CN109589507A - 生物材料表面修复的柔性超声器械 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种生物材料表面修复的柔性超声器械，包括：柔性衬底材料、超声换能器、控制模块、电源模块、柔性封装材料和导线；柔性封装材料封装在柔性衬底材料的一个表面上，在柔性封装材料和柔性衬底材料之间形成有空间；超声换能器、控制模块、电源模块和导线被柔性封装材料封装在空间内；控制模块分别通过导线与电源模块和超声换能器连接，用于向超声换能器发送控制信号，以使超声换能器将控制信号转化为超声波。本公开的柔性超声器械可以独立工作，操作过程简单、操作风险降低、携带方便；而且通过柔性设计，能够与面膜紧密贴合，提升超声波的作用效果；另外，柔性超声器械可以重复使用。

Description

生物材料表面修复的柔性超声器械

技术领域

本公开涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种生物材料表面修复的柔性超声器械。

背景技术

超声波作为一种机械波可与人体组织产生相互作用，达到监测或治疗的目的，已广泛地应用于医疗保健等领域。超声波作用于皮肤组织，通过局部产生热量促进微循环，并通过机械作用使细胞膜的通透性改变，促进营养物质的导入及代谢废物的排出。因此，超声波在医疗美容领域具有很好的发展前景。

目前市售的生物材料表面修复的超声器械，例如超声美容仪，多为手持式，需要在使用过程中移动选择刺激位置。使用者的误操作导致对单一区域的长时间刺激，存在造成面部皮肤组织损伤的风险。而且超声美容仪的探头为不锈钢材质，为提高与皮肤间的贴合及减小声阻差异产生的超声波能量损耗，需使用特殊的精华液。手持式设计带来了使用的不便，而精华液可供选取的种类有限使超声美容能实现的功能受限，并且手持式超声美容仪也不能很好的与面膜组合使用。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种生物材料表面修复的柔性超声器械。通过将超声换能器、控制模块、电源模块和导线封装在柔性衬底材料和柔性封装材料形成的空间中，使得柔性超声器械可以独立工作，并且不需使用者手动调整柔性超声器械的位置，降低单一区域长时间刺激的潜在风险，整体操作过程较为简单，携带方便；而且通过柔性设计，在与面膜配合使用时，能够与面膜紧密贴合，促进多种类型面膜有效成分的吸收，大幅提升超声波的作用效果；另外，由于柔性超声器械与面膜独立设置，使得柔性超声器械可以重复使用。

根据本公开的一方面，提供了一种生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，包括：柔性衬底材料、超声换能器、控制模块、电源模块、柔性封装材料和导线；

所述柔性封装材料封装在所述柔性衬底材料的一个表面上，在所述柔性封装材料和柔性衬底材料之间形成有空间；

所述超声换能器、控制模块、电源模块和导线被所述柔性封装材料封装在所述空间内；

所述控制模块分别通过所述导线与所述电源模块和超声换能器连接，用于向超声换能器发送控制信号，以使超声换能器将所述控制信号转化为超声波。

在一种可能的实现方式中，所述柔性超声器械包括：多组超声换能器；

每一组超声换能器单独受所述控制模块的控制。

在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括：接收单元和第一控制单元；

接收单元接收指令，并将指令传输至第一控制单元；

第一控制单元根据所述指令，控制所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器发射超声波。

在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括：

第二控制单元，用于根据相控阵算法，控制所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器的超声波传播方向。

在一种可能的实现方式中，所述超声换能器包括：阻尼层、电极层、压电层和声阻匹配层；

所述声阻匹配层位于柔性衬底材料和压电层之间，用于柔性衬底材料和压电层之间的声阻匹配；

所述电极层位于所述压电层的两侧，所述电极层通过导线与所述控制模块连接，接收控制模块发送的控制信号，并将该控制信号作用于压电层；

所述压电层接收所述电极层传输的控制信号，产生超声波；

所述阻尼层用于吸收所述超声波之外的声波。

在一种可能的实现方式中，所述超声换能器为压电陶瓷换能器；

在所述柔性超声器械包括多个压电陶瓷换能器时，所述多个压电陶瓷换能器以阵列分布。

在一种可能的实现方式中，所述超声换能器为柔性压电聚合物薄膜换能器；

所述柔性压电聚合物薄膜换能器包括柔性压电聚合物薄膜单元，所述柔性压电聚合物薄膜单元为可变形单元。

在一种可能的实现方式中，所述导线具有可延展性。

在一种可能的实现方式中，所述导线包括延展单元，所述延展单元为柔性三角形或柔性六边形；

其中，所述柔性三角形的每条边均为S形，所述柔性六边形的每条边均包括凹部和凸部。

通过将超声换能器、控制模块、电源模块和导线封装在柔性衬底材料和柔性封装材料形成的空间中，根据本公开的柔性超声器械，使得柔性超声器械可以独立工作，并且不需使用者手动调整柔性超声器械的位置，降低单一区域长时间刺激的潜在风险，整体操作过程较为简单，携带方便；而且通过柔性设计，在与面膜配合使用时，能够与面膜紧密贴合，促进多种类型面膜有效成分的吸收，大幅提升超声波的作用效果；另外，由于柔性超声器械与面膜独立设置，使得柔性超声器械可以重复使用。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开一实施例的柔性超声器械的结构示意图。

图2示出根据本公开一实施例的柔性超声器械的结构示意图。

图3示出根据本公开一实施例的控制模块的结构示意图。

图4示出根据本公开一实施例的超声换能器的结构示意图。

图5示出根据本公开一实施例的柔性超声器械中超声换能器的阵列结构示意图。

图6示出根据本公开一实施例的柔性超声器械中超声换能器的阵列结构示意图

图7示出根据本公开一实施例的导线的平面结构示意图。

图8示出根据本公开一实施例的导线的平面结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开一实施例的柔性超声器械的结构示意图。柔性超声器械可以用于生物材料表面修复，如图1所示，该柔性超声器械可以包括：

柔性衬底材料1、超声换能器4、控制模块3、电源模块2、柔性封装材料5和导线6；

所述柔性封装材料5封装在所述柔性衬底材料1的一个表面上，在所述柔性封装材料5和柔性衬底材料1之间形成有空间；

所述超声换能器4、控制模块3、电源模块2和导线6被所述柔性封装材料5封装在所述空间内；

所述控制模块3分别通过所述导线6与所述电源模块2和超声换能器4连接，用于向超声换能器4发送控制信号，以使超声换能器4将所述控制信号转化为超声波。其中，在一种可能的实现方式中，柔性衬底材料1的功能可以为支撑超声换能器4、控制模块3、电源模块2和导线6，所述超声换能器4、控制模块3、电源模块2和导线6可以布置在柔性衬底材料1的所述表面(封装有柔性封装材料5的表面)上，保证柔性超声器械结构整体与面膜及皮肤贴合良好。

所述柔性衬底材料1可由具有良好生物相容性的柔性材料制成。所述柔性衬底材料1的形状可以根据实际美容的用途设计，例如，针对眼周美容的，可以设计柔性衬底材料1的形状与眼贴膜的形状相同；或者，针对面膜的，可以设计柔性衬底材料1的形状与面膜的形状相同，本公开对柔性衬底材料1的形状不作限定。

超声换能器4可以将接收的控制信号转换为机械振动，产生超声波，可以发射超声波。超声换能器的个数可以为一个或多个，超声换能器的个数可以根据实际需要设置，本公开对此不做限定。

柔性封装材料5的功能可以为包裹电路器件，例如，超声换能器4，可以提高器件的使用寿命及安全性。所述柔性封装材料5可由具有良好生物相容性的柔性电路材料制成，平面尺寸可以根据需要封装的面积的大小确定，其厚度可以小于2mm，其弯曲刚度与人体组织相近，其最小弯曲半径可达2mm。

电源模块2的功能为向柔性超声器械供电。

控制模块3可以通过导线6传输控制信号到超声换能器4，控制超声换能器4的刺激模式、发射超声波的强度及时长。

其中，所述刺激模式可以包括同时工作的超声换能器的个数、同时工作的超声换能器的工作模式，所述工作模式可以是独立工作模式、协作工作模式等。例如，可以是全部超声换能器4同时发射超声波，或部分超声换能器4同时发射超声波，或者也可以是同时工作的超声换能器协作工作，例如，位于同一区域内的超声换能器的超声波聚焦到该区域的一个位置。

在一个示例中，控制模块可以根据需要美容区域的特点设置刺激模式，例如，眼周皮肤美容时，由于眼周皮肤较敏感，控制模块可以设置位于眼周区域的超声换能器独立工作，保证眼周不同部位接受不同程度的刺激。或者，额头需要美容区域存在疤痕，控制模块可以设置位于额头区域的超声换能器协作工作，控制超声波传播方向聚焦到该疤痕的位置上，保证较高的发射功率，以实现去除疤痕的效果。

在另一个示例中，控制模块可以根据默认刺激模式设置刺激模式，也可以根据使用者的选择来设置刺激模式，其中，使用者可以选择所述工作模式、美容区域和功能中的一种或多种，所述功能可以包括美容、祛斑和除疤等。举例来说，使用者可以选择全部超声换能器独立工作，则控制模块可以设置刺激模式为全部超声换能器独立工作；或者使用者可以选择眼周区域，控制模块可以根据眼周区域的特点设置刺激模式为位于眼周区域的超声换能器独立工作；或者使用者也可以选择脸部区域和祛斑功能，控制模块可以设置脸部区域的超声换能器协作工作。

以上仅仅是对刺激模式设置的示例，本公开对此不作限定。

对于超声波的强度和时长，控制模块3可以根据使用者的选择或者需要美容区域的特点来确定，其中，使用者可以选择超声波的强度，然后可以根据已选择的超声波的强度，选择相应的时长，例如，超声波的强度较大，可以选择较短的时长；超声波的强度较小，可以选择较长的时长。对于超声波的强度和时长，只要能够保证达到美容的效果且不损害皮肤就可以，本公开对此不作限定。

导线6可以为电源模块2、控制模块3及超声换能器4之间实现电能及控制信号的传输。

所述电源模块2、控制模块3、超声换能器4及导线6均置于柔性封装材料5与柔性衬底材料1之间形成的空间中。

作为封装的一些示例：在一个示例中，仅仅在设置超声换能器4、电源模块2、控制模块3、导线6的位置形成有空间，比如说，在将超声换能器4、电源模块2、控制模块3、导线6设置在柔性衬底材料1的一个表面上之后，仅仅封装超声换能器4、电源模块2、控制模块3、导线6所在的位置；在另一个示例中，在将超声换能器4、电源模块2、控制模块3、导线6设置在柔性衬底材料1的一个表面上之后，柔性封装材料5整个覆盖超声换能器4、电源模块2、控制模块3、导线6进行封装。

如图1所示，柔性衬底材料1的形状可以与面膜的形状相同(柔性衬底材料1呈面具形状)时，使用者使用该柔性超声器械时，可以先在面部贴附面膜7，然后将该柔性超声器械的柔性衬底材料1贴附于面膜7的上面，使用者可以启动该柔性超声器械工作，进行面部美容，使用者可以随时选择停止柔性超声器械，使柔性超声器械结束工作。其中，柔性超声器械可以根据默认模式工作，也可以根据使用者的具体设置进行工作，本公开对此不作限定。

通过将超声换能器、控制模块、电源模块和导线封装在柔性衬底材料和柔性封装材料形成的空间中，根据本公开的柔性超声器械，使得柔性超声器械可以独立工作，并且不需使用者手动调整柔性超声器械的位置，降低单一区域长时间刺激的潜在风险，整体操作过程较为简单，携带方便；而且通过柔性设计，在与面膜配合使用时，能够与面膜紧密贴合，促进多种类型面膜有效成分的吸收，大幅提升超声波的作用效果；另外，由于柔性超声器械与面膜独立设置，使得柔性超声器械可以重复使用。

图2示出根据本公开一实施例的柔性超声器械的结构示意图，如图2所示，在一种可能的实现方式中，所述柔性超声器械可以包括：多组超声换能器4；

每一组超声换能器4单独受所述控制模块3的控制。

如图2所示，所述柔性超声器械可以呈面具形状，可以称所述呈面具形状的柔性超声器械为柔性超声面具。

如图2所示，柔性超声面具中的超声换能器4可以划分为多组，例如，可以按照面部区域进行划分，可以将左脸区域的超声换能器划分为一组，将右脸区域的柔性换能器划分为一组，将眼角的超声换能器划分为一组。或者也可以将功能相同的超声换能器划分为一组，例如，可以将同样用于祛斑的超声换能器划分为一组，将用于美容的超声换能器划分为一组，可以根据实际需要划分，本公开对此不作限定。其中，一组中的超声换能器的个数可以为一个或多个。

控制模块3可以根据上述划分方式将超声换能器划分为多组，可以向每一组超声换能器发送相同的控制信号，也可以向每一组中不同的超声换能器发送不同的控制信号。

可选地，控制模块3可以根据使用者的指令(设置)或者自身算法进行所述划分。

需要说明的是，控制模块3也可以根据需要，对划分后的多组超声换能器进行更新，重新划分超声换能器形成新的多组超声换能器。

图3示出根据本公开一实施例的控制模块的结构示意图，在一种可能的实现方式中，如图3所示，所述控制模块3可以包括：接收单元31和第一控制单元32；

接收单元31接收指令，并将指令传输至第一控制单元；

柔性超声器械上可以包括操作模块，或者可以单独设置操作模块。柔性超声器械使用者可以在柔性超声器械上的操作模块或者单独的操作模块上选择需要工作的部分组或全部组的超声换能器，同时可以选择功能(美容、祛斑或除疤中的一种或多种)，也可以设置工作时长，操作模块可以将使用者的选择和/或设置生成指令传输至所述接收单元31，接收单元31可以接收到上述指令，并将该指令传输至第一控制单元32。

在一种可能的实现方式中，接收单元31可以包括无线接收设备和/或有线接收设备，可以接收来自柔性超声器械上的操作模块或者单独设置的操作模块发送的上述指令。单独设置的操作模块上也可以设置相应的无线发送设备。上述无线接收设备、无线发送设备可以是蓝牙设备、红外设备等。

第一控制单元32根据所述指令，控制所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器发射超声波。

第一控制单元32可以根据该指令，设置所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器的超声波强度、工作时长、刺激模式等，所述第一控制单元32可以根据该设置，发送控制信号至所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器，控制所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器发射超声波。

在一种可能的实现方式中，所述控制模块3可以包括：

第二控制单元33，用于根据相控阵算法，控制所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器的超声波传播方向。

第二控制单元33可以根据相控阵算法，控制所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器的超声波的聚焦，实现超声波传播方向(超声波作用位置)的改变。例如，在使用者选择祛斑或除疤时，可以根据相控阵算法，控制所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器的超声波传播方向，逐点对斑点或疤痕区域进行超声波发射。

由于相控阵算法能够使超声换能器的超声波聚焦，聚焦后的超声波功率可以提高，并且可以逐点改变超声波传输方向，能够有效去除斑点和疤痕。

图4示出根据本公开一实施例的超声换能器的结构示意图，如图4所示，在一种可能的实现方式中，所述超声换能器包括：阻尼层41、电极层42、压电层43和声阻匹配层44；

所述声阻匹配层44可以位于柔性衬底材料1和压电层43之间，用于柔性衬底材料1和压电层43之间的声阻匹配；

所述电极层42可以位于所述压电层43的两侧，所述电极层42通过导线6与所述控制模块3连接，接收控制模块3发送的控制信号(电信号)，并将该控制信号作用于压电层43；

所述压电层43接收所述电极层42传输的控制信号，产生超声波；

所述阻尼层41用于吸收所述超声波之外的声波。减小了界面处超声波的反射对输出的超声波的影响。

其中，所述声阻匹配层44可以改变柔性衬底材料1和压电层43之间的阻抗关系，减少柔性衬底材料1和压电层43之间的声阻抗的差值。电极层42极薄，在超声传播过程中对超声波的影响可忽略不计。这样，在超声换能器发射的超声波从压电层43向柔性衬底材料1传输时，几乎全透射，无反射，可以减小超声波在界面处的损耗。

所述压电层43可以由具有压电特性的材料组成，能够将接收的电极层42传输的控制信号转化为机械振动，产生超声波。

图5示出根据本公开一实施例的柔性超声器械中超声换能器的阵列结构示意图，如图5所示，在一种可能的实现方式中，所述超声换能器可以为压电陶瓷换能器；此时，图4中的压电层43可以为压电陶瓷层。

在所述柔性超声器械包括多个压电陶瓷换能器时，所述多个压电陶瓷换能器以阵列分布，例如，多个压电陶瓷换能器以矩形阵列或圆环形阵列分布。

可以选用小尺寸的压电陶瓷换能器，将压电陶瓷换能器以阵列的方式布置在柔性衬底材料1上，采用柔性封装材料5进行封装，各压电陶瓷换能器可以通过导线与控制模块3连接。

通过将压电陶瓷换能器以阵列形式布置在柔性衬底材料上，并采用柔性封装材料封装，以及导线具有延展性，使得多个压电陶瓷换能器整体具有柔性和延展性，可以满足柔性超声器械与皮肤的良好贴合。图6示出根据本公开一实施例的柔性超声器械中超声换能器的结构示意图，在一种可能的实现方式中，所述超声换能器为柔性压电聚合物薄膜换能器；

所述柔性压电聚合物薄膜换能器包括柔性压电聚合物薄膜单元，所述柔性压电聚合物薄膜单元可以为可变形单元。

在一个示例中，所述可变形单元可以为双S交叉结构，如图6所示，所述可变形单元还可以是其他可变形的形状，例如，X形状等。

所述柔性压电聚合物薄膜换能器可以包括一个或多个可变形单元，在所述柔性压电聚合物薄膜换能器包括多个可变形单元时，所述多个可变形单元可以以阵列分布，并且相邻的可变形单元可以互相连接。如图6所示，在所述柔性压电聚合物薄膜换能器包括多个双S交叉结构的可变形单元时，多个双S交叉结构的可变形单元可以排成一排，或者多个双S交叉结构的可变形单元也可以呈如图6所示的矩形阵列分布，相邻可变形单元的水平方向上的S的端部依次连接，形成波浪形，相邻可变形单元的垂直方向上的S的端部依次连接，形成波浪形，如图6所示。

通过将柔性压电聚合物薄膜换能器设置由多个可变形单元组成，使得柔性压电聚合物薄膜换能器整体具有柔性和一定的延展性，可以进一步提高柔性超声器械的延展性，使得柔性超声器械与皮肤表面贴合的更加良好。

在一种可能的实现方式中，所述导线具有可延展性。这样，柔性超声器械的整体可以具有延展性，能够满足柔性超声器械与皮肤表面的良好贴合。

图7示出根据本公开一实施例的导线的平面结构示意图，如图7所示，所述导线包括延展单元，在一种可能的实现方式中，所述延展单元可以为柔性三角形，所述柔性三角形的每条边均为S形。

如图7所示为所述延展单元形成的第一导线区域61的一个示例，多个柔性三角形的延展单元可以呈网络分布，垂直方向上的柔性三角形延展单元可以不接触。图7中的62为第一导线区域61的边界的示意。

图8示出根据本公开一实施例的导线的平面结构示意图，如图8所示，在另一种可能的实现方式中，所述延展单元可以为柔性六边形，所述柔性六边形的每条边均包括凹部和凸部。

如图8所示为所述延展单元形成的第二导线区域63的一个示例，多个柔性六边形的延展单元可以呈网络分布，横向上的柔性六边形延展单元可以不接触。图8中的64为第二导线区域63的边界的示意。

图7和图8仅仅是导线6平面结构的示例，所述导线的延展单元还可以是其他形状，比如“X”形、“米”字形等，只要形成的导线可以提高延展性即可，本公开对此不作限定。

通过柔性三角形和柔性六边形导线的设置，可以提高导线的延展性，进而提高柔性超声器械的延展性，使得柔性超声器械与皮肤表面可以更好地贴合。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，包括：柔性衬底材料、超声换能器、控制模块、电源模块、柔性封装材料和导线；

所述柔性封装材料封装在所述柔性衬底材料的一个表面上，在所述柔性封装材料和柔性衬底材料之间形成有空间；

所述超声换能器、控制模块、电源模块和导线被所述柔性封装材料封装在所述空间内；

所述控制模块分别通过所述导线与所述电源模块和超声换能器连接，用于向超声换能器发送控制信号，以使超声换能器将所述控制信号转化为超声波。

2.根据权利要求1所述的生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，所述柔性超声器械包括：多组超声换能器；

每一组超声换能器单独受所述控制模块的控制。

3.根据权利要求2所述的生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，所述控制模块包括：接收单元和第一控制单元；

接收单元接收指令，并将指令传输至第一控制单元；

第一控制单元根据所述指令，控制所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器发射超声波。

4.根据权利要求3所述的生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，所述控制模块包括：

第二控制单元，用于根据相控阵算法，控制所述多组超声换能器中部分组或全部组的超声换能器的超声波传播方向。

5.根据权利要求1所述的生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，所述超声换能器包括：阻尼层、电极层、压电层和声阻匹配层；

所述声阻匹配层位于柔性衬底材料和压电层之间，用于柔性衬底材料和压电层之间的声阻匹配；

所述电极层位于所述压电层的两侧，所述电极层通过导线与所述控制模块连接，接收控制模块发送的控制信号，并将该控制信号作用于压电层；

所述压电层接收所述电极层传输的控制信号，产生超声波；

所述阻尼层用于吸收所述超声波之外的声波。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，所述超声换能器为压电陶瓷换能器；

在所述柔性超声器械包括多个压电陶瓷换能器时，所述多个压电陶瓷换能器以阵列分布。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，所述超声换能器为柔性压电聚合物薄膜换能器；

所述柔性压电聚合物薄膜换能器包括柔性压电聚合物薄膜单元，所述柔性压电聚合物薄膜单元为可变形单元。

8.根据权利要求1-5任一项所述的生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，所述导线具有可延展性。

9.根据权利要求8所述的生物材料表面修复的柔性超声器械，其特征在于，所述导线包括延展单元，所述延展单元为柔性三角形或柔性六边形；

其中，所述柔性三角形的每条边均为S形，所述柔性六边形的每条边均包括凹部和凸部。