利要求1所述远场超声探头,其特征在于,所述下部超声传输腔体(6)采用有机玻璃管,并且在下部超声传输腔体(6)靠近超声耦合层(8)一侧设有出水口(11)。 5.根据权利要求1所述远场超声探头,其特征在于,所述电位移轴(3)的个数为四个,并且在其中一个电位移轴(3)上设有电位移轴控制器连线(4)。 6.根据权利要求1所述远场超声探头,其特征在于,所述波纹伸缩器(5)的两端分别以套管方式与上部超声传输腔体(2)和下部超声传输腔体(6)相连。 7.根据权利要求1所述远场超声探头,其特征在于,所述超声吸声层(7)采用JB型环氧树脂基复合结构,其材料声特性阻抗为2.55MPa·s/m,声衰减系数为16.5dB/cm。 8.根据权利要求7所述远场超声探头,其特征在于,所述超声信号发生模块包括信号发生模块和功率放大模块;所述信号发生模块用于产生用于声动力治疗不同频率的电信号,同时控制所述电信号的占空比;所述功率放大模块用于将信号发生模块发出的电信号进行功率放大并调节信号强度,输出给所述超声换能器(1),使超声换能器发出特定频率和强度的超声。 9.根据权利要求7所述远场超声探头,其特征在于,所述水循环模块包括水箱和水泵;所述水箱采用小型盛水容器,用于确保波纹伸缩器(5)在伸缩过程中超声传输腔体内注满水;所述水泵用于超声传输腔体进行有效水循环。 10.根据权利要求7所述远场超声探头,其特征在于,所述伸缩器控制模块包括电位移控制器和计算机;所述电位移控制器用于控制电位移轴(3)同步精确转动,从而使波纹伸缩器(5)精确纵向伸缩;所述计算机根据超声换能器(1)参数计算超声频率及声场焦点位置,传输程序至电位移控制器,控制波纹伸缩器(5)纵向伸缩。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于声动力治疗的远场超声探头,属于医疗仪器技术领域。

背景技术

心血管疾病是导致人类死亡的首要病因,而动脉粥样硬化是其根源。搭桥和支架治疗技术创伤大、且还有很多出现术后再狭窄。基于超声激发的声动力已被初步证实是一种无创治疗动脉粥样硬化的新方法,声动力疗法利用超声波对生物组织有较强的穿透能力,尤其是聚焦超声能无创伤地将声能聚焦于深部组织,并激活一些声敏药物(如血卟啉)产生抗肿瘤效应。由于世界上患有动脉粥样硬化的病人达十几个亿,而声动力治疗方法简单,花销低,因此,声动力方法一旦引入临床应用将会有很大市场,可以创造出巨大的经济效益。

用于声动力治疗的超声探头的核心部件为超声换能器,通过压电陶瓷晶片将电信号转换为相同频率的超声信号,然后通过超声波实现激发治疗药物的功能。在声动力治疗过程中,超声声场强度是一个非常重要的治疗参数。声场过强,可能引起药物分子或细胞坏死,促成局部炎症使病情加重;声场过弱,则疗效不显著或需要的治疗时间过长。另一方面,靠近超声换能器表面处的超声信号为近场信号,近场区声强度有剧烈的起伏变化,存在着许多声强度为极小值的节点。这些节点可引起不希望有的盲点,对治疗药物进行精确量化可控作用不足,无法明确声动力治疗效果、建立精确超声剂量治疗效果数据间关系,在远场区声强度变化趋于平稳,所以需要研制超声远场作用探头,以实现提高声动力治疗装置的可靠性。

实用新型内容

本实用新型为解决上述现有技术中存在的技术问题,提出了一种用于声动力治疗的远场超声探头,可用于粥样动脉硬化、心血管及肿瘤等疾病的生动力治疗,所采取的技术方案如下:

所述远场超声探头包括超声换能器1、上部超声传输腔体2、电位移轴3、波纹伸缩器5、下部超声传输腔体6、超声吸声层7和超声耦合层8;所述上部超声传输腔体2的一端与超声换能器1固定相连,另一端与波纹伸缩器5的一端相连;所述波纹伸缩器5的另一端与下部超声传输腔体6的一端相连;所述下部超声传输腔体6的另一端固定有超声耦合层8;所述电位移轴3通过横杆支撑方式以波纹伸缩器5为中心,分布在其四方向上;所述超声吸声层7涂覆于下部超声传输腔体6的内表面;所述远场超声探头还包括超声信号发生模块、水循环模块和伸缩器控制模块;所述超声信号发生模块通过超声换能器连线9与超声换能器1相连;所述水循环模块通过进水口10和出水口11分别与上部超声传输腔体2和下部超声传输腔体6相连;所述伸缩器控制模块通过电位移轴控制器连线4与电位移轴3相连。

优选地,所述超声换能器1由圆形压电材料为核心构成,并通过法兰与上部超声传输腔体2的一端相连;所述超声换能器1上设有超声换能器连线9。

优选地,所述上部超声传输腔体2采用有机玻璃圆管,并在上部超声传输腔体2中部设有进水口10。

优选地,所述下部超声传输腔体6采用有机玻璃管,并且在下部超声传输腔体6靠近超声耦合层8一侧设有出水口11。

优选地,所述电位移轴3的个数为四个,并且在其中一个电位移轴3上设有电位移轴控制器连线4。

优选地,所述波纹伸缩器5的两端分别以套管方式与上部超声传输腔体2和下部超声传输腔体6相连。

优选地,所述超声吸声层7采用JB型环氧树脂基复合结构,其材料声特性阻抗为2.55MPa·s/m,声衰减系数为16.5dB/cm。

优选地,所述超声信号发生模块包括信号发生模块和功率放大模块;所述信号发生模块用于产生用于声动力治疗不同频率的电信号,同时控制所述电信号的占空比;所述功率放大模块用于将信号发生模块发出的电信号进行功率放大并调节信号强度,输出给所述超声换能器1,使超声换能器发出特定频率和强度的超声。

优选地,所述水循环模块包括水箱和水泵;所述水箱采用小型盛水容器,用于确保波纹伸缩器5在伸缩过程中超声传输腔体内注满水;所述水泵用于超声传输腔体进行有效水循环。

优选地,所述伸缩器控制模块包括电位移控制器和计算机;所述电位移控制器用于控制电位移轴3同步精确转动,从而使波纹伸缩器5精确纵向伸缩;所述计算机根据超声换能器1参数计算超声频率及声场焦点位置,传输程序至电位移控制器,控制波纹伸缩器5纵向伸缩

本实用新型的有益效果:

本使用新型提供一种用于声动力治疗的远场超声探头,能够克服现有声动力治疗中超声换能器近场的声场强度不均匀,无法对治疗药物进行精确量化可控作用的不足,可提高声动力治疗效果、建立精确超声剂量治疗效果数据间关系,实现提高声动力治疗装置的可靠性,本实用新型提出的声动力治疗的远场超声探头结构简单、易于实现、使用安全、效率高、持续性强,对声动力治疗领域有很高的工程应用价值,在其他一些生物工程领域也具有广泛的应用价值。

附图说明

图1为实用新型所述远场超声探头的结构示意图。

图2为实用新型所述远场超声探头原理示意框图。

图3为超声波近场和远场场强及超声分布示意图。

(1,超声换能器;2,上部超声传输腔体;3,电位移轴;4,电位移轴控制器连线;5,波纹伸缩器;6,下部超声传输腔体;7,超声吸声层;8,超声耦合层;9,超声换能器连线;10,进水口;11,出水口)

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明,但本实用新型不受实施例的限制。

在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接连接,亦可以是通过中间媒介间接连接,可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外,在本实用新型的描述中,除非另有说明,“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。

以下实施方式中所用材料、仪器和方法,未经特殊说明,均为本领域常规材料、仪器和方法,均可通过商业渠道获得。

一种用于声动力治疗的远场超声探头,该超声探头包括超声换能器1、上部超声传输腔体2、电位移轴3、电位移轴控制器连线4、波纹伸缩器5、下部超声传输腔体6、超声吸声层7、超声耦合层8、超声换能器控制器连线9、进水口10、出水口11。超声换能器1由圆形压电材料为核心构成,可发出用于声动力治疗不同频率和强度超声波,可用法兰与所述上部超声传输腔体2固定。

上部超声传输腔体2、波纹伸缩器5和下部超声传输腔体6整体构成超声传输腔体。其中,上部超声传输腔体2采用有机玻璃圆管,一侧与超声换能器1连接,另一侧采用套管形式与波纹伸缩器5的一端连接,在该腔体中部设有进水口,其中,根据频率和强度的需要可更换超声换能器1。

波纹伸缩器5分别与所述上部超声传输腔体2及下部超声传输腔体6通过套管形式连接,该波纹伸缩器5可补偿纵向位移,通过伸缩实现超声传输腔体总长度的调节,其伸缩尺度由分布在四个方向的电位移轴3决定。

下部超声传输腔体6材料为有机玻璃管,一侧以套管形式与波纹伸缩器5的一端连接,另一侧固定有超声耦合层8,该超声耦合层8可直接接触治疗部位。在靠近超声耦合层8处设有出水口11。下部超声传输腔体内侧表面涂覆有超声吸声层7。

电位移轴3通过横向支杆支撑,以波纹伸缩器5为中心分布在其四个方向顶点上,由同一台电位移控制器精确程序控制,保证伸缩长度一致。超声吸声层7为JB型环氧树脂基复合结构,该吸声层可吸收辐射到下部超声传输腔体6内表面的超声,防止超声换能器1发射出的发散型超声波界面反射破坏均匀远场。

同时,该远场超声探头的超声换能器1通过超声换能器控制器连线9与超声信号发生模块连接,并由超声信号发生模块驱动,该模块包括信号发生模块和功率放大模块。其中,信号发生模块:负责产生用于声动力治疗不同频率的电信号,同时可控制该电信号的占空比。功率放大模块:负责将信号发生模块发出的电信号进行功率放大并调节信号强度,输出给所述超声换能器1,使得超声换能器发出特定频率和强度的超声。

电位移轴3通过电位移轴控制器连线4与伸缩器控制模块连接,并由伸缩器控制模块控制,该模块包括电位移控制器和计算机。其中,电位移控制器:同时控制电位移轴同步精确转动,从而使波纹伸缩器5精确纵向伸缩。计算机:可根据超声换能器1参数计算超声频率及声场焦点位置,从而传输程序至电位移控制器,控制波纹伸缩器5纵向伸缩,确保超声耦合层处在远场位置。

上部超声传输腔体2与下部超声传输腔体6分别通过进水口和出水口与水循环模块连接。水循环模块包括水箱和水泵。其中,水箱:小型盛水容器,确保波纹伸缩器5在伸缩过程中超声传输腔体内注满水,所使用水为除泡水,避免超声波在水中传播产生空化气泡,影响超声均匀传输。水泵:确保超声传输腔体进行有效水循环,一方面使腔体始终注满水,另一方面通过水循环对超声换能器起到散热作用。

实施例1:

图1为本实用新型所述远场超声探头的结构示意图;如图1所示,该超声探头包括超声换能器1、上部超声传输腔体2、电位移轴3、电位移轴控制器连线4、波纹伸缩器5、下部超声传输腔体6、超声吸声层7、超声耦合层8、超声换能器控制器连线9、进水口10、出水口11。超声换能器1、上部超声传输腔体2、电位移轴3、波纹伸缩器5、下部超声传输腔体6、超声吸声层7和超声耦合层8;所述上部超声传输腔体2的一端与超声换能器1固定相连,另一端与波纹伸缩器5的一端相连;所述波纹伸缩器5的另一端与下部超声传输腔体6的一端相连;所述下部超声传输腔体6的另一端固定有超声耦合层8;所述电位移轴3分布于以波纹伸缩器5为中心的四方向上;所述超声吸声层7涂覆于下部超声传输腔体6的内表面。超声换能器1由圆形压电材料为核心构成,可发出用于声动力治疗不同频率和强度超声波,可用法兰与所述上部超声传输腔体2固定。

上部超声传输腔体2、波纹伸缩器5和下部超声传输腔体6整体构成超声传输腔体。其中,上部超声传输腔体2采用有机玻璃圆管,一侧与超声换能器1连接,另一侧采用套管形式与波纹伸缩器5的一端连接,在该腔体中部设有进水口,其中,根据频率和强度的需要可更换超声换能器1。

波纹伸缩器5分别与所述上部超声传输腔体2及下部超声传输腔体6通过套管形式连接,该波纹伸缩器5的伸缩尺度由分布在四个方向的电位移轴3决定。

下部超声传输腔体6材料为有机玻璃管,一侧以套管形式与波纹伸缩器5的一端连接,另一侧固定有超声耦合层8,该超声耦合层8可直接接触治疗部位。在靠近超声耦合层8处设有出水口11。下部超声传输腔体内侧表面涂覆有超声吸声层7。

电位移轴3通过横向支杆支撑,以波纹伸缩器5为中心分布在其四个方向顶点上,由同一台电位移控制器精确程序控制,保证伸缩长度一致。超声吸声层7为JB型环氧树脂基复合结构,其材料声特性阻抗为2.55MPa·s/m,声衰减系数为16.5dB/cm,该吸声层可吸收辐射到下部超声传输腔体6内表面的超声,防止超声波反射破坏均匀声场。

同时,该远场超声探头的超声换能器1通过超声换能器控制器连线9与超声信号发生模块连接,并由超声信号发生模块驱动,该模块包括信号发生模块和功率放大模块。其中,信号发生模块:负责产生用于声动力治疗不同频率的电信号,同时可控制该电信号的占空比。功率放大模块:负责将信号发生模块发出的电信号进行功率放大并调节信号强度,输出给所述超声换能器1,使得超声换能器发出特定频率和强度的超声。

电位移轴3通过电位移轴控制器连线4与伸缩器控制模块连接,并由伸缩器控制模块控制,该模块包括电位移控制器和计算机。其中,电位移控制器:同时控制电位移轴同步精确转动,从而使波纹伸缩器5精确纵向伸缩。计算机:可根据超声换能器1参数计算超声频率及声场焦点位置,从而传输程序至电位移控制器,控制波纹伸缩器5纵向伸缩,确保超声耦合层处在远场位置。

上部超声传输腔体2与下部超声传输腔体6分别通过进水口和出水口与水循环模块连接。水循环模块包括水箱和水泵。其中,水箱:小型盛水容器,确保波纹伸缩器5在伸缩过程中超声传输腔体内注满水,所使用水为除泡水,避免超声波在水中传播产生空化气泡,影响超声均匀传输。水泵:确保超声传输腔体进行有效水循环,一方面使腔体始终注满水,另一方面通过水循环对超声换能器起到散热作用。

图2为本实用新型所述远场超声探头原理示意框图。如图2所示,超声信号发生模块持续对超声换能器1提供特定频率、占空比及一定功率的周期性电信号,通过超声换能器1的电声转换发射出具有特定频率、占空比及一定声强的超声并形成连续声场,靠近超声换能器1为超声近场,近场区声强度有剧烈的起伏变化,存在着许多声强度为极小值的节点。这些节点可引起不希望有的盲点。在远场区声强都变化趋于平稳,单随着距离的增加,声强逐渐减弱。超声先经过上部超声传输腔体2及波纹伸缩器5,然后进入下部超声传输腔体6。根据不同超声换能器所形成焦点位置不同,调节波纹伸缩器5纵向长度,可确保下部超声传输腔体6内的超声声场始终为远场,以确保超声耦合层8出为远场并具有均匀声场。其中波纹伸缩器5长度由固定在其四周的四个电位移轴3转动控制,电位移轴由图2中伸缩器控制模块控制,伸缩器控制模块采集超声换能器1参数计算超声频率及声场焦点位置,从而传输程序至电位移控制器,控制波纹伸缩器5纵向伸缩,调节超声耦合层8距离超声换能器1位置,确保超声耦合层8处在远场位置。在设备工作中,图2中水循环模块始终处于工作状态,以确保波纹伸缩器5在伸缩过程中超声传输腔体内注满水,其中水循环过程所使用水为除泡水,避免超声波在水中传播产生空化气泡,影响超声均匀传输。而水循环对超声换能器1也起到散热作用。治疗时可在需要超声辐照位置皮肤表面涂覆医用超声耦合剂,使用本实用新型超声探头直接通过耦合剂接触皮肤进行声动力治疗。

图3为超声波近场和远场场强及超声分布示意图。如图3所示,对于平面圆片换能器,在无吸收的介质中其波束形状有两个不同的区域即圆柱形区和发散区或称为近场区和远场区。近场区的长度与换能器内陶瓷圆片直径及超声频率有关,在远场区,声场发散角同样与换能器内陶瓷圆片直径及超声频率有关,减小陶瓷片直径可缩短近场长度并加宽了远场波束,增加频率即减小波长时,加长了近场区,同时减少了发散角,可获得较窄的波束。

本实施例中选取声动力治疗时使用的频率为1MHz,换能器内陶瓷圆片直径为4cm,发出超声在水中传播时,近场区长度约为27cm。此时,针对该换能器和治疗所使用的超声频率,通过调节波纹伸缩器5的长度,使得超声耦合层8处在距离超声换能器1表面大于27cm的远场位置。

实施例2

实施例2与实施例1的不同之处在于,使用的频率为1.5MHz,换能器内陶瓷圆片直径为3.5cm,发出超声在水中传播时,近场区长度约为31cm。此时,针对该换能器和治疗所使用的超声频率,通过调节波纹伸缩器5的长度,使得超声耦合层8处在距离超声换能器1表面大于31cm的远场位置。其他部件组成及各部件之间的连接方式与实施例1相同。

实施例3

实施例3与实施例2的不同之处在于,实施例3提供了不同换能器陶瓷圆片直径和频率的超声远场长度之间的关系,具体图表1所示。

表1不同换能器陶瓷圆片直径和频率的超声远场长度(单位:cm)

在远场区声强的变化趋于平稳,但随着距离的增加,声强逐渐减弱。此时可通过调节波纹伸缩器5的长度,使得超声耦合层8取到远场区较强声场处。

其他部件组成及各部件之间的连接方式与实施例2相同。

虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上,但其并非用以限定本实用新型,任何熟悉此技术的人,在不脱离本实用新型的精神和范围内,都可以做各种改动和修饰,因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201620647916.0 (22)申请日 2016.06.27 (73)专利权人 杨浩 地址 710000 陕西省西安市劳动路81号 (72)发明人 杨浩 (74)专利代理机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权 代理有限公司 23211 代理人 蔡岩岩 (51)Int.Cl. A61N 7/00(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种用于声动力治疗的远场超声探头 (57)摘要 本实用新型涉及一种用于声动力治疗的远 场超声探头, 属于医。

2、疗仪器技术领域。 该超声探 头包括超声换能器、 上部超声传输腔体、 电位移 轴、 波纹伸缩器、 下部超声传输腔体、 超声吸声层 和超声耦合层; 所述上部超声传输腔体的一端与 超声换能器固定相连, 另一端与波纹伸缩器的一 端相连; 所述波纹伸缩器的另一端与下部超声传 输腔体的一端相连; 所述下部超声传输腔体的另 一端固定有超声耦合层; 所述电位移轴分布于以 波纹伸缩器为中心的四方向上; 所述超声吸声层 涂覆于下部超声传输腔体的内表面。 该超声探头 具有结构简单、 易于实现、 使用安全、 效率高和持 续性强等特点。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 205924732 U 2017.02。

3、.08 CN 205924732 U 1.一种用于声动力治疗的远场超声探头, 其特征在于, 所述远场超声探头包括超声换 能器(1)、 上部超声传输腔体(2)、 电位移轴(3)、 波纹伸缩器(5)、 下部超声传输腔体(6)、 超 声吸声层(7)和超声耦合层(8); 所述上部超声传输腔体(2)的一端与超声换能器(1)固定相 连, 另一端与波纹伸缩器(5)的一端相连; 所述波纹伸缩器(5)的另一端与下部超声传输腔 体(6)的一端相连; 所述下部超声传输腔体(6)的另一端固定有超声耦合层(8); 所述电位移 轴(3)通过横杆支撑方式以波纹伸缩器(5)为中心, 分布在其四方向上; 所述超声吸声层(7) 。

4、涂覆于下部超声传输腔体(6)的内表面; 所述远场超声探头还包括超声信号发生模块、 水循环模块和伸缩器控制模块; 所述超 声信号发生模块通过超声换能器连线(9)与超声换能器(1)相连; 所述水循环模块通过进水 口(10)和出水口(11)分别与上部超声传输腔体(2)和下部超声传输腔体(6)相连; 所述伸缩 器控制模块通过电位移轴控制器连线(4)与电位移轴(3)相连。 2.根据权利要求1所述远场超声探头, 其特征在于, 所述超声换能器(1)由圆形压电材 料为核心构成, 并通过法兰与上部超声传输腔体(2)的一端相连; 所述超声换能器(1)上设 有超声换能器连线(9)。 3.根据权利要求1所述远场超声探。

5、头, 其特征在于, 所述上部超声传输腔体(2)采用有 机玻璃圆管, 并在上部超声传输腔体(2)中部设有进水口(10)。 4.根据权利要求1所述远场超声探头, 其特征在于, 所述下部超声传输腔体(6)采用有 机玻璃管, 并且在下部超声传输腔体(6)靠近超声耦合层(8)一侧设有出水口(11)。 5.根据权利要求1所述远场超声探头, 其特征在于, 所述电位移轴(3)的个数为四个, 并 且在其中一个电位移轴(3)上设有电位移轴控制器连线(4)。 6.根据权利要求1所述远场超声探头, 其特征在于, 所述波纹伸缩器(5)的两端分别以 套管方式与上部超声传输腔体(2)和下部超声传输腔体(6)相连。 7.根据。

6、权利要求1所述远场超声探头, 其特征在于, 所述超声吸声层(7)采用JB型环氧 树脂基复合结构, 其材料声特性阻抗为2.55MPas/m, 声衰减系数为16.5dB/cm。 8.根据权利要求7所述远场超声探头, 其特征在于, 所述超声信号发生模块包括信号发 生模块和功率放大模块; 所述信号发生模块用于产生用于声动力治疗不同频率的电信号, 同时控制所述电信号的占空比; 所述功率放大模块用于将信号发生模块发出的电信号进行 功率放大并调节信号强度, 输出给所述超声换能器(1), 使超声换能器发出特定频率和强度 的超声。 9.根据权利要求7所述远场超声探头, 其特征在于, 所述水循环模块包括水箱和水泵。

7、; 所述水箱采用小型盛水容器, 用于确保波纹伸缩器(5)在伸缩过程中超声传输腔体内注满 水; 所述水泵用于超声传输腔体进行有效水循环。 10.根据权利要求7所述远场超声探头, 其特征在于, 所述伸缩器控制模块包括电位移 控制器和计算机; 所述电位移控制器用于控制电位移轴(3)同步精确转动, 从而使波纹伸缩 器(5)精确纵向伸缩; 所述计算机根据超声换能器(1)参数计算超声频率及声场焦点位置, 传输程序至电位移控制器, 控制波纹伸缩器(5)纵向伸缩。 权利要求书 1/1 页 2 CN 205924732 U 2 一种用于声动力治疗的远场超声探头 技术领域 0001 本实用新型涉及一种用于声动力治。

8、疗的远场超声探头, 属于医疗仪器技术领域。 背景技术 0002 心血管疾病是导致人类死亡的首要病因, 而动脉粥样硬化是其根源。 搭桥和支架 治疗技术创伤大、 且还有很多出现术后再狭窄。 基于超声激发的声动力已被初步证实是一 种无创治疗动脉粥样硬化的新方法, 声动力疗法利用超声波对生物组织有较强的穿透能 力, 尤其是聚焦超声能无创伤地将声能聚焦于深部组织, 并激活一些声敏药物(如血卟啉) 产生抗肿瘤效应。 由于世界上患有动脉粥样硬化的病人达十几个亿, 而声动力治疗方法简 单, 花销低, 因此, 声动力方法一旦引入临床应用将会有很大市场, 可以创造出巨大的经济 效益。 0003 用于声动力治疗的超。

9、声探头的核心部件为超声换能器, 通过压电陶瓷晶片将电信 号转换为相同频率的超声信号, 然后通过超声波实现激发治疗药物的功能。 在声动力治疗 过程中, 超声声场强度是一个非常重要的治疗参数。 声场过强, 可能引起药物分子或细胞坏 死, 促成局部炎症使病情加重; 声场过弱, 则疗效不显著或需要的治疗时间过长。 另一方面, 靠近超声换能器表面处的超声信号为近场信号, 近场区声强度有剧烈的起伏变化, 存在着 许多声强度为极小值的节点。 这些节点可引起不希望有的盲点, 对治疗药物进行精确量化 可控作用不足, 无法明确声动力治疗效果、 建立精确超声剂量治疗效果数据间关系, 在远场 区声强度变化趋于平稳, 。

10、所以需要研制超声远场作用探头, 以实现提高声动力治疗装置的 可靠性。 实用新型内容 0004 本实用新型为解决上述现有技术中存在的技术问题, 提出了一种用于声动力治疗 的远场超声探头, 可用于粥样动脉硬化、 心血管及肿瘤等疾病的生动力治疗, 所采取的技术 方案如下: 0005 所述远场超声探头包括超声换能器1、 上部超声传输腔体2、 电位移轴3、 波纹伸缩 器5、 下部超声传输腔体6、 超声吸声层7和超声耦合层8; 所述上部超声传输腔体2的一端与 超声换能器1固定相连, 另一端与波纹伸缩器5的一端相连; 所述波纹伸缩器5的另一端与下 部超声传输腔体6的一端相连; 所述下部超声传输腔体6的另一端。

11、固定有超声耦合层8; 所述 电位移轴3通过横杆支撑方式以波纹伸缩器5为中心, 分布在其四方向上; 所述超声吸声层7 涂覆于下部超声传输腔体6的内表面; 所述远场超声探头还包括超声信号发生模块、 水循环 模块和伸缩器控制模块; 所述超声信号发生模块通过超声换能器连线9与超声换能器1相 连; 所述水循环模块通过进水口10和出水口11分别与上部超声传输腔体2和下部超声传输 腔体6相连; 所述伸缩器控制模块通过电位移轴控制器连线4与电位移轴3相连。 0006 优选地, 所述超声换能器1由圆形压电材料为核心构成, 并通过法兰与上部超声传 输腔体2的一端相连; 所述超声换能器1上设有超声换能器连线9。 说。

12、明书 1/6 页 3 CN 205924732 U 3 0007 优选地, 所述上部超声传输腔体2采用有机玻璃圆管, 并在上部超声传输腔体2中 部设有进水口10。 0008 优选地, 所述下部超声传输腔体6采用有机玻璃管, 并且在下部超声传输腔体6靠 近超声耦合层8一侧设有出水口11。 0009 优选地, 所述电位移轴3的个数为四个, 并且在其中一个电位移轴3上设有电位移 轴控制器连线4。 0010 优选地, 所述波纹伸缩器5的两端分别以套管方式与上部超声传输腔体2和下部超 声传输腔体6相连。 0011 优选地, 所述超声吸声层7采用JB型环氧树脂基复合结构, 其材料声特性阻抗为 2.55MP。

13、as/m, 声衰减系数为16.5dB/cm。 0012 优选地, 所述超声信号发生模块包括信号发生模块和功率放大模块; 所述信号发 生模块用于产生用于声动力治疗不同频率的电信号, 同时控制所述电信号的占空比; 所述 功率放大模块用于将信号发生模块发出的电信号进行功率放大并调节信号强度, 输出给所 述超声换能器1, 使超声换能器发出特定频率和强度的超声。 0013 优选地, 所述水循环模块包括水箱和水泵; 所述水箱采用小型盛水容器, 用于确保 波纹伸缩器5在伸缩过程中超声传输腔体内注满水; 所述水泵用于超声传输腔体进行有效 水循环。 0014 优选地, 所述伸缩器控制模块包括电位移控制器和计算机。

14、; 所述电位移控制器用 于控制电位移轴3同步精确转动, 从而使波纹伸缩器5精确纵向伸缩; 所述计算机根据超声 换能器1参数计算超声频率及声场焦点位置, 传输程序至电位移控制器, 控制波纹伸缩器5 纵向伸缩 0015 本实用新型的有益效果: 0016 本使用新型提供一种用于声动力治疗的远场超声探头, 能够克服现有声动力治疗 中超声换能器近场的声场强度不均匀, 无法对治疗药物进行精确量化可控作用的不足, 可 提高声动力治疗效果、 建立精确超声剂量治疗效果数据间关系, 实现提高声动力治疗装置 的可靠性, 本实用新型提出的声动力治疗的远场超声探头结构简单、 易于实现、 使用安全、 效率高、 持续性强,。

15、 对声动力治疗领域有很高的工程应用价值, 在其他一些生物工程领域也 具有广泛的应用价值。 附图说明 0017 图1为实用新型所述远场超声探头的结构示意图。 0018 图2为实用新型所述远场超声探头原理示意框图。 0019 图3为超声波近场和远场场强及超声分布示意图。 0020 (1, 超声换能器; 2, 上部超声传输腔体; 3, 电位移轴; 4, 电位移轴控制器连线; 5, 波 纹伸缩器; 6, 下部超声传输腔体; 7, 超声吸声层; 8, 超声耦合层; 9, 超声换能器连线; 10, 进 水口; 11, 出水口) 具体实施方式 0021 下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明, 但本实用。

16、新型不受实施例的限 说明书 2/6 页 4 CN 205924732 U 4 制。 0022 在本实用新型的描述中, 需要说明的是, 术语 “中心” 、“纵向” 、“横向” 、“上” 、“下” 、 “前” 、“后” 、“左” 、“右” 、“顶” 、“底” 、“内” 、“外” 和 “竖着” 等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系, 仅是为了便于描述本实用新型和简化描述, 而不是指示或暗示 所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作, 因此不能理解为对本 实用新型的限制。 0023 在本实用新型的描述中, 需要说明的是, 除非另有明确规定和限定, 术语 “安装” 。

17、、 “相连” 、“连接” 应做广义理解, 例如, 可以是固定连接, 也可以是可拆卸连接, 或一体地连 接; 可以是直接连接, 亦可以是通过中间媒介间接连接, 可以是两个部件内部的连通。 对于 本领域的普通技术人员而言, 可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。 0024 此外, 在本实用新型的描述中, 除非另有说明,“多个” 、“多组” 、“多根” 的含义是两 个或两个以上。 0025 以下实施方式中所用材料、 仪器和方法, 未经特殊说明, 均为本领域常规材料、 仪 器和方法, 均可通过商业渠道获得。 0026 一种用于声动力治疗的远场超声探头, 该超声探头包括超声换能器1、 上部超。

18、声传 输腔体2、 电位移轴3、 电位移轴控制器连线4、 波纹伸缩器5、 下部超声传输腔体6、 超声吸声 层7、 超声耦合层8、 超声换能器控制器连线9、 进水口10、 出水口11。 超声换能器1由圆形压电 材料为核心构成, 可发出用于声动力治疗不同频率和强度超声波, 可用法兰与所述上部超 声传输腔体2固定。 0027 上部超声传输腔体2、 波纹伸缩器5和下部超声传输腔体6整体构成超声传输腔体。 其中, 上部超声传输腔体2采用有机玻璃圆管, 一侧与超声换能器1连接, 另一侧采用套管形 式与波纹伸缩器5的一端连接, 在该腔体中部设有进水口, 其中, 根据频率和强度的需要可 更换超声换能器1。 00。

19、28 波纹伸缩器5分别与所述上部超声传输腔体2及下部超声传输腔体6通过套管形式 连接, 该波纹伸缩器5可补偿纵向位移, 通过伸缩实现超声传输腔体总长度的调节, 其伸缩 尺度由分布在四个方向的电位移轴3决定。 0029 下部超声传输腔体6材料为有机玻璃管, 一侧以套管形式与波纹伸缩器5的一端连 接, 另一侧固定有超声耦合层8, 该超声耦合层8可直接接触治疗部位。 在靠近超声耦合层8 处设有出水口11。 下部超声传输腔体内侧表面涂覆有超声吸声层7。 0030 电位移轴3通过横向支杆支撑, 以波纹伸缩器5为中心分布在其四个方向顶点上, 由同一台电位移控制器精确程序控制, 保证伸缩长度一致。 超声吸声。

20、层7为JB型环氧树脂基 复合结构, 该吸声层可吸收辐射到下部超声传输腔体6内表面的超声, 防止超声换能器1发 射出的发散型超声波界面反射破坏均匀远场。 0031 同时, 该远场超声探头的超声换能器1通过超声换能器控制器连线9与超声信号发 生模块连接, 并由超声信号发生模块驱动, 该模块包括信号发生模块和功率放大模块。 其 中, 信号发生模块: 负责产生用于声动力治疗不同频率的电信号, 同时可控制该电信号的占 空比。 功率放大模块: 负责将信号发生模块发出的电信号进行功率放大并调节信号强度, 输 出给所述超声换能器1, 使得超声换能器发出特定频率和强度的超声。 0032 电位移轴3通过电位移轴控。

21、制器连线4与伸缩器控制模块连接, 并由伸缩器控制模 说明书 3/6 页 5 CN 205924732 U 5 块控制, 该模块包括电位移控制器和计算机。 其中, 电位移控制器: 同时控制电位移轴同步 精确转动, 从而使波纹伸缩器5精确纵向伸缩。 计算机: 可根据超声换能器1参数计算超声频 率及声场焦点位置, 从而传输程序至电位移控制器, 控制波纹伸缩器5纵向伸缩, 确保超声 耦合层处在远场位置。 0033 上部超声传输腔体2与下部超声传输腔体6分别通过进水口和出水口与水循环模 块连接。 水循环模块包括水箱和水泵。 其中, 水箱: 小型盛水容器, 确保波纹伸缩器5在伸缩 过程中超声传输腔体内注满。

22、水, 所使用水为除泡水, 避免超声波在水中传播产生空化气泡, 影响超声均匀传输。 水泵: 确保超声传输腔体进行有效水循环, 一方面使腔体始终注满水, 另一方面通过水循环对超声换能器起到散热作用。 0034 实施例1: 0035 图1为本实用新型所述远场超声探头的结构示意图; 如图1所示, 该超声探头包括 超声换能器1、 上部超声传输腔体2、 电位移轴3、 电位移轴控制器连线4、 波纹伸缩器5、 下部 超声传输腔体6、 超声吸声层7、 超声耦合层8、 超声换能器控制器连线9、 进水口10、 出水口 11。 超声换能器1、 上部超声传输腔体2、 电位移轴3、 波纹伸缩器5、 下部超声传输腔体6、 。

23、超声 吸声层7和超声耦合层8; 所述上部超声传输腔体2的一端与超声换能器1固定相连, 另一端 与波纹伸缩器5的一端相连; 所述波纹伸缩器5的另一端与下部超声传输腔体6的一端相连; 所述下部超声传输腔体6的另一端固定有超声耦合层8; 所述电位移轴3分布于以波纹伸缩 器5为中心的四方向上; 所述超声吸声层7涂覆于下部超声传输腔体6的内表面。 超声换能器 1由圆形压电材料为核心构成, 可发出用于声动力治疗不同频率和强度超声波, 可用法兰与 所述上部超声传输腔体2固定。 0036 上部超声传输腔体2、 波纹伸缩器5和下部超声传输腔体6整体构成超声传输腔体。 其中, 上部超声传输腔体2采用有机玻璃圆管,。

24、 一侧与超声换能器1连接, 另一侧采用套管形 式与波纹伸缩器5的一端连接, 在该腔体中部设有进水口, 其中, 根据频率和强度的需要可 更换超声换能器1。 0037 波纹伸缩器5分别与所述上部超声传输腔体2及下部超声传输腔体6通过套管形式 连接, 该波纹伸缩器5的伸缩尺度由分布在四个方向的电位移轴3决定。 0038 下部超声传输腔体6材料为有机玻璃管, 一侧以套管形式与波纹伸缩器5的一端连 接, 另一侧固定有超声耦合层8, 该超声耦合层8可直接接触治疗部位。 在靠近超声耦合层8 处设有出水口11。 下部超声传输腔体内侧表面涂覆有超声吸声层7。 0039 电位移轴3通过横向支杆支撑, 以波纹伸缩器。

25、5为中心分布在其四个方向顶点上, 由同一台电位移控制器精确程序控制, 保证伸缩长度一致。 超声吸声层7为JB型环氧树脂基 复合结构, 其材料声特性阻抗为2.55MPas/m, 声衰减系数为16.5dB/cm, 该吸声层可吸收 辐射到下部超声传输腔体6内表面的超声, 防止超声波反射破坏均匀声场。 0040 同时, 该远场超声探头的超声换能器1通过超声换能器控制器连线9与超声信号发 生模块连接, 并由超声信号发生模块驱动, 该模块包括信号发生模块和功率放大模块。 其 中, 信号发生模块: 负责产生用于声动力治疗不同频率的电信号, 同时可控制该电信号的占 空比。 功率放大模块: 负责将信号发生模块发。

26、出的电信号进行功率放大并调节信号强度, 输 出给所述超声换能器1, 使得超声换能器发出特定频率和强度的超声。 0041 电位移轴3通过电位移轴控制器连线4与伸缩器控制模块连接, 并由伸缩器控制模 说明书 4/6 页 6 CN 205924732 U 6 块控制, 该模块包括电位移控制器和计算机。 其中, 电位移控制器: 同时控制电位移轴同步 精确转动, 从而使波纹伸缩器5精确纵向伸缩。 计算机: 可根据超声换能器1参数计算超声频 率及声场焦点位置, 从而传输程序至电位移控制器, 控制波纹伸缩器5纵向伸缩, 确保超声 耦合层处在远场位置。 0042 上部超声传输腔体2与下部超声传输腔体6分别通过。

27、进水口和出水口与水循环模 块连接。 水循环模块包括水箱和水泵。 其中, 水箱: 小型盛水容器, 确保波纹伸缩器5在伸缩 过程中超声传输腔体内注满水, 所使用水为除泡水, 避免超声波在水中传播产生空化气泡, 影响超声均匀传输。 水泵: 确保超声传输腔体进行有效水循环, 一方面使腔体始终注满水, 另一方面通过水循环对超声换能器起到散热作用。 0043 图2为本实用新型所述远场超声探头原理示意框图。 如图2所示, 超声信号发生模 块持续对超声换能器1提供特定频率、 占空比及一定功率的周期性电信号, 通过超声换能器 1的电声转换发射出具有特定频率、 占空比及一定声强的超声并形成连续声场, 靠近超声换 。

28、能器1为超声近场, 近场区声强度有剧烈的起伏变化, 存在着许多声强度为极小值的节点。 这些节点可引起不希望有的盲点。 在远场区声强都变化趋于平稳, 单随着距离的增加, 声强 逐渐减弱。 超声先经过上部超声传输腔体2及波纹伸缩器5, 然后进入下部超声传输腔体6。 根据不同超声换能器所形成焦点位置不同, 调节波纹伸缩器5纵向长度, 可确保下部超声传 输腔体6内的超声声场始终为远场, 以确保超声耦合层8出为远场并具有均匀声场。 其中波 纹伸缩器5长度由固定在其四周的四个电位移轴3转动控制, 电位移轴由图2中伸缩器控制 模块控制, 伸缩器控制模块采集超声换能器1参数计算超声频率及声场焦点位置, 从而传。

29、输 程序至电位移控制器, 控制波纹伸缩器5纵向伸缩, 调节超声耦合层8距离超声换能器1位 置, 确保超声耦合层8处在远场位置。 在设备工作中, 图2中水循环模块始终处于工作状态, 以确保波纹伸缩器5在伸缩过程中超声传输腔体内注满水, 其中水循环过程所使用水为除 泡水, 避免超声波在水中传播产生空化气泡, 影响超声均匀传输。 而水循环对超声换能器1 也起到散热作用。 治疗时可在需要超声辐照位置皮肤表面涂覆医用超声耦合剂, 使用本实 用新型超声探头直接通过耦合剂接触皮肤进行声动力治疗。 0044 图3为超声波近场和远场场强及超声分布示意图。 如图3所示, 对于平面圆片换能 器, 在无吸收的介质中其。

30、波束形状有两个不同的区域即圆柱形区和发散区或称为近场区和 远场区。 近场区的长度与换能器内陶瓷圆片直径及超声频率有关, 在远场区, 声场发散角同 样与换能器内陶瓷圆片直径及超声频率有关, 减小陶瓷片直径可缩短近场长度并加宽了远 场波束, 增加频率即减小波长时, 加长了近场区, 同时减少了发散角, 可获得较窄的波束。 0045 本实施例中选取声动力治疗时使用的频率为1MHz, 换能器内陶瓷圆片直径为4cm, 发出超声在水中传播时, 近场区长度约为27cm。 此时, 针对该换能器和治疗所使用的超声频 率, 通过调节波纹伸缩器5的长度, 使得超声耦合层8处在距离超声换能器1表面大于27cm的 远场位。

31、置。 0046 实施例2 0047 实施例2与实施例1的不同之处在于, 使用的频率为1.5MHz, 换能器内陶瓷圆片直 径为3.5cm, 发出超声在水中传播时, 近场区长度约为31cm。 此时, 针对该换能器和治疗所使 用的超声频率, 通过调节波纹伸缩器5的长度, 使得超声耦合层8处在距离超声换能器1表面 大于31cm的远场位置。 其他部件组成及各部件之间的连接方式与实施例1相同。 说明书 5/6 页 7 CN 205924732 U 7 0048 实施例3 0049 实施例3与实施例2的不同之处在于, 实施例3提供了不同换能器陶瓷圆片直径和 频率的超声远场长度之间的关系, 具体图表1所示。 。

32、0050 表1不同换能器陶瓷圆片直径和频率的超声远场长度(单位: cm) 0051 0052 在远场区声强的变化趋于平稳, 但随着距离的增加, 声强逐渐减弱。 此时可通过调 节波纹伸缩器5的长度, 使得超声耦合层8取到远场区较强声场处。 0053 其他部件组成及各部件之间的连接方式与实施例2相同。 0054 虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上, 但其并非用以限定本实用新型, 任 何熟悉此技术的人, 在不脱离本实用新型的精神和范围内, 都可以做各种改动和修饰, 因此 本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。 说明书 6/6 页 8 CN 205924732 U 8 图1 图2 说明书附图 1/2 页 9 CN 205924732 U 9 图3 说明书附图 2/2 页 10 CN 205924732 U 10 。

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