CN102847238B - 一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是涉及浅表组织超声治疗领域，尤其涉及一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置及实现方法。本发明针对现有技术存在的问题，提供一种改变超声波束辐射方向的治疗装置及实现方法，通过改变高能量超声波束的辐射方向来实现对腔内侧壁病灶的治疗，其成本低廉，不改变医生的操作习惯，治疗安全、有效，易于掌握。本发明装置包括压电换能器1，固定装置2、球面套5、波导管3、反射装置4，压电换能器1固定于座2上，底座2与波导管3螺纹连接或者螺钉锁紧装置连接；波导管3另一端与球面套5机械连接；反射装置内置于波导管另一端，并与球面套5机械连接，并通过一系列的步骤完成设计。本发明主要应用于浅表组织超声治疗领域。
Description
技术领域
本发明是涉及浅表组织超声治疗领域，尤其涉及一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置及实现方法。
背景技术
现有技术中超声治疗设备的关键部件是压电换能器，以及附加在压电换能器上起到能量转变的装置，它的结构形式直接关系到超声波输出能量的大小、形态变化和治疗效果，特别是受治疗空间限制的浅表组织聚能超声治疗及其装置。由于超声治疗头口径仅为ø10mm左右，目前市场上的同类产品，均是以治疗头前端部聚焦或会聚（聚能）形式输出声功率对浅表组织正面病灶进行治疗，而对浅表组织侧壁的病灶则无能为力，使治疗受到一定的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题，提供一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置及实现方法，通过超声波的传播特性、波导管和反射装置，改变高能量超声波束辐射方向实现对浅表组织侧壁病灶的治疗，其成本低廉，不改变医生的操作习惯，治疗安全、有效，易于掌握。
本发明采用的技术方案如下：
一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置，包括：
压电换能器，通过外加电场产生超声波；底座，用于固定压电换能器；波导管，用于引导所述的超声波会聚；反射装置，用于改变沿波导管轴线方向输出超声波束的辐射方向；所述压电换能器与波导管一端机械连接；所述反射装置内置于波导管另一端，并与其机械连接。
一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置，还包括球面套，所述球面套为中空结构包括半球体结构、开口端，所述开口端周边分别与反射装置、波导管过盈配合连接。
所述压电换能器为平面压电陶瓷晶片。
所述波导管为中空结构，包括大端、小端、大端到小端具有不等直径流线型曲面结构的流线型管，其中大端一端、流线型管、小端一端一体化连接，大端另一端通过底座与压电换能器机械连接，小端另一端与球面套开口端周边过盈配合连接，波导管的大端与流线型管过渡切面距离超声波在波导管轴线方向自会聚形成高能量区域焦距F为：
，T是压电换能器直径；λ是超声波在水中的波长；波导管流线型管有效长度为L，满足L小于F/2。
所述小端为圆台结构，所述圆台结构底部与流线型管一体化连接，所述圆台顶部与球面套过盈配合连接。
所述反射装置为圆柱结构，其反射面位于圆柱顶部，该反射面与圆柱中轴线成45°夹角，所述圆柱中轴线与波导管轴线重合，圆柱结构底部嵌入球面套开口端，并与球面套开口端周边过盈连接；圆柱结构与小端过盈配合连接。
所述反射装置为圆锥结构，其圆锥母线与波导管轴线夹角为45°；圆锥底部嵌入球面套开口端，并与球面套开口端周边过盈配合连接；圆锥结构与小端过盈配合连接。
所述圆锥底面直径或者圆柱结构端面直径小于球面套开口端直径，且大于等于球面套开口端直径0.01mm。
一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置实现方法，包括步骤：
a、压电换能器将外加激励源输入电压信号转换为超声波形成第一波源，执行步骤b；
b．通过波导管加强沿轴线方向的第一波源自会聚作用，形成第二波源，执行步骤c；
c．通过反射装置改变第二波源的辐射方向。
所述步骤b中，波导管的大端与流线型管过渡切面距离超声波在波导管轴线方向自会聚形成高能量区域焦距F为：，T是压电换能器直径；λ是超声波在水中的波长，其中；波导管流线型管有效长度为L，满足L小于F/2。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
利用超声波的传播特性、波导管和改变超声波束辐射方向的反射装置，将具有能量的超声波束经过会聚，并且折转90°方向的折转处理，利用折转后的超声波能对腔内侧壁上单点灶或环形灶进行超声治疗，其成本低廉有效，治疗过程中便于掌握和控制。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为反射装置实施例一的超声治疗装置结构图；
图2为反射装置实施例二的超声治疗装置结构图；
图3为反射装置实施例一的超声治疗装置波线传输示意图；
图4为反射装置实施例二的超声治疗装置波线传输示意图；
图5是压电换能器自会聚示意图；
图6是压电换能器与波导管内波线传输设计示意图；
图7是波导管结构示意图；
图8实施例一反射装置波线反射示意图；
图9实施例二反射装置波线反射示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
图3到图6中由压电换能器产生的第一波源、第二波源在波导管中传输时，是经过多次反射最后将超声波束通过反射装置，进行了波束辐射方向的改变，在图3到图6中，只是对波束的总体辐射方向进行了标注。
具体结构设计如下：
结构如图1、图2所示，一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置包括压电换能器1，底座2、波导管3、反射装置4、球面套5，压电换能器1通过底座2与波导管3一端机械连接（可以是螺纹连接或者螺钉锁紧装置连接）；波导管3另一端与球面套5过盈连接；反射装置4内置于波导管另一端，并与球面套5过盈连接。超声波在装置中的传输示意图如图3、图4所示。
1.
波导管设计
原理：如图5所示，压电换能器1采用平面压电陶瓷晶片，将其发出的超声波束作为第一波源，此波源在输出路径上具有自会聚的特性，自会聚形成焦距为F的高能量区域。波导管3的大端31与压电换能器1螺纹连接，波导管3的大端31与流线型管32过渡切面距离超声波在波导管3轴线方向自会聚形成高能量（对于治疗超声作用在病灶组织上，使组织发生变性的能量，而使组织达到变性的温度在医学上为43℃以上，即使得组织细胞可以受损达到温度43℃上的高能量区域）区域的焦距为F，焦距F按公式计算：
式中：T--换能器晶片直径；λ--超声波在水中的波长；
从波束入射方向看，平面波入射到波导管3的流线型管32上时，超声波沿波导管3光滑的内壁多次反射至波导管小端33与流线型管结合处，即将压电换能器1发出的低能量（相对于高能量区域，即不使得组织细胞发生变性的能量）超声波束作为第一波源，将其会集成具有较高能量的超声波束，该波束沿着主声束轴线传输至反射装置入射端面处形成第二波源。
如图6所示，波导管3曲面有效长度设计为L，且满足2L＜F的条件，即可加强超声波束的汇集形态作用。
结构图如图7所示，波导管3为中空结构，包括大端31、具有圆台结构的小端33、大端31到小端33具有不等直径的流线型曲面结构的流线型管32，其中大端31一端、流线型管32、小端33一端一体化连接，大端另一端通过底座2与压电换能器1螺纹密封连接，小端33另一端与球面套开口端周边过盈配合连接。
2.
反射装置
根据腔内结构环境治疗的需要，采用具有会聚超声能量功能的波导管与反射装置改变第二波源辐射方向达到最终设计目的。治疗装置可对装置侧壁病灶进行超声治疗，就必须对波导管轴线方向输出的治疗波源进行折转90°方向的处理，利用折转后的超声波束对病灶进行超声治疗。
反射装置优选实施一：如图8所示，反射装置4一端为圆柱结构，其反射面（第二波源入射端面）位于圆柱顶部，该反射面与圆柱中轴线成45°夹角，所述圆柱中轴线与波导管3轴线重合，圆柱结构底部嵌入球面套5开口端，并与球面套5开口端周边过盈连接，最终将压电换能器1生成的超声波源形成的第二波源，经过如图8所示的反射装置4的反射面，形成单点波源对浅表组织侧壁单点灶进行治疗。
反射装置优选实施例二：如图9所示，反射装置4一端为圆锥结构，其圆锥母线与波导管轴线夹角为45°，圆锥母线之间夹角为90°；圆锥底部嵌入球面套开口端，并与球面套开口端周边过盈配合连接，圆锥结构与波导管过盈配合连接，第二波源经过反射装置4的圆锥表面（第二波源入射端面）形成环形波源对浅表组织侧壁多点灶进行治疗。
3、球面套设计
所述球面套为中空结构，所述球面套包括半球体结构、开口端，所述开口端周边分别与反射装置1、波导管3的小端33过盈配合连接。
一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置实现方法，包括步骤：
a、压电换能器1将外加激励源输入电压信号转换为超声波形成第一波源，执行步骤b；
b、波导管3的大端31与流线型管32过渡切面距离超声波在波导管3轴线方向自会聚形成高能量区域的焦距F为：，T是压电换能器1直径；λ是超声波在水中的波长；波导管3的流线型管32有效长度为L，满足L小于F/2。通过波导管3加强沿轴线方向的第一波源自会聚作用，形成第二波源，执行步骤c；
c、通过反射装置改变第二波源的辐射方向。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (6)
1.一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置，包括
压电换能器，通过外加电场产生超声波；
底座，用于固定压电换能器；
其特征在于还包括：
波导管，用于引导所述的超声波会聚；
反射装置，用于改变沿波导管轴线方向输出超声波束的辐射方向；
所述压电换能器通过底座与波导管一端机械连接；所述反射装置内置于波导管另一端，并与其机械连接；
球面套，所述球面套为中空结构，所述球面套包括半球体结构、开口端，所述开口端周边分别与反射装置、波导管过盈配合连接；所述压电换能器为平面压电陶瓷晶片；所述波导管为中空结构，包括大端、小端、大端到小端具有不等直径流线型曲面结构的流线型管，其中大端一端、流线型管、小端一端一体化连接，大端另一端通过底座与压电换能器机械连接，小端另一端与球面套开口端周边过盈配合连接，波导管的大端与流线型管过渡切面距离超声波在波导管轴线方向自会聚形成高能量区域焦距F为： ，T是压电换能器直径；λ是超声波在水中的波长；波导管流线型管有效长度为L，满足L小于F/2。
2.根据权利要求1所述的一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置，其特征在于所述小端为圆台结构，所述圆台结构底部与流线型管一体化连接，所述圆台顶部与球面套过盈配合连接。
3.根据权利要求1所述的一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置，其特征在于所述反射装置为圆柱结构，其反射面位于圆柱顶部，该反射面与圆柱中轴线成45°夹角，所述圆柱中轴线与波导管轴线重合，圆柱结构底部嵌入球面套开口端，并与球面套开口端周边过盈连接；圆柱结构与小端过盈配合连接。
4.根据权利要求1所述的一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置，其特征在于所述反射装置为圆锥结构，其圆锥母线与波导管轴线夹角为45°，圆锥母线之间夹角为90°；圆锥底部嵌入球面套开口端，并与球面套开口端周边过盈配合连接；圆锥结构与小端过盈配合连接。
5.根据权利要求3或4所述的一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置，其特征在于所述圆锥底面直径或者圆柱结构端面直径小于球面套开口端直径，且大于等于球面套开口端直径0.01mm。
6.一种改变超声波束辐射方向的超声治疗装置实现方法，其特征在于，包括步骤：
a．压电换能器将外加激励源输入电压信号转换为超声波形成第一波源，执行步骤b；
b．通过波导管加强沿轴线方向的第一波源自会聚作用，形成第二波源，执行步骤c；
c．通过反射装置改变第二波源的辐射方向；所述步骤b中，波导管的大端与流线型管过渡切面距离超声波在波导管轴线方向自会聚形成高能量区域焦距F为： ，T是压电换能器直径；λ是超声波在水中的波长；波导管流线型管有效长度为L，满足L小于F/2。
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