CN104771840A - 一种介入治疗用超声发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介入治疗用超声发射装置，涉及介入治疗技术领域，所述装置包括：超声波换能器、上电极和下电极，所述超声波换能器的上表面的粗糙度大于所述超声波换能器的下表面的粗糙度，所述上电极敷设于所述超声波换能器的上表面，所述下电极敷设于所述超声波换能器的下表面，所述超声波换能器的厚度取值范围为0.06～0.66mm。本发明通过结构设置，实现了超声发射介入治疗，可对人体进行特定区域治疗。

Description

一种介入治疗用超声发射装置

技术领域

本发明涉及介入治疗技术领域，特别涉及一种介入治疗用超声发射装置。

背景技术

超声波是指在弹性介质中传播的声源振动频率大于20,000Hz的机械波，具有以下物理特性：（1）方向性好。由于超声波的频率高，波长短，接近红外线的波长，因此和光线一样，具有较强的方向性，形成超声波束，能沿一定的方向传播，可以定向发射超声能量；（2）反射和透射。超声波在体内传播中碰到不同组织密度形成的界面时，一部分产生反射波，另一部分可透过该界面进入深层组织。透射波遇到深层界面又可产生新的反射和透射波，如此直达深部。因此超声能量在传播方向上具有一定的穿透性，同时反射回来的超声信号又能通过超声波换能器的逆压电效应转变为电信号，从而分析和反馈超声能量传播情况，并可用于成像；（3）穿透性与分辨率。超声波的频率越高，分辨力就越高，但穿透力越低。相反，频率越低，穿透力就越强，但分辨力较差。

除了以上物理特性以外，超声波作用于人体时也会产生三大效应，分别是：（1）机械效应。机械效应是超声波特有的一种基本的原发的作用。超声波在人体组织中传递时，细胞与体液成为超声波在体内传递的介质，从而可以使细胞间产生相对运动。因此超声波对组织内物质和细胞可以产生一种“微细按摩”的作用。这种作用可引起细胞功能的改变，可引起生物体的许多反应。超声波的机械作用可软化组织、增强渗透、提高代谢、促进血液循环、刺激神经系统及细胞功能；（2）热效应。超声波作用于机体时可产生热，超声波热作用的独特之处是除普遍吸收之外，还可选择性加热，主要是在两种不同介质的交界面上生热较多，因此可根据治疗部位及其深度的不同，选择合适的超声频率和功率；（3）空化效应，空化效应是基于超声波的机械效应和热效应，可继发许多物理的或化学的变化。具有物理学特性的超声机械振动，以及在此基础上产生的分布特殊的“内生热”和必然引起的生物理化改变。与此同时，超声可在体液、血液中进行传播，属于非接触式能量传递形式，因此可以不直接接触组织或管腔而达到治疗的目的，可减少对人体的损伤。正是基于以上特点，目前超声已广泛应用于成像、检测、理疗和消融等医疗领域。

但由于现有技术中均采用体外式超声发射装置，其仅能在人体外部进行超声发射，超声发射的覆盖面过于广泛，无法对人体内的特定区域治疗，满足不了治疗一些疾病的特别要求。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现超声发射介入治疗，对人体进行特定区域治疗。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种介入治疗用超声发射装置，所述装置包括：超声波换能器、上电极和下电极，所述超声波换能器的上表面的粗糙度大于所述超声波换能器的下表面的粗糙度，所述上电极敷设于所述超声波换能器的上表面，所述下电极敷设于所述超声波换能器的下表面，所述超声波换能器的厚度取值范围为0.06～0.66mm。

其中，所述装置还包括：背衬基座，所述超声波换能器安装于所述背衬基座上，所述下电极与所述背衬基座相接触。

其中，所述背衬基座与所述下电极之间设有温度传感器。

其中，所述背衬基座上设有n个冷却液入口，所述n个冷却液入口分别与冷却管出口连接，剩余的冷却口与冷却管入口连接，所述n为不小于1的整数。

其中，所述背衬基座的内部为中空的腔体，所述背衬基座上设有m个冷却液出口，所述m个冷却液出口分别与冷却管入口连接，所述冷却管出口、腔体和冷却管入口形成通路，所述m为不小于1的整数。

其中，所述上电极和下电极的厚度取值范围均为10nm～1μm。

其中，所述装置还包括：两根导线，所述两根导线与所述上电极及下电极一一对应连接，以提供电信号。

其中，所述超声波换能器的材料为压电材料或磁致伸缩材料。

其中，所述压电材料为铌酸锂。

其中，所述超声波换能器采用除铌酸锂外的其他材料时，所述超声波换能器外表面设有隔离层。

（三）有益效果

本发明通过结构设置，实现了超声发射介入治疗，可对人体进行特定区域治疗。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的介入治疗用超声发射装置中超声波换能器为管状时的结构示意图（超声波可从管外表面向周围一圈发射，一次可治疗一周的靶区，超声波换能器的外表面为上表面，内表面为下表面）；

图2是本发明一种实施方式的介入治疗用超声发射装置中超声波换能器为3/4管状（即横截面为3/4的环状）时的结构示意图（超声波可从管外表面向周围3/4圈发射，一次可治疗3/4周的靶区，超声波换能器的外表面为上表面，内表面为下表面）；

图3是本发明一种实施方式的介入治疗用超声发射装置中超声波换能器为1/2管状（即横截面为1/2的环状）时的结构示意图（超声波可从管外表面向周围1/2圈发射，一次可治疗1/2周的靶区，超声波换能器的外表面为上表面，内表面为下表面）；

图4是本发明一种实施方式的介入治疗用超声发射装置中超声波换能器为1/4管状（即横截面为1/4的环状）时的结构示意图（超声波可从管外表面向周围1/4圈发射，一次可治疗1/4周的靶区，超声波换能器的外表面为上表面，内表面为下表面）；

图5是本发明一种实施方式的介入治疗用超声发射装置中超声波换能器为空心半球状时的结构示意图（超声波可对半球的聚焦焦点发射，所述半球外表面为下表面，内表面为上表面）；

图6是本发明一种实施方式的介入治疗用超声发射装置中超声波换能器为矩形时的结构示意图（超声波可从矩形表面平行发射，依次可治疗相应的矩形靶区）；

图7是本发明一种实施方式的介入治疗用超声发射装置中超声波换能器为圆形时的结构示意图（超声波可从圆形表面平行发射，依次可治疗相应的圆形靶区）；

图8是本发明一种实施方式的介入治疗用超声发射装置中超声波换能器为椭圆形时的结构示意图（超声波可从椭圆形表面平行发射，依次可治疗相应的椭圆形靶区）；

图9是本发明一种实施方式的介入治疗用超声发射装置中超声波换能器为其他形状时的结构示意图；

图10是本发明第一种实施例的介入治疗用超声发射装置的侧视图；

图11是图10所示的介入治疗用超声发射装置进行治疗的正视图；

图12是本发明第二种实施例的介入治疗用超声发射装置的侧视图；

图13是图12所示的介入治疗用超声发射装置的正视图；

图14是本发明第三种实施例的介入治疗用超声发射装置的侧视图；

图15是图14所示的介入治疗用超声发射装置的正视图；

图16是图14所示的介入治疗用超声发射装置进行治疗的工作原理图；

图17是本发明第四种实施例的介入治疗用超声发射装置的结构示意图；

图18是图17所示的介入治疗用超声发射装置的正视图。

图19是本发明第五种实施例的介入治疗用超声发射装置的结构示意图；

图20是图19所示的介入治疗用超声发射装置的正视图。

图21是本发明第六种实施例的介入治疗用超声发射装置的结构示意图；

图22是图21所示的介入治疗用超声发射装置的正视图。

图23是本发明第七种实施例的介入治疗用超声发射装置的结构正视图；

图24是图23所示的介入治疗用超声发射装置的侧视图。

其中，1：超声波换能器；2：上电极；3：下电极；5：温度传感器；6：第一导线；7：第二导线；8：冷却口；9：病变体；10：背衬基座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施方式的介入治疗用超声发射装置包括：超声波换能器、上电极和下电极，所述超声波换能器的上表面的粗糙度大于所述超声波换能器的下表面的粗糙度，所述上电极敷设于所述超声波换能器的上表面，所述下电极敷设于所述超声波换能器的下表面，所述超声波换能器的厚度取值范围为0.06～0.66mm，参照图1～9，所述超声波换能器可采用管状（或3/4管状、1/2管状、1/4管状）、片状、凹面状或其他不规则形状，根据形状可发射聚焦或非聚焦超声能量。

为提高所述超声波换能器的转换效率，优选地，所述装置还包括：背衬基座，所述超声波换能器安装于所述背衬基座上，所述下电极与所述背衬基座相接触，为提高超声波换能器的工作效率，通过设置背衬基座，以强化超声波换能器的电声转换效率，从根源减少发热损耗。同时采用的冷却口进一步加强热扩散，降低超声波换能器工作时表面温度，并通过温度传感器监控换能器工作温度，通过反馈系统对治疗效果和输入信号能量进行调节，以达到治疗的有效性和安全性的统一。

为便于实时监测工作温度，保证治疗的安全性和有效性，优选地，所述背衬基座与所述下电极之间设有温度传感器。

为便于降低所述超声波换能器的表面温度，以确保安全性，优选地，所述背衬基座上设有n个冷却液入口（本实施方式中，冷却液入口用于通入生理盐水），所述n个冷却液入口分别与冷却管出口连接，剩余的冷却口与冷却管入口连接，所述n为不小于1的整数。

为进一步确保安全性，优选地，所述背衬基座的内部为中空的腔体，所述背衬基座上设有m个冷却液出口，所述m个冷却液出口分别与冷却管入口连接，所述冷却管出口、腔体和冷却管入口形成通路，所述m为不小于1的整数。

为保证上电极和下电极避免过厚导致装置的体积过大，也为了防止过薄而容易出现问题，优选地，所述上电极和下电极的厚度取值范围均为10nm～1μm。

优选地，所述上电极和下电极的材料均为金膜，可通过磁控溅射、等离子溅射、真空蒸镀或电化学镀膜等制得。

为便于对所述上电极和下电极进行供电，优选地，所述装置还包括：两根导线，所述两根导线与所述上电极及下电极一一对应连接，以提供电信号，两根导线用锡焊、电阻焊、钎焊或机械压紧等方式与上电极和下电极连接。

为实现超声波的发射，优选地，所述超声波换能器的材料为压电材料或磁致伸缩材料。

由于铌酸锂的生物性能优异，不会对人体造成影响，优选地，所述压电材料为铌酸锂，不会造成人体的排异反应，同时采用磁控溅射所得上、下电极所使用的高纯度钛和金已被证实具有优异的生物相容性，基座所用的医用PC或医用304、316L不锈钢在介入器械领域也得到了广泛使用，因此从原材料的角度来看，本装置各组成部分所用材料均具有较好的生物相容性，另外，超声波换能器由铌酸锂晶体制得，在制备过程中，铌酸锂晶体生长均匀，提拉所得的大块柱状铌酸锂单晶一致性较好，因此不同的超声波换能器之间不会因为铌酸锂单晶所取的部位不同而存在差异。与此同时，铌酸锂单晶作为压电材料，居里温度高，可达1200℃以上，工作时不会因为发热而导致频率漂移或压电性能衰减。

本实施方式的装置的制备过程为：

1、铌酸锂晶片制备及加工

本发明中所使用的铌酸锂单晶采用提拉法工艺,经过退火、极化处理制得。棒材直径为30mm，沿Y34°±0.5°方向进行切片，然后采用抛光机对其双面进行抛光，要求表面粗糙度正极面≤1μm，负极面≤2μm，抛光后晶片厚度为0.36±0.05mm，谐振频率为9MHz±2MHz，机电耦合系数为0.4±0.1MHz。

2、铌酸锂晶片清洗

待晶片抛光完成后，需对其进行清洗，以除去各种污染物（有机物、微粒、金属原子离子和微粗糙），保证后续镀膜质量，清洗方式如下：（1）将LN基片装入聚四氟乙烯基片架中，并放入RBS-1槽中，常温浸泡5小时；（2）在RBS-1槽中，温度控制在37±5℃，开启超声波30分钟（超声、间歇时间为1:1）；（3）将基片转入RBS-2槽中，温度控制在35±3℃，开启超声波30分钟（超声、间歇时间为2:1）；（4）用丙酮-无水乙醇，无尘纸擦洗，纯水冲洗5分钟以上；（5）将基片转入兆声槽中，温度控制在40±3℃，开启兆声40分钟（兆声、间歇时间比25:1）；（6）将基片转入纯水槽中，超声5分钟，纯水冲洗10分钟；（7）将基片转入甩干机中，按操作规程和适合的甩干程序甩干基片，取出放入干净的基片盒中。（8）对清洗完的基片，在50-100×的显微镜下抽检晶片表面，无污迹为合格，不合格的（3）-（7）进行返工。其中RBS-1—RBS:H₂O=1:15,RBS-2—RBS:H₂O=1:30，兆声槽清洗液—NH₃:H₂O₂:H₂O=1:8:10，兆声最大功率：20-30W,超声最大功率280-300W。

3、铌酸锂晶片镀制钛金薄膜及划片

待铌酸锂晶片清洗后，利用氮气在洁净环境中将其吹干，将晶片装入石英舟中，放入氧等离子处理机中，按氧气流量350ml/min,功率900W，按设定程序处理1分钟；将处理后的基片转入行星架上，调用镀膜参数，进行镀膜，靶材选用金靶，厚度约400nm；检查镀膜质量，要求表面膜层清洁光亮，无发灰变色现象，且附着力较强，表面均匀。

将UV膜绷在绷膜框上，将磁控溅射处理后晶片放在UV膜上；将贴膜后的晶片放置在划片机承片台上，开启真空吸紧固定，设定零高度；设定砂轮转速（20000-24000r/min)、划片速度（3-10mm/min)、切割深度、划片间距、承载台X向行程等参数；开启划片，同时通高压纯水冷却、润滑和清除碎屑。要求划成的小片边缘整齐，无多角、崩边、裂纹；表面无划伤、无残留晶渣及脏物污染。

4、背衬基座加工及安装

背衬基座材料为医用级塑料或不锈钢金属，根据所要实现的功能，设计不同形状的背衬基座，用来安装超声波换能器。医用级塑料材料的加工采用开模注塑制备，不锈钢金属材料的加工采用常用机械加工手段与线切割工艺相结合，同时需要注意保证绝缘性，避免超声波换能器上、下电极发生短路。

由于采用除铌酸锂外的其他材料时，为避免对人体造成影响，优选地，所述超声波换能器外表面设有隔离层。

实施例1

图10是本发明第一种实施例的介入治疗用超声发射装置的侧视图；图11是图10所示的介入治疗用超声发射装置进行治疗的正视图；图12是图10所示的介入治疗用超声发射装置进行治疗的工作原理图；参照图10～12，所述装置包括超声波换能器1、温度传感器5、冷却口8和背衬基座10。本实施例中，背衬基座10整体为圆柱形，头端呈球头处理，以免损伤人体管腔或组织，沿圆柱中线加工一个平面，用于安装超声波换能器，两者之间通过胶黏剂粘接，在超声波换能器的背面，沿背衬基座开出两道槽，用于对超声波换能器片与背衬基座系统进行冷却。

实施例2

图13是本发明第二种实施例的介入治疗用超声发射装置的侧视图；图14是图13所示的介入治疗用超声发射装置的正视图；参照图13～14，所述装置包括：两个相对安装的超声波换能器1、温度传感器5、冷却口8和背衬基座10。本实施例中，背衬基座整体为圆柱形，头端呈球头处理，沿圆柱相对位置加工两个平面，用于安装超声波换能器，超声波换能器与背衬基座之间用胶黏剂粘接。安装的两个相对位置的超声波换能器互为背衬，可更进一步强化转换率，同时沿两个方向发射超声能量，一次治疗两个靶区，提高治疗效率。

实施例3

图15是本发明第三种实施例的介入治疗用超声发射装置的侧视图；图16是图15所示的介入治疗用超声发射装置的正视图；参照图15～16；所述装置包括超声波换能器1、温度传感器5、冷却口8和背衬基座10。本实施例中，背衬基座整体为圆柱形，头端呈球头处理，沿圆柱中间位置开出一个凹槽，其形状和大小与超声波换能器相匹配，安装时，把超声波换能器嵌入槽中，缝隙边缘部分用胶黏剂填充，本实施例通过卡槽限位和胶黏剂粘接两种方式共同固定超声波换能器和背衬基座，使两者之间结合更为牢固。

实施例4

图17是本发明第四种实施例的介入治疗用超声发射装置的结构示意图；图18是图17所示的介入治疗用超声发射装置的正视图；参照图17～18，所述装置包括超声波换能器1矩阵、温度传感器5和背衬基座10。本实施例中，背衬基座整体为弧形，其内弧面上开出一系列平面卡槽，其形状和大小与超声波换能器相匹配，超声波换能器与背衬基座之间用胶黏剂粘接，本实施例中，多个超声波换能器同时工作，其中可全部用于发射超声能量，也可以部分用于发射超声能量，而另一部分用于接收反射的超声信号，可集收发功能于一体，在治疗同时进行影像观察。与此同时，可通过调节背衬基座弧度改变换能器矩阵焦点及接收信号的来源方向。

实施例5

图19是本发明第五种实施例的介入治疗用超声发射装置的侧视图；图20是图19所示的介入治疗用超声发射装置的正视图；参照图19～20，所述装置包括：空心圆柱形超声波换能器1、温度传感器5、冷却口8和背衬基座10。本实施例中，背衬基座整体为圆柱形，头端呈球头处理，超声波换能器为空心圆柱形，可向周围一周发射超声能量，从而实现360度治疗效果，从而提高治疗效率。

实施例6

图21是本发明第五种实施例的介入治疗用超声发射装置的侧视图；图22是图21所示的介入治疗用超声发射装置的正视图；参照图21～22，所述装置包括：1/4空心圆柱形超声波换能器1、温度传感器5、冷却口8和背衬基座10。本实施例中，背衬基座整体为圆柱形，头端呈球头处理，根据超声波换能器形状加工出一个1/4空心圆柱形槽，超声波换能器为1/4空心圆柱形，可向周围1/4周发射超声能量，从而实现对治疗区域可控。

实施例7

图23是本发明第五种实施例的介入治疗用超声发射装置的正视图；图24是图23所示的介入治疗用超声发射装置的侧视图；参照图23～24，所述装置包括：不规则形状超声波换能器1、温度传感器5、冷却口8和背衬基座10。本实施例中，背衬基座整体为圆柱形，头端呈球头处理，根据不规则形状超声波换能器加工出一个凹槽，用以安装超声波换能器，超声波换能器为不规则形状，可根据所需治疗的区域对其形状进行设计，从而实现定制式治疗。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种介入治疗用超声发射装置，其特征在于，所述装置包括：超声波换能器、上电极和下电极，所述超声波换能器的上表面的粗糙度大于所述超声波换能器的下表面的粗糙度，所述上电极敷设于所述超声波换能器的上表面，所述下电极敷设于所述超声波换能器的下表面，所述超声波换能器的厚度取值范围为0.06～0.66mm。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：背衬基座，所述超声波换能器安装于所述背衬基座上，所述下电极与所述背衬基座相接触。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述背衬基座与所述下电极之间设有温度传感器。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述背衬基座上设有n个冷却液入口，所述n个冷却液入口分别与冷却管出口连接，剩余的冷却口与冷却管入口连接，所述n为不小于1的整数。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述背衬基座的内部为中空的腔体，所述背衬基座上设有m个冷却液出口，所述m个冷却液出口分别与冷却管入口连接，所述冷却管出口、腔体和冷却管入口形成通路，所述m为不小于1的整数。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上电极和下电极的厚度取值范围均为10nm～1μm。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：两根导线，所述两根导线与所述上电极及下电极一一对应连接，以提供电信号。

8.如权利要求1～7中任一项所述的装置，其特征在于，所述超声波换能器的材料为压电材料或磁致伸缩材料。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述压电材料为铌酸锂。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述超声波换能器采用除铌酸锂外的其他材料时，所述超声波换能器外表面设有隔离层。