用于实现无空化的交变超声波传输的方法和装置制造方法及图纸

超声波生成通常产生一声场,其特征是具有惯性和非惯性声空化,微泡的非线性振荡及其相关的由超声产生的微流和辐射力的过程可导致与常规超声传播接触的材料、溶液或生物细胞发生强烈热效应。通常，超声信号包括声振动效应和响应传播而使接收超声产波的材料共振的共振效应，并且不利地在许多应用中具有破坏性的空化效应和破坏性的热效应。本发明专利技术为一种减少超声在热效应和机械效应中造成的损伤效应的方法和设备，并且提供可用于生化学应用、材料科学和生物医药应用的更安全的超声方法。

Method and apparatus for realizing non cavitation alternating ultrasonic transmission

Ultrasonic generation usually produces a sound field, which is characterized with inertial and non inertial cavitation, microbubble nonlinear oscillation and its related by ultrasonic micro flow and radiation process can lead to strong thermal effect, material solution or biological cell contact with conventional ultrasound propagation. Usually, the ultrasonic signal including the acoustic vibration effect and response the spread of the effect of resonance resonance ultrasonic wave receiving material production, and has adverse thermal effects of damage and destruction of the cavitation effect in many applications. The invention relates to a method and a device for reducing ultrasonic caused by thermal effect and mechanical effect of the damage effect, and provide a safer method for ultrasonic biochemical applications, materials science and biomedical applications.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于实现无空化的交变超声波传输的方法和装置优先权要求、相关申请的交叉引用、通过援引纳入本申请涉及并要求在美国专利商标局提交的以下临时申请的优先权，并要求其权益：“具有多个吸收垫的改良经皮输送贴片”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申请序号为61/988,623；“改良经皮输送装置或贴片以及从所述改良经皮输送装置提供胰岛素的方法”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申请序号为61/998,622；“在糖尿病中进行控制的方法”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申请序号为61/998,624；“适用通过病人便携和可穿戴的系统进行超声药物传递的超声转换器”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月7日提交，申请序号为61/998,683；“既可用于被动也可用于主动经皮给药传递系统的吸收材料的减弱增强的方法”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月9日提交，申请序号为61/998,788；“使其更易于超声经皮传递的药物制剂改性”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月9日提交，申请序号为61/998,790；“用于测量在经皮药物传递装置上剩余剂量的方法和设备”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年8月1日提交，申请序号为61/999,589；“超声增强的种子萌发系统土壤处理方法”，小布鲁斯·K·雷丁，于2015年1月2日提交，申请序号为62/124,758；“种子增量的超声处理种子装置”，小布鲁斯·K·雷丁，于2015年2月2日提交，申请序号为62/125,836；“用于产生无空化的交替超声传递的方法和装置”，小布鲁斯·K·雷丁，于2015年2月2日提交，申请序号为62/125,837。本申请特此通过援引以下在美国专利商标局提交的临时申请中全部书面描述、摘要、附图和权利要求中的主题内容纳入本文：“具有多个吸收垫的改良经皮输送贴片”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申请序号为61/988,623；“改良经皮输送装置或贴片以及从所述改良经皮输送装置提供胰岛素的方法”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申请序号为61/998,622；“在糖尿病中进行控制的方法”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申请序号为61/998,624；“适用通过病人便携和可穿戴的系统进行超声药物传递的超声转换器”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月7日提交，申请序号为61/998,683；“既可用于被动也可用于主动经皮给药传递系统的吸收材料的减弱增强的方法”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月9日提交，申请序号为61/998,788；“使其更易于超声经皮传递的药物制剂改性”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年7月9日提交，申请序号为61/998,790；“用于测量在经皮药物传递装置上剩余剂量的方法和设备”，小布鲁斯·K·雷丁，于2014年8月1日提交，申请序号为61/999,589；“超声增强种子萌发系统土壤处理方法”，小布鲁斯·K·雷丁，于2015年1月2日提交，申请序号为62/124,758；“种子增量的超声处理种子装置”，小布鲁斯·K·雷丁，于2015年2月2日提交，申请序号为62/125,836；“用于产生无空化的交替超声传递的方法和装置”，小布鲁斯·K·雷丁，于2015年2月2日提交，申请序号为62/125,837。
技术介绍
本专利技术涉及一种用于减少或消除在声传播空化力，同时保持所述声音传播相关的振动能量的方法和装置。本专利技术也涉及无空化的超声生成系统。本专利技术一方面涉及一种超声装置，其由于超声传播的交变(或交替)波形而产生减少的空化力或不产生空化力和温度效应。参考一下出版物：“空化温度”，爱德华·B·福利特和肯尼斯·S·萨斯力克，《科学》，增刊，卷253,发行5026(1991年9月20日)，1397-1399；和“超声和空化气泡与细胞的交互作用”，吴君如和卫斯理·L·诺伯格，艾斯维尔出版社，先进的药物传递综述60(2008)1103-1116，2008年4月8日。参考材料的综述指出，超声一般在单波形(正弦波)中形成，如图1所示。在超过20kHz的标准超声波范围内的标准声传播，具有称为压缩波的波前的正部分，其后跟随称为扩展部分的波前的负部分。图1示出一种典型波传播传输的正部分和负部分。压力的快速下降示于图4的图表中，并且在萨斯力克的文章中公开了压力快速下降可导致强烈的空化效应。再次参考图1，典型的正弦波超声传输通常在传输中的400毫秒(msecs)持续时间点增长到内爆效应。一旦达到400毫秒，正弦超声传播在暴露于超声波传播的溶液或基底中形成高达150毫米半径的气泡，然后产生冲击波，该冲击波导致气泡塌陷。在图1中，微射冲击波使气泡坍塌，并且在坍塌过程中，在暴露于超声波传输的溶液或基底中，在微观水平上发生热点或瞬时温度升高。萨斯力克描述了，在万分之一秒内的空化温度范围高达5075+/-156°K。这种强烈的空化效应和生成的温度升高，具有破坏材料、生物结构或细胞以及使药物制剂变性的效果，如图3所示。超声波的基本物理的进一步综述，示出了非聚焦超声平面行波(如图35所示)、平面波声源及其波前。吴和诺博格解释了在液体或生物组织内的超声可具有空化效应：考虑到液体或软组织填充的半空间(x＞0)。对于多数情况，软组织可被认为是液体样的介质。在x＝0处，有横向尺寸(垂直于x方向)远大于声波波长(λ)的薄固体平面。这个平面(一种声源)，随时间正弦振动并且围绕x＝0的初始点来回振动；其振动导致了在x＞0的区域内产生声波。该源平面相对于x＝0的位置的位移可写作(等式1)：x(t)＝Acos(2πft+φ0)其中f是振动频率，A(＞0)是振幅，φ0是初始相位，其决定了源平面的初始(t＝0)的条件。例如，如果φ0＝0，则当t＝0时，源平面的位移和速度分别为x＝A和v＝dx/dt＝0。在线性声学体系中(非线性声学在后续部分讨论)，在介质中沿x方向的行进压力波由振动声源产生。也就是说，在介质中的压力是x和t的函数并且在大气压上下波动。如果我们定义声压p(x，t)作为总压力对大气压力的过量，则可写作(等式2)：p(x,t)＝P0(x)cos(kx-ωt)＝p0e-axcos(kx0-ωt)其中，P0(x)是声压振幅，其为位置x的函数，并且等于p0e-αx,其中p0＝P0(0)，x＝0处的压力振幅。其他参数包括角频率ω＝2πf，传播常数(或波数)k＝2π/λ，以及介质的衰减系数α。在水中，α近似为在兆赫范围内的频率的线性增长函数。衰减系数α描述了主要通过吸收和散射过程从声波到介质的能量传递。吸收主要通过粘性摩擦将声能不可逆转地转化成热。在组织内或细胞的水性悬液中，存在非均相性(inhomogeneity)。散射是一种过程，其中非均相将一些声能重新定向到原始波传播路径以外的区域。如果非均相的密度高，则可发生多重散射。换言之，在这种情况下，声能在吸收减少前可能会在几个非均相中来回散射数次。在水中，衰减系数α常被忽略，并且在等式(2)中乘法因子e-αx被认为是1。频率和波长对于声波而言不是独立的，它们通过fλ＝c的关系关联，其中c成为相速度。在水中的相速度在20℃时约等于1500m/s。注意，如果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在超声装置中提供无空化超声的方法，其特征在于，超声信号采用两种或更多波形的组合，从而中断声信号的增长以防止空化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.03 US 61/998,623;2014.07.03 US 61/998,622;1.一种在超声装置中提供无空化超声的方法，其特征在于，超声信号采用两种或更多波形的组合，从而中断声信号的增长以防止空化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一波形是锯齿波形，后面跟随第二波形，所述第二波形是方波形。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声被连续施加。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声被脉冲施加。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的超声频率超过20kHz。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个波形的可用的定时保持在400毫秒以下。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，每个波形存在的定时是基于400毫秒以下的任意时间的组合的变化。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的超声定时是对于第一波形在约50毫秒至约90毫秒间变化，对于第二波形在约10毫秒至约50毫秒间变化。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于每个波形的可用的时间保持在400毫秒以下，随后再跟随足够时间段的失效时段以避免空化的形成，然后跟随交替的声传播的再循环，以此类推。10.一种转换器，其特征在于，所述转换器能够将电供给的波形机械地传递并从第一波形变为任一其他的第二波形，其中所述波形为以...

【专利技术属性】
技术研发人员：小B·K·雷丁，
申请(专利权)人：BKR知识产权控股有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US