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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710167973.8 (22)申请日 2017.03.21 (71)申请人 南京广慈医疗科技有限公司 地址 211100 江苏省南京市江宁区高新园 龙眠大道568号紫金北区1栋3层、 2栋3 层 (72)发明人 孔祥清薛洪惠杨帅孔有年 (74)专利代理机构 南京天华专利代理有限责任 公司 32218 代理人 夏平 (51)Int.Cl. A61N 7/02(2006.01) A61B 8/00(2006.01) B06B 1/06(2006.01) (54)发明名称 一种。
2、带直线移动成像探头的单曲面条状功 率超声装置 (57)摘要 本发明公开了一种带直线移动成像探头的 单曲面条状功率超声装置， 其包括超声聚焦换能 器、 支撑结构件、 水囊和超声成像探头， 所述超声 聚焦换能器通过硅橡胶对称密封在支撑结构件 内部的左右两侧， 支撑结构件的四周设有作为防 水全包结构件的水囊， 水囊与支撑结构件之间的 空隙填充满耦合剂， 所述支撑结构件的上表面为 圆弧状的单曲面， 并且支撑结构件中心位置设有 方形通孔， 在该通孔内放置有所述超声成像探 头。 本发明换能器的扫描成平面， 聚焦区域集中， 治疗平面和成像探头成像平面正好在同一个平 面； 同时本发明中成像探头和患者身体距离较。
3、 近， 有利于超声成像， 可提高治疗过程中的图像 清晰度。 权利要求书2页 说明书5页 附图8页 CN 106861062 A 2017.06.20 CN 106861062 A 1.一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其特征在于： 包括超声聚焦 换能器 （1） 、 支撑结构件 （4） 、 水囊 （2） 和超声成像探头 （5） ， 所述超声聚焦换能器 （1） 通过防 水胶水密封在支撑结构件 （4） 内部的左右两侧， 所述支撑结构件 （4） 的四周设有作为防水全 包结构件的水囊 （2） ， 所述水囊 （2） 与支撑结构件 （4） 之间的空隙填充满耦合剂 （3） ， 所述支 撑结构件。
4、 （4） 的上表面为圆弧状的单曲面， 并且支撑结构件 （4） 中心位置设有方形通孔， 在 该方形通孔内放置有所述超声成像探头 （5） ， 所述超声成像探头 （5） 与方形通孔的内壁相互 贴合并可滑动接触， 在超声成像探头 （5） 的后端端部设有可带动超声成像探头平移的机械 传动结构， 支撑结构件 （4） 后部带密封壳结构装载主动齿轮 （15） 和从动齿条 （16） ， 马达 （14） 传动轴穿过与壳体密切接触的密封圈 （17） 连接主动齿轮 （15） 。 2.根据权利要求1所述的一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其特 征在于： 所述超声聚焦换能器 （1） 包括薄背衬组件， 厚背。
5、衬 （9） 、 外匹配层 （7） 和聚焦透镜 （6） ， 所述厚背衬 （9） 和聚焦透镜 （6） 的上表面均为圆弧单曲面， 所述薄背衬组件的内部开有 切槽 （12） ， 薄背衬组件通过胶水粘贴在厚背衬 （9） 的曲面上， 所述聚焦透镜 （6） 为内凹弧形 结构并完全包裹住薄背衬组件、 外匹配层 （7） 和厚背衬 （9） 上部， 聚焦透镜 （6） 同时作为保护 层隔离换能器内部组件与耦合剂 （3） 。 3.根据权利要求2所述的一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其特 征在于： 所述超声聚焦换能器 （1） 的中心频率为0.2MHz-5MHz， 相对带宽不小于50%； 所述厚 背衬 （。
6、9） 的声学阻抗范围2MRayl到15MRayl， 表面曲率半径为5cm-25cm， 其曲面为圆弧单曲 面。 4.根据权利要求2所述的一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其特 征在于： 所述切槽 （12） 内灌满胶水或胶水混合物， 该胶水为绝缘类胶水； 所述聚焦透镜 （6） 材料为其中声速小于水中声速类凸透镜， 聚焦曲率半径为5cm-25cm， 中心最大厚度为 0.5mm-5mm， 或材料为其中声速大于水中声速类凹透镜， 聚焦曲率半径为5cm-25cm， 中心最 大厚度为0.5mm-5mm。 5.根据权利要求2所述的一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其特 征在于：。
7、 所述薄背衬组件包括薄背衬 （8） ， 以及依次设在薄背衬 （8） 上表面的FPC正电极层 （13） 、 压电材料层 （11） 、 内匹配层 （10） ， FPC导电铜箔一侧用导电胶水粘贴到压电材料层 （11） 上， FPC绝缘一侧用胶水粘贴到薄背衬 （8） 上， 压电材料层 （11） 另一侧用胶水粘贴内匹 配层 （10） ， 并通过划片机切割出多条切槽 （12） 。 6.根据权利要求5所述的一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其特 征在于： 所述薄背衬 （8） 声学阻抗范围2MRayl到15MRayl； 所述压电材料层 （11） 采用发射类 压电陶瓷或以其为基底的1-3/2-2。
8、结构的压电复合材料； 所述FPC正电极层 （13） 为带铜导电 层的软板； 所述内匹配层 （10） 声学阻抗范围3MRayl-15MRayl， 其宽度小于压电材料层。 7.根据权利要求2或5所述的一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其 特征在于： 所述切槽 （12） 的深度为切穿压电材料层 （11） ， 并深入薄背衬 （8） ， 深度至少达到 薄背衬厚度的1/2， 切槽 （12） 宽度0.05mm-0.2mm， 切槽数目大于20， 阵元间距为0.5mm-2mm， 或者在每个切槽(12)之间附加深度与压电材料层(11)厚度一样的次级切槽,形成基元,基 元数为1-3个。 8.根据权利。
9、要求1所述的一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其特 权利要求书 1/2 页 2 CN 106861062 A 2 征在于： 所述支撑结构件 （4） 材料为不锈钢或铝， 其内部掏长方体区域用于镶嵌所述超声聚 焦换能器 （1） ， 围绕超声聚焦换能器 （1） 的四个面方向可调， 支撑结构件 （4） 表面曲率半径为 5cm-25cm， 匹配治疗区域体表曲面， 其可通过上部机械结构进行平移运动； 所述超声聚焦换 能器 （1） 可通过电子通道延时控制焦点深浅位置和偏转位置； 所述超声成像探头 （5） 为线 阵、 凸阵或相控阵， 基元总数为64-256个， 中心频率为3MHz-8MHz， 。
10、其可通过机械传动结构进 行平移运动； 所述水囊 （2） 中装载耦合剂充当换能器与水囊之间的声传播过渡介质， 水囊 （2） 材料为符合生物相容性材料； 所述耦合剂 （3） 为脱气水， 其可以通过外部蠕动泵进行循 环流动。 9.根据权利要求1所述的一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其特 征在于： 所述机械传动结构包括马达 （14） ， 主动齿轮 （15） 和从动齿条 （16） ， 所述主动齿轮 （15） 与从动齿条 （16） 相互啮合， 主动齿轮 （15） 与马达 （14） 传动轴连接， 从动齿条 （16） 与超 声成像探头连接， 所述马达 （14） 接受控制装置的控制并通过主动齿。
11、轮 （15） 带动从动齿条 （16） 再带动超声成像探头 （5） 进行移动。 权利要求书 2/2 页 3 CN 106861062 A 3 一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置 技术领域 0001 本发明涉及一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 属于医疗器械 技术领域。 背景技术 0002 功率超声在医疗领域的应用， 常见的一种方式就是从人体外向人体内发射聚焦功 率超声波， 在人体内特定区域形成较大的能量聚集而改变该区域内的组织生物特性， 实现 治疗疾病的目的。 其中的超声换能器用于将电能转换成声能并发射到人体中， 当前常用的 超声换能器一般采用单个换能器、 多个换能器阵。
12、列、 数百个换能器阵列等组成形式。 不管是 何种方式， 基本都采用球冠形状， 在球冠底部中心位置设有通孔放置成像引导超声探头。 0003 球冠状超声换能器与人体接触的时候， 底部与人体表面有一定距离， 在治疗前使 用成像探头时需要将成像探头伸出一段距离尽量缩短与人体间距离， 进行治疗时， 为了不 挡住功率超声， 成像探头要缩回来， 与靶区距离加大， 影响实时观察效果， 本发明所述凹型 结构可以和人体贴合， 成像探头不用伸出缩回。 0004 对于多个换能器阵列、 数百个换能器阵列， 当采用球冠状的排列方式时， 其中的单 个换能器一般采用圆形、 多边形、 梯形等形状。 这些形状的换能器在使用相控阵。
13、控制电路进 行声束电子偏转时， 其可实现360度全向偏转， 但因其在每个方向上的尺寸均比较大， 依据 声学一般原理， 其在每个方向上的可偏转角度均比较小， 影响了实用性。 本发明所述凹形结 构采用了条形换能器阵列的方式， 单个换能器呈细长条形状， 在换能器单元的宽度方向尺 寸很小， 具有很好的声束可偏转性， 从而在该方向上进行声束电子偏转具备了实用性。 发明内容 0005 为克服上述现有技术存在的不足， 本发明提供了一种带直线移动成像探头的单曲 面条状功率超声装置及使用方法。 0006 本发明采取的技术方案如下： 一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其包括超声聚焦换能器、 支撑 。
14、结构件、 水囊和超声成像探头， 所述超声聚焦换能器通过硅橡胶对称密封在支撑结构件内 部的左右两侧， 所述支撑结构件的四周设有作为防水全包结构件的水囊， 所述水囊与支撑 结构件之间的空隙填充满耦合剂， 所述支撑结构件的上表面为圆弧状的单曲面， 并且支撑 结构件中心位置设有方形通孔， 在该方形通孔内放置有所述超声成像探头， 所述超声成像 探头与方形通孔的内壁相互贴合并可滑动接触， 在超声成像探头的后端端部设有可带动超 声成像探头移动的机械传动结构。 0007 所述超声聚焦换能器包括薄背衬组件， 厚背衬， 外匹配层和聚焦透镜， 所述厚背衬 和聚焦透镜的上表面均为圆弧曲面， 所述薄背衬组件的内部开有切。
15、槽， 薄背衬组件通过胶 水粘贴在厚背衬的曲面上， 外匹配层通过胶水粘贴在薄背衬组件的曲面上， 所述聚焦透镜 为内凹结构并套装在外匹配层和厚背衬上方， 聚焦透镜同时作为保护层隔离换能器内部组 说明书 1/5 页 4 CN 106861062 A 4 件与耦合剂。 0008 所述超声聚焦换能器的中心频率为0.2MHz-5MHz， 相对带宽不小于50%； ； 所述厚背 衬的声学阻抗范围2MRayl到15MRayl， 表面曲率半径为5cm-25cm， 其曲面为单曲面。 0009 所述切槽内灌满胶水或胶水混合物， 该胶水为绝缘类胶水。 所述聚焦透镜材料为 其中声速小于水中声速类凸透镜， 聚焦曲率半径为5。
16、cm-25cm， 中心最大厚度为0.5mm-5mm， 或材料为其中声速大于水中声速类凹透镜， 聚焦曲率半径为5cm-25cm， 中心最大厚度为 0.5mm-5mm。 0010 所述薄背衬组件包括薄背衬， 以及依次设在薄背衬上表面的FPC正电极层、 压电材 料层、 内匹配层， FPC导电铜箔一侧用导电胶水粘贴到压电材料层上， FPC绝缘一侧用胶水粘 贴到薄背衬上， 压电材料层另一侧用胶水粘贴内匹配层， 并通过划片机切割出多条切槽。 0011 所述薄背衬声学阻抗范围2MRayl到15MRayl； 所述压电材料层采用发射型压电陶 瓷或以其为基底的1-3/2-2结构的压电复合材料； 所述FPC正电极层。
17、为带铜导电层的软板； 所述内匹配层声学阻抗范围3MRayl-15MRayl， 其宽度小于压电材料层。 0012 所述切槽的深度为切穿压电材料层， 并深入薄背衬， 深度至少达到薄背衬厚度的 1/2， 切槽宽度0.05mm-0.2mm， 切槽数目大于20， 阵元间距为0.5mm-2mm， 或者在每个切槽之 间附加深度与压电材料层厚度一样的次级切槽,形成基元,基元数为1-3个。 0013 所述支撑结构件材料为不锈钢或铝， 其内部掏长方体区域用于镶嵌所述超声聚焦 换能器， 围绕超声聚焦换能器的四个面方向可调， 使镶嵌的两换能器焦点可重合到一点或 两个不同的点， 支撑结构件表面曲率半径为5cm-25cm。
18、， 匹配治疗区域体表曲面， 其可通过上 部机械结构进行平移运动； 超声聚焦换能器可以通过电子通道延时控制焦点深浅位置和偏 转位置； 所述超声成像探头为线阵、 凸阵或相控阵， 基元总数为64-256个， 中心频率为3MHz- 8MHz， 其可通过上部机械传动结构进行移动； 所述水囊中装载耦合剂充当换能器与水囊之 间的声传播过渡介质， 水囊材料为符合生物相容性材料； 所述耦合剂为脱气水， 其可以通过 外部蠕动泵进行循环流动。 0014 所述机械传动结构包括马达， 主动齿轮和从动齿条， 所述主动齿轮与从动齿条相 互啮合， 主动齿轮与马达传动轴连接， 从动齿条与超声成像探头连接， 所述马达接受控制装 。
19、置的控制并通过主动齿轮带动从动齿条再带动超声成像探头进行移动。 0015 本发明的有益效果是： 本发明换能器的扫描成平面， 聚焦区域集中， 治疗平面和成 像探头成像平面正好在同一个平面， 而球冠状治疗装置虽然可以立体扫描， 但立体扫描时 有大部分点不在B超的监测面， 形成盲打， 增加不可预知危险性。 同时， 球冠状治疗装置中每 个换能器在各方向的尺寸均较大， 可实现的声束电子偏转角度较小， 实用性很差。 0016 本发明支撑结构表面曲率可变来匹配体表曲面， 支撑结构件掏空长方体区域方向 可变， 与超声聚焦换能器焦点合成总焦点， 使总焦点位置更方便调节， 另一方面扩大了换能 器参数的设计范围。 。
20、0017 本发明利用超声聚焦产生的热量来处理相关区域， 使此区域温度上升到一定数值 并持续一段时间来达到治疗目的。 其中装载耦合剂充当换能器与水囊之间的过渡介质并散 除超声换能器产生的热量。 0018 本发明的超声成像探头采用平移方式， 其克服了采用旋转方式的探头在采集图像 合成时离轴心越远处分辨率越差的到问题。 采用平移方式的超声成像探头， 在采集图像合 说明书 2/5 页 5 CN 106861062 A 5 成时分辨率可保持较好的一致性。 附图说明 0019 图1为本发明整体结构示意图。 0020 图2A为成像探头典型外观图， 所示为线阵探头。 0021 图2B为本发明成像探头工作方式示。
21、意图。 0022 图2C为线阵探头内部的发射阵列结构示意图。 0023 图2D为本发明的机械传动结构示意图。 0024 图2E为机械传动结构局部放大图。 0025 图3为超声装置顶视图。 0026 图4为超声装置剖面图。 0027 图5为超声聚焦换能器横向剖面图。 0028 图6为超声聚焦换能器纵向剖面图。 0029 图7为超声装置治疗时应用场景图。 0030 图中： 1-超声聚焦换能器， 2-水囊， 3-耦合剂， 4-支撑结构件， 5-超声成像探头， 6- 聚焦透镜， 7-外匹配层， 8-薄背衬， 9-厚背衬， 10-内匹配层， 11-压电材料层， 12-切槽， 13- FPC正电极层， 1。
22、4-马达， 15-主动齿轮， 16-从动齿条， 17-密封圈。 具体实施方式 0031 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 0032 如图1至图4所示， 一种带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置， 其包括 超声聚焦换能器1、 支撑结构件4、 水囊2和超声成像探头5， 所述超声聚焦换能器1通过硅橡 胶对称密封在支撑结构件4内部的左右两侧， 所述支撑结构件4的四周设有作为防水全包结 构件的水囊2， 所述水囊2与支撑结构件4之间的空隙填充满耦合剂3， 所述支撑结构件4的上 表面为圆弧状的单曲面， 并且支撑结构件4中心位置设有方形通孔， 在该通孔内放置有所述 超声成像探头5， 所述超。
23、声成像探头5的左右两端与方形通孔的内壁相互贴合并可滑动接 触， 在超声成像探头5的后端端部设有可带动超声成像探头移动的机械传动结构， 后部带密 封壳结构装载主动齿轮和从动齿条。 其中机械传动结构包括马达14， 主动齿轮15和从动齿 条16， 所述主动齿轮15与从动齿条16相互啮合， 主动齿轮15与马达14传动轴连接， 从动齿条 16与超声成像探头连接， 所述马达14接受控制装置的控制并通过主动齿轮15带动从动齿条 16再带动超声成像探头5进行移动。 0033 如图5和图6所示， 所述超声聚焦换能器1包括薄背衬组件， 外匹配层7、 厚背衬9和 聚焦透镜6， 所述厚背衬9和聚焦透镜6的上表面均为圆。
24、弧单曲面， 所述薄背衬组件的内部开 有切槽12， 薄背衬组件通过胶水粘贴在厚背衬9的曲面上， 所述聚焦透镜6为内凹弧形结构 并完全包裹住薄背衬组件、 外匹配层7和厚背衬9上部， 聚焦透镜6同时作为保护层隔离换能 器内部组件与耦合剂3。 0034 作为本实施例的优选， 所述超声聚焦换能器1的中心频率为0.2MHz-5MHz， 相对带 宽不小于50%； 所述厚背衬9的声学阻抗范围2MRayl到15MRayl， 表面曲率半径为5cm-25cm， 其曲面为圆弧单曲面。 所述切槽12内灌满胶水或胶水混合物， 该胶水为绝缘类胶水。 说明书 3/5 页 6 CN 106861062 A 6 0035 作为本。
25、实施例的优选， 所述聚焦透镜6材料为其中声速小于水中声速类凸透镜， 聚 焦曲率半径为5cm-25cm， 中心最大厚度为0.5mm-5mm， 或材料为其中声速大于水中声速类凹 透镜， 聚焦曲率半径为5cm-25cm， 中心最大厚度为0.5mm-5mm。 0036 作为本实施例的优选， 所述薄背衬组件包括薄背衬8， 以及依次设在薄背衬8上表 面的FPC正电极层13、 压电材料层11、 内匹配层10， FPC导电铜箔一侧用导电胶水粘贴到压电 材料层上， FPC绝缘一侧用胶水粘贴到薄背衬8上， 压电材料层11另一侧用胶水粘贴内匹配 层10， 并通过划片机切割出多条切槽12。 0037 作为本实施例的优。
26、选， 所述薄背衬8声学阻抗范围2MRayl到15MRayl； 所述压电材 料层11采用发射型压电陶瓷或以其为基底的1-3/2-2结构的压电复合材料； 所述FPC正电极 层13为带铜导电层的软板； 所述内匹配层10声学阻抗范围3MRayl-15MRayl， 其宽度小于压 电材料层。 0038 作为本实施例的优选， 所述切槽12的深度为切穿压电材料层11， 并深入薄背衬8， 深度至少达到薄背衬厚度的1/2， 切槽12宽度0.05mm-0.2mm， 切槽数目大于20， 阵元间距为 0.5mm-2mm， 或者在每个切槽12之间附加深度与压电材料层11厚度一样的次级切槽,形成基 元,基元数为1-3个。 。
27、0039 作为本实施例的优选， 所述支撑结构件4材料为不锈钢或铝， 其内部掏长方体区域 用于镶嵌所述超声聚焦换能器1， 围绕超声聚焦换能器1的四个面方向可调， 支撑结构件4表 面曲率半径为5cm-25cm， 匹配治疗区域体表曲面， 其可通过上部机械结构进行平移运动； 所 述超声聚焦换能器1可通过电子通道延时控制焦点深浅位置和偏转位置； 所述超声成像探 头5为线阵、 凸阵或相控阵， 基元总数为64-256个， 中心频率为3MHz-8MHz， 其可通过上部机 械传动结构进行移动； 所述水囊2中装载耦合剂充当换能器与水囊之间的声传播过渡介质， 水囊2材料为符合生物相容性材料； 所述耦合剂3为脱气水，。
28、 其可以通过外部蠕动泵进行循 环流动。 0040 本发明中， 制作所述的聚焦换能器的方法， 其制作方法为： （1） 首先制作厚背衬， 通过模具预先制作长方体型材料后通过车削模具加工弧形表面； 再制作薄背衬， 通过模具预先制作长方体型材料后通过车床精磨到0.3mm-2mm， 然后制作内 匹配层后车床精磨到0.2mm-2mm； （2） 胶合薄背衬、 压电材料层、 FPC以及内匹配层构成权利要求9中所述的薄背衬组件， 之后精磨此组件中的薄背衬层， 使组件整体厚度为2.0mm-5.0mm， 通过划片机加工此组件中 的切槽， 之后通过成型模具将切割完成后薄背衬组件内凹成型并贴合于厚背衬的曲面上， 之后使。
29、用胶水填充切槽， 使用导电胶水粘和细导线到压电材料层两侧露出部分， 导电胶数 固化后其上再使用环氧胶水固化保护， 其凸起高度不能超过内匹配层高度； （3） 使用治具贴合外匹配层于内匹配层的外侧， 并使用透镜模具浇注聚焦透镜形成保 护层。 0041 如图7所示， 本带直线移动成像探头的单曲面条状功率超声装置的使用方法为： 首 先在水囊下表面涂抹医用耦合剂 （B超检查时通用的凝胶状物质） ， 通过外部机械结构压到 病灶区上部大概区域， 开启成像探头探测病灶区， 手动控制外部机械结构调整治疗探头位 置， 使病灶区基本位于成像探头中轴位置， 启动成像探头平移功能， 采集多个切面， 通过主 机软件合成3。
30、D图形， 整体掌握病灶区三维信息， 在电脑显示图形上划定治疗区域， 后台软件 说明书 4/5 页 7 CN 106861062 A 7 自动生成治疗方案， 制定治疗靶点位置和数目， 自动规划机械运动方式和每个靶点电子延 迟来控制焦点深浅位置和偏转位置， 开始治疗， 能量在每个靶点处持续一段时间， 同时使用 算法实时监控靶点处温升， 达到阈值后即跳转到下一个靶点， 持续直到所有靶点治疗完成， 整个治疗过程中， 水囊中耦合剂通过外部蠕动泵进行循环带走治疗中治疗探头产生的热 量。 完成治疗后通过成像探头评估治疗初步效果。 0042 以上显示和描述了本发明的基本原理、 主要特征和优点。 本领域的普通技。
31、术人员 应该了解， 上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围， 凡采用等同替换等方式所获 得的技术方案， 均落于本发明的保护范围内。 0043 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。 说明书 5/5 页 8 CN 106861062 A 8 图1 说明书附图 1/8 页 9 CN 106861062 A 9 图2A 说明书附图 2/8 页 10 CN 106861062 A 10 图2B 说明书附图 3/8 页 11 CN 106861062 A 11 图2C 图2D 说明书附图 4/8 页 12 CN 106861062 A 12 图2E 说明书附图 5/8 页 13 CN 106861062 A 13 图3 说明书附图 6/8 页 14 CN 106861062 A 14 图4 图5 图6 说明书附图 7/8 页 15 CN 106861062 A 15 图7 说明书附图 8/8 页 16 CN 106861062 A 16 。