CN108434615B - 一种作用于前列腺的超声波体外辐射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种作用于前列腺的超声波体外辐射装置，包括超声波信号发生器和超声波辐射器，超声波辐射器将超声波信号发生器所产生的超声波驱动信号转换成超声波能量进行辐射，超声波驱动信号的中心频率与超声波辐射器的中心频率相匹配；其特征在于，所述超声波辐射器包括平面压电陶瓷换能器及用于固定所述平面压电陶瓷换能器的外壳；所述平面压电陶瓷换能器的电极线引出连接超声波信号发生器；所述外壳由一个辐射匹配层和一个底座组合而成，所述平面压电陶瓷换能器放置于辐射匹配层和底座之间。本发明使得超声波辐射效率更高，能够有效地向前列腺辐射超声波，明显提高治疗效果。

Description

一种作用于前列腺的超声波体外辐射装置

技术领域

本发明属于体外超声波治疗仪领域，涉及应用于前列腺治疗的超声波治疗仪，具体的说是一种用于治疗前列腺炎的超声波治疗仪。

背景技术

超声波作为一种安全，简便的能量辐射模式，由于其独特的生物效应，使其在很多疾病的治疗中具有很好的效果，具有其他能量辐射模式所不具备的优势。

特别是对于像前列腺这类处于人体深部的器官，低频超声波由于其衰减小，能量定向性好可以直达该器官，且均匀作用于整个器官。

在所有前列腺疾病中，前列腺炎的发病率是最高的，且其他一些前列腺疾病例如前列腺增生、前列腺肥大等前期表现也是前列腺炎，所以治疗前列腺炎对于前列腺健康有非常重要的意义。

低频超声波消炎就是通过向人体中的局部发炎部位发射振幅适当的超声波，使得发炎部位及周边正常组织产生非破裂的瞬间准空化状态，使得组织的微循环的通透性增强，促使液性的炎症组织可以向周边组织扩散，直至人体正常组织对炎症的吸收能力超过炎症组织产生的能力，从而抑制炎症病变部位的炎症组织聚集和发展。

超声波消炎并不是通过超声波能量直接杀灭任何炎症组织，而只是通过促使炎症扩散来降低局部炎症组织的浓度到正常组织可以吸收的水平以下，所以不会对正常生物组织产生破坏，保证了超声波治疗过程的安全。

特别是对于像前列腺组织这类短纤维、通透性差的器官，超声波促进炎症扩散的治疗效果比其他能量形式和药物治疗都更好。

而且采用低频超声波从体外就可以直达前列腺且声场可以完整覆盖整个前列腺 。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种将适当强度和频率的超声波从体外辐射进入体内后能够覆盖前列腺及部分周边组织的装置。

前列腺位于正常人体的骨盆之中，前贴趾骨联合，后贴直肠，从体外看大部分被盆骨遮挡，一般超声波不易穿透盆骨对前列腺实现有效照射。只有通过会阴部才有足够的通道使得横截面大于前列腺的超声波声束可以从体表直达并覆盖前列腺且传播距离最近。

为实现上述发明目的，本发明具体采用如下技术方案：

一种作用于前列腺的超声波体外辐射装置，包括超声波信号发生器和超声波辐射器，超声波辐射器将超声波信号发生器所产生的超声波驱动信号转换成超声波能量进行辐射，超声波驱动信号的中心频率与超声波辐射器的中心频率相匹配；其特征在于，所述超声波辐射器包括平面压电陶瓷换能器及用于固定所述平面压电陶瓷换能器的外壳；所述平面压电陶瓷换能器与超声波信号发生器电连接；所述外壳由一个辐射匹配层和一个底座组合而成，所述平面压电陶瓷换能器放置于辐射匹配层和底座之间；所述平面压电陶瓷换能器的背面与底座之间采用空气或高吸声材料进行隔离，其辐射面粘贴固定于辐射匹配层的下表面；所述辐射匹配层采用超声波传播衰减小的实心材料，其下表面为光滑平面，上表面为光滑凸起曲面，曲面几何中心法线与底座支撑平面法线呈一夹角。

本发明作用于前列腺的超声波体外辐射装置，将超声波辐射器的辐射表面设计成凸起曲面，并使曲面几何中心法线与底座支撑平面法线呈一夹角，平面压电陶瓷换能器辐射面法线位于该曲面的几何中心法线与底座支撑平面法线之间，或与两法线中任一法线平行，使得患者在坐姿的状态下有较好的舒适度，且辐射器辐射面中心与人体会阴部紧密贴合，使得超声波辐射效率更高，能够有效地向前列腺辐射超声波，明显提高治疗效果。经试验，使用本发明装置，患者前列腺炎的症状均得到很明显的治疗效果，证明本发明具有很好的应用价值。

附图说明

图1是本发明辐射装置的结构示意图；

图2是圆形超声波辐射器的结构示意图；

图3是辐射匹配层上表面曲线的一种形式；

图4是矩形超声波辐射器的结构示意图；

图5是平面压电陶瓷换能器、辐射匹配层、底座三者之间的一种组合形式；

图6是平面压电陶瓷换能器、辐射匹配层、底座三者之间的另一种组合形式；

图7是圆形平面压电陶瓷换能器与超声波信号发生器电缆连接的一种形式；

图8是矩形平面压电陶瓷换能器与超声波信号发生器电缆连接的一种形式。

具体实施方式

本发明作用于前列腺的超声波体外辐射装置包含超声波信号发生器和超声波辐射器，两者通过电缆连接。

超声波信号发生器产生中心频率与超声波辐射器中心频率相同的超声波驱动信号，超声波辐射器是将超声波信号发生器所产生的超声波驱动信号转化成超声波能量并辐射到人体内部的部件。本发明装置具体作用于前列腺。

为提供足够的瞬间能量但又不会产生过高的温度，超声波驱动信号应采用脉冲调制方式，超声波驱动信号的波形可以是正弦波、方波或三角波等。

超声波辐射器包括一个平面压电陶瓷换能器，其中心频率应大于18KHz，小于500KHz；

平面压电陶瓷换能器可以是单片圆形或矩形平面压电陶瓷换能器，也可以是由多片较小的平面压电陶瓷换能器所组成的阵列换能器，只要总的辐射面符合下述尺寸要求：

平面压电陶瓷换能器的发射面的范围应该在30mm*30mm到80mm*80mm之间；太小难以覆盖整个前列腺器官，太大则使得更多的超声波能量被辐射到周边组织，且影响使用者的舒适度。

超声波辐射器还包括一个辐射匹配层，其目的是使得辐射器表面与处于坐姿的人体会阴部表面能够紧密的贴合以实现超声波的有效耦合。

辐射匹配层采用声传播性能良好的材料，其背面（下表面）为光滑平面，平面压电陶瓷换能器的辐射面就用结构胶粘贴固定于该平面，保证良好的声耦合。

患者处于坐姿时，会阴附近体表是一个复杂形状，但整体呈凹陷状，这就要求辐射匹配层的上表面（其辐射面）呈凸起状的曲面，以实现与人体表面的紧密贴合。

上述凸起曲面只要是单调光滑的曲面均能实现本发明的目的，但是考虑到患者的舒适度，以及设计加工的简便性，一个或多个球面，圆柱面的组合会是本发明实施方案的优选方向，其他对称连续函数曲线如sinc曲线、正态分布曲线等形成的旋转曲面或柱状曲面也能够提升患者使用舒适度。

同时，患者处于正坐姿状态下，会阴部体表呈前高后低的状态，为适应此状态，其辐射匹配层辐射面的曲面几何中心法线与座椅平面法线之间应该有一个夹角，这个夹角应小于等于30°，优选10°到15°之间能够有较好的舒适度。

如果换能器的平面形状为圆形，则辐射匹配层的辐射面以球面为佳，辐射面最大凸起高度范围5mm到30mm之间。

如果换能器的平面形状为矩形，则辐射匹配层的辐射面以圆柱面为佳，辐射面最大凸起高度范围同样在5mm到30mm之间。

超声波辐射器还需要一个底座，底座与辐射匹配层共同组合成超声波辐射器的外壳，可以采用嵌合、卡扣等多种组合方式，用于放置平面压电陶瓷换能器。底座的底部是一个稳定的支撑平面，且与座椅平面平行，使超声波辐射器能够稳定放置在座椅平面上。上述的辐射匹配层辐射面曲面几何中心法线与座椅平面法线之间的夹角就是由辐射匹配层辐射面曲面几何中心法线和底座支撑平面法线之间的夹角来实现的。

平面压电陶瓷换能器的背面（与其辐射面相反的一面）与底座之间的声耦合应尽可能低，通常采用空气隔离或其他高吸声材料隔离。

将辐射器匹配层表面设计为凸起曲面，并使曲面几何中心法线与底座支撑平面法线呈一夹角，平面压电陶瓷换能器辐射面法线位于辐射匹配层表面曲面的几何中心法线与底座支撑平面法线的夹角之间，或与两法线中任一法线平行，使得超声波辐射效率更高，使用更简便舒适，是本发明所涉及应用的关键。

实施例1

如图1所示，超声波信号发生器1由电池或交流供电，产生大于200V_p-p 的脉冲调制的方波驱动信号，其中心频率约40KHz，主要根据超声波辐射器3中的换能器的中心频率确定，脉冲调制的重复频率40Hz；占空比小于10%；超声波驱动信号也可以是正弦波或其他波形，脉冲调制的重复频率和占空比的设置以产品不会明显的发热和不会产生令患者不适的噪声为准。超声波驱动信号的产生有许多有效的方法，如何产生不在本发明所讨论的范围之内。

超声波辐射器结构3如图2所示，它包括一个圆形的平面压电陶瓷换能器3-1，一个辐射匹配层3-2，一个底座3-3，平面压电陶瓷换能器3-1放置于辐射匹配层3-2和底座3-3之间。图2示出超声波信号发生器和超声波辐射器的一种电缆连接方式，平面压电陶瓷换能器3-1的两个电极被引出，电缆一头设计成两芯电插座与换能器3-1的两个电极相连，另一头设计成插头与超声波信号发生器上设置的电连接插孔相连。电缆连接方式还可以采用图7的形式，电缆两头都设计成插头形式，分别与平面压电陶瓷换能器和超声波信号发生器上设置的电连接插孔相连。平面压电陶瓷换能器3-1的辐射面用结构胶粘贴于辐射匹配层3-2的下表面（为平面），选用直径为50mm，中心频率40KHz的压电陶瓷片，辐射匹配层3-2的上表面为一个球面，球面半径42mm，中心凸起约10mm。辐射匹配层3-2的材料采用超声波传播衰减小的实心材料，如实心的ABS或PVC、尼龙等塑料材料均可。

图3是采用圆形平面压电陶瓷换能器的超声波辐射器的辐射表面的另一种形式，辐射匹配层的上表面由两个球面组成，中心的球面球面半径较小，外围的球面球面半径较大，该实施例的中心和外围的球面半径分别为20.7mm （R1）和78mm（R2）。两个球面之间可以采用一个工艺圆角过度，具体视生产工艺而定。

图5反映了平面压电陶瓷换能器、辐射匹配层、底座三者之间的一种组合关系，平面压电陶瓷换能器平面与底座的支撑面平行，两平面法线平行，辐射匹配层辐射面几何中心法线与底座的支撑面法线夹角α为12°。

图6反映了平面压电陶瓷换能器、辐射匹配层、底座三者之间的另一种组合关系，平面压电陶瓷换能器平面法线与底座的支撑平面法线夹角α为12°，辐射器匹配层辐射面几何中心法线与平面压电陶瓷换能器平面法线平行。

平面压电陶瓷换能器的辐射面法线还可以位于辐射匹配层上表面曲面的几何中心法线与底座支撑平面法线的夹角之间，此时平面压电陶瓷换能器的辐射面法线与辐射匹配层上表面曲面的几何中心法线和底座支撑平面法线之间都有一夹角。

实施例2

本实施例的超声波体外辐射装置与实施例1基本结构相同，不同在于平面压电陶瓷换能器3-1采用矩形的压电陶瓷片换能器，超声波辐射器3的辐射匹配层3-2的上表面为圆柱面，如图4所示。上述圆柱表面也可以由中间半径较小、外侧半径较大的多个柱面组合形成，其横截面的形状类似于图3。超声波信号发生器和超声波辐射器的电缆连接方式如图8所示。

Claims (8)

1.一种作用于前列腺的超声波体外辐射装置，包括超声波信号发生器和超声波辐射器，超声波辐射器将超声波信号发生器所产生的超声波驱动信号转换成超声波能量进行辐射，超声波驱动信号的中心频率与超声波辐射器的中心频率相匹配；其特征在于，所述超声波辐射器包括平面压电陶瓷换能器及用于固定所述平面压电陶瓷换能器的外壳；所述平面压电陶瓷换能器与超声波信号发生器电连接；所述外壳由一个辐射匹配层和一个底座组合而成，所述平面压电陶瓷换能器放置于辐射匹配层和底座之间；所述平面压电陶瓷换能器的背面与底座之间采用空气或高吸声材料进行隔离，其辐射面粘贴固定于辐射匹配层的下表面；所述辐射匹配层采用超声波传播衰减小的实心材料，其下表面为光滑平面，上表面为光滑凸起曲面，该曲面几何中心法线与底座支撑平面法线呈一夹角。

2.如权利要求1所述的作用于前列腺的超声波体外辐射装置，其特征在于所述超声波辐射器的中心频率大于18KHz小于500KHz。

3.如权利要求1所述的作用于前列腺的超声波体外辐射装置，其特征在于所述平面压电陶瓷换能器为单片平面压电陶瓷换能器或由多片平面压电陶瓷换能器组成的阵列换能器。

4.如权利要求1所述的作用于前列腺的超声波体外辐射装置，其特征在于所述平面压电陶瓷换能器总辐射面大于30mm*30mm，小于80mm*80mm。

5.如权利要求1所述的作用于前列腺的超声波体外辐射装置，其特征在于平面压电陶瓷换能器的辐射面法线位于辐射匹配层上表面曲面的几何中心法线与底座支撑平面法线的夹角之间，或与两法线中任一法线平行。

6.如权利要求1所述的作用于前列腺的超声波体外辐射装置，其特征在于平面压电陶瓷换能器的平面形状为圆形，辐射匹配层上表面为球面，球面凸起高度范围为5mm到30mm。

7.如权利要求1所述的作用于前列腺的超声波体外辐射装置，其特征在于平面压电陶瓷换能器的平面形状为矩形，辐射匹配层上表面为圆柱面，圆柱面凸起高度范围为5mm到30mm。

8.如权利要求1所述的作用于前列腺的超声波体外辐射装置，其特征在于辐射匹配层上表面曲面的几何中心法线与底座支撑平面法线的夹角大于0°小于等于30°。

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