超声换能器、聚焦超声治疗设备制造技术

本发明专利技术提供一种超声换能器、聚焦超声治疗设备，属于高强度聚焦超声技术领域，其可解决现有的超声换能器焦域尺寸大、形状呈“雪茄型”的问题。该超声换能器包括发声单元和发声面，发声单元用于产生超声波，发声面为具有第一缺口、第二缺口、第三缺口的球面，其中，发声面对应的球面的一个球心面为主球心面，第一缺口和第二缺口分别位于垂直于主球心面的直径与球面的两个相交处，第三缺口连接第一缺口和第二缺口；在距离主球心面两侧分别一定距离的范围内，发声面在与主球心面平行的截面中为圆弧形，圆弧形的开口对应第三缺口，圆弧形的圆心角大于180度且小于360度；发声面能反射超声，且发声单元产生的超声波聚焦于发声面对应的球心。

Ultrasound Transducer and Focused Ultrasound Therapeutic Equipment

【技术实现步骤摘要】
超声换能器、聚焦超声治疗设备
本专利技术属于高强度聚焦超声
，具体涉及一种超声换能器、聚焦超声治疗设备。
技术介绍
高强度聚焦超声(HighIntensityFocusedUltrasound,HIFU)技术已在医疗、科研、材料处理等领域获得了广泛应用，其利用超声的可聚焦性和穿透性，使超声在特定位置聚焦，并利用焦域处的高能量治疗疾病、激发反应、改变材料性质等。例如，高强度聚焦超声技术在临床上已用于治疗肝癌、乳腺癌、肾癌、骨肿瘤、子宫肌瘤等良恶性肿瘤，其原理是将超声聚焦到人体内的病变处，使焦域的高能量密度机械能转换为热能，使病变组织凝固性坏死(又称超声热消融)；同时，由于声通道上的超声能量密度较低，故可保证病变组织周围和声通道上的正常组织不受影响或受到的影响可接受。超声换能器是高强度聚焦超声技术的核心部件，其用于将电能转换为机械能，并从发声面各处沿法线方向发射超声，以使发出的超声聚焦。现有的聚焦超声换能器的发声面多为球冠面，其发出的超声为行波，并在球冠的球心附近聚焦。由于超声的特性，故现有超声换能器的焦域实际近似于雪茄形或纺锤形，其在声轴方向的长度较大，一般超过10mm，而在其它两短轴的尺寸则在2～3mm(以超声频率为1MHz时为例)。现有超声换能器的焦域范围较大，能量不够集中，焦域处能量密度较低，声压最多仅能达到107Pa量级，由此导致其不能迅速消融病变组织，治疗时间长，治疗效果不佳。另外，人体内存在大量骨骼、含气脏器、脂肪等非均匀组织，它们会对现有超声换能器发出的超声造成严重的散射、反射，使超声的传播呈严重的非线性等，进而使焦域产生不可预测的偏移、畸变，影响治疗的安全性。
技术实现思路
本专利技术至少部分解决现有的超声换能器焦域尺寸大、形状呈“雪茄型”的问题，提供一种可形成小尺寸的球形焦域的超声换能器、聚焦超声治疗设备。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是一种超声换能器，包括发声单元和发声面，所述发声单元用于产生超声波，且所述发声面为具有第一缺口、第二缺口、第三缺口的球面，其中，所述发声面对应的球面的一个球心面为主球心面，所述第一缺口和第二缺口分别位于垂直于主球心面的直径与球面的两个相交处，所述第三缺口连接第一缺口和第二缺口；在距离主球心面两侧分别一定距离的范围内，所述发声面在与主球心面平行的截面中为圆弧形，所述圆弧形的开口对应第三缺口，所述圆弧形对应的圆心角大于180度且小于360度；所述发声面具有反射超声的能力，且所述发声单元产生的超声波聚焦于发声面对应的球心。优选的是，所述第一缺口和第二缺口的边缘分别位于第一平面和第二平面中。进一步优选的是，所述第一平面与第二平面均平行于所述主球心面。进一步优选的是，所述第一平面与第二平面间的距离在80～1000mm。进一步优选的是，所述第一平面与第二平面间的距离在150～500mm。进一步优选的是，所述第一平面与主球心面间的距离等于所述第二平面与主球心面间的距离。优选的是，所述发声面在任意平行于主球心面的截面中均为圆弧形，所述圆弧形对应的圆心角大于180度且小于360度。进一步优选的是，所述发声面在任意平行于主球心面的截面中的圆弧形的开口朝向相同。进一步优选的是，所述发声面在任意平行于主球心面的截面中的圆弧形对应的圆心角相等。优选的是，在距离主球心面两侧分别一定距离的范围内，所述发声面在与主球心面平行的截面中的圆弧形对应的圆心角大于180度且小于300度。进一步优选的是，在距离主球心面两侧分别一定距离的范围内，所述发声面在与主球心面平行的截面中的圆弧形对应的圆心角大于200度且小于280度。优选的是，所述距离主球心面两侧分别一定距离的范围为距主球心面两侧分别40～500mm的范围。优选的是，所述发声面对应的球面的直径在100～3000mm。进一步优选的是，所述发声面对应的球面的直径在200～2000mm。优选的是，所述发声面相对于主球心面对称设置。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是一种聚焦超声治疗设备，其包括：上述的超声换能器。本专利技术的超声换能器中，发声面具有反射超声的能力，且其对应的圆心角超出180度，故发声面部分位置发出的超声会被对面的发声面反射回来，从而在该区域内使超声形成驻波，而发声面其它部分发出的超声不会被反射，仍为行波。通过这种行波与驻波相结合的形式，可在部分方向上对超声的焦域进行压缩，使其由雪茄形变为接近于球形的规则形状，且尺寸变小，从而使焦域处的能量密度提高，改善治疗效果和效率，减小对正常组织的损伤；同时，其还可降低超声在人体内不均匀组织中的散射、反射等，减小焦域的偏移、畸变，利于焦域准确定位。另一方面，发声面还具有三个缺口，故人体、待处理材料、研究设备等可通过这些缺口进入发声面内并达到焦域附近，便于超声换能器的实际应用。本专利技术的超声换能器优选用于聚焦超声治疗设备中，当然也可用于科研、材料处理等其它领域中。附图说明图1为本专利技术的实施例的一种超声换能器的结构示意图；图2为本专利技术的实施例的一种超声换能器中发声面的结构示意图；图3为本专利技术的实施例的一种超声换能器中发声面沿平行于主球心面的方向的结构示意图；图4为本专利技术的实施例的一种超声换能器中发声面沿垂直于主球心面的方向的结构示意图；图5为本专利技术的实施例的一种超声换能器中发声面在平行于主球心面的截面中的结构示意图；图6为一种对应60度圆心角的发声面的模拟声场强度空间分布图；图7为一种对应100度圆心角的发声面的模拟声场强度空间分布图；图8为一种对应220度圆心角的发声面的模拟声场强度空间分布图；图9为一种对应300度圆心角的发声面的模拟声场强度空间分布图；图10为不同圆心角的发声面在X轴上的模拟声场强度分布图；图11为不同圆心角的发声面在Y轴上的模拟声场强度分布图；图12为不同圆心角的发声面在Z轴上的模拟声场强度分布图；图13为不同圆心角的发声面的模拟声场在各轴上的-6dB宽度图；图14为不同圆心角的发声面对应的-6dB宽度的焦域体积图；图15为沿Y轴尺寸不同的发声面在X轴上的模拟声场强度分布图；图16为沿Y轴尺寸不同的发声面在Y轴上的模拟声场强度分布图；图17为沿Y轴尺寸不同的发声面在Z轴上的模拟声场强度分布图；图18为沿Y轴尺寸不同的发声面的模拟声场在各轴上的-6dB宽度图；图19为沿Y轴尺寸不同的发声面的模拟声场对应的-6dB宽度的焦域体积图其中，附图标记为：1、外壳；2、上盖；3、发声面；31、第一缺口；32、第二缺口；33、第三缺口；4、压电阵元；5、端盖；91、第一平面；92、第二平面；99、主球心面。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例1：如图1至图19所示，本实施例提供一种超声换能器，其包括发声单元和发声面3，发声单元用于产生超声波。而且，发声面3为具有第一缺口31、第二缺口32、第三缺口33的球面，其中，发声面3对应的球面的一个球心面为主球心面99，第一缺口31和第二缺口32分别位于垂直于主球心面99的直径与球面的两个相交处，第三缺口33连接第一缺口31和第二缺口32；在距离主球心面99两侧分别一定距离的范围内，发声面3在与主球心面99平行的截面中为圆弧形，圆弧形的开口对应第三缺口33，圆弧形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声换能器，包括发声单元和发声面，所述发声单元用于产生超声波，其特征在于，所述发声面为具有第一缺口、第二缺口、第三缺口的球面，其中，所述发声面对应的球面的一个球心面为主球心面，所述第一缺口和第二缺口分别位于垂直于主球心面的直径与球面的两个相交处，所述第三缺口连接第一缺口和第二缺口；在距离主球心面两侧分别一定距离的范围内，所述发声面在与主球心面平行的截面中为圆弧形，所述圆弧形的开口对应第三缺口，所述圆弧形对应的圆心角大于180度且小于360度；所述发声面具有反射超声的能力，且所述发声单元产生的超声波聚焦于发声面对应的球心。

【技术特征摘要】
1.一种超声换能器，包括发声单元和发声面，所述发声单元用于产生超声波，其特征在于，所述发声面为具有第一缺口、第二缺口、第三缺口的球面，其中，所述发声面对应的球面的一个球心面为主球心面，所述第一缺口和第二缺口分别位于垂直于主球心面的直径与球面的两个相交处，所述第三缺口连接第一缺口和第二缺口；在距离主球心面两侧分别一定距离的范围内，所述发声面在与主球心面平行的截面中为圆弧形，所述圆弧形的开口对应第三缺口，所述圆弧形对应的圆心角大于180度且小于360度；所述发声面具有反射超声的能力，且所述发声单元产生的超声波聚焦于发声面对应的球心。2.如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述第一缺口和第二缺口的边缘分别位于第一平面和第二平面中。3.如权利要求2所述的超声换能器，其特征在于，所述第一平面与第二平面均平行于所述主球心面。4.如权利要求3所述的超声换能器，其特征在于，所述第一平面与第二平面间的距离在80～1000mm。5.如权利要求4所述的超声换能器，其特征在于，所述第一平面与第二平面间的距离在150～500mm。6.如权利要求3所述的超声换能器，其特征在于，所述第一平面与主球心面间的距离等于所述第二平面与主球心面间的距离。7.如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述发声面在任意平行于主球心面的截面中...

【专利技术属性】
技术研发人员：许贵华，叶方伟，雷光荣，宋丹，刘华伟，李三勇，
申请(专利权)人：重庆海扶医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50