CN110152962A - 具有外螺纹的超声生成源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超声生成源，其包括一本体，该本体容纳一超声换能器，该超声换能器的前部具有发射面，该本体包括开口(5)，该开口由管状壁(6)限定并被设置为使得所述超声换能器的发射面面向所述开口(5)，所述管状壁(6)内设有属于一螺纹组件系统的至少一个螺纹(17)，用以与至少一个互补的螺纹(16)相配合，所述互补的螺纹是用于将一柔性膜(8)紧固在本体上的一紧固环(15)上的螺纹，或者是一防护罩上的螺纹，或者是一装设有对准系统的环上的螺纹。
Description
技术领域
本发明涉及这样的装置或器具的技术领域：该装置或器具包括用于生成超声波的源并且用于治疗领域，且能够与用于人体解剖学的回声成像的超声探测器(ultrasoundprobe，超声波探头)联结。
本发明因此在包括用于生成高强度聚焦超声(HIFU)的源的治疗设备的领域中获得一特别有利的应用。
本发明还在用于破坏固态体内结石以进行碎石治疗的设备的领域中获得另一特别有利的应用，该设备包括用于生成用来破坏肾结石、胆结石或唾腺结石或其他结石的超声压力波(诸如声冲击波)的源。
背景技术
概括而言，用于生成超声(超声，超音波)的源包括一安装本体用以安装声换能器，该声换能器将电能转换为机械能。超声换能器具有朝向其前方的一发射面，该发射面与一柔性膜相配合以限定一封闭腔室，用以盛放声耦合及/或冷却流体。传统上，柔性膜利用具有不泄漏及可释放性质的紧固系统而被安装在本体的环形支撑部上，以使其能够在每次使用后被更换。
通常，柔性膜借助一弹性环而被安装在环形支撑部上，该弹性环施加一回复力，其适于充分确保(柔性)膜以不泄漏的方式被安装在支撑部上，同时仍允许该环被手动地放置就位且同时施加使环能容易地被安装的力。在实践中，人们发现相对难以执行安装柔性膜的操作来确保封闭腔室围绕环形支撑部的整个周缘的良好密封。此外，考虑到将弹性环安置就位的难度，这种安装操作有时会导致操作者通过施加压力而不经意地弄坏超声换能器。
欧洲专利申请EP 2327450描述了一种用于生成超声的探测器，其包括可拆除的柔性膜，用以覆盖其内装有HIFU换能器的HIFU头部。该探测器设有连接装置以在膜与HIFU头部之间提供可释放的紧固。这些连接装置包括在膜的内侧形成的周向槽，该周向槽能与形成在HIFU头部外侧的周向肋部接合。此外，上述膜的内侧面上包括三个外缘肋部用以压靠HIFU头部，以便提供密封以及用于被限制在膜与HIFU头部之间的冷却流体的流路。
应注意的是，安装柔性膜的操作需要使膜弹性地变形，以便将槽接合在头部的肋部上。即便膜具有拉片，将膜放置就位以便确保围绕HIFU头部的整个外缘良好的密封也需要施加相当的手上力量，这种力量难于控制。
在回声探测器领域中，文献US 2015/0182200描述了一种回声探测器，其具有探测器头部，该探测器头部通过电缆连接到连接器，该连接器具有一冷却系统，用以引起冷却流体在探测器头部与连接器之间循环流动。该冷却系统包括用于缓冲流体压力脉冲的减振器，该流体压力脉冲由泵产生并且对超声影像的质量有损害。该减振器包括一柔性膜，该柔性膜被安装成在一侧限定冷却流体接纳腔室，而在其另一侧限定一封闭的空气腔室。这两个腔室之间的密封是通过压迫柔性膜来提供的，此膜被夹置在外壳与螺接到外壳内侧的环之间。通过使柔性膜机械变形来吸收冷却流体的脉冲。
该专利文献并未涉及与探测器的头部相关的描述，也未涉及用于安装可拆除的膜的安装器具(如果有的话)，该膜限定一封闭腔室，用以使冷却流体相对于超声换能器而被限制。
通过对现有技术的分析显示，目前需要提供这样一种超声探测器，其被适配成能够装设柔性膜而无需求诸于工具，且无需进行难以执行的操作。此外，在柔性膜被放置就位的同时，以及在超声探测器不使用时，设置为邻近接纳柔性膜的外壳开口的超声换能器存在着被损坏的风险。因此，还需要能够在使用时以及不使用的期间，都能借助一种有效且能简单地放置就位的系统来保护探测器的超声换能器。
应注意的是，超声探测器要经过校准操作，其需要使用对准系统来校准超声束。除了这类对准系统相对于超声束定位的问题之外，这种校准操作的执行需要杜绝任何损坏超声换能器的风险。
发明内容
本发明致力于通过提出一种新颖的用于生成超声的源来纠正现有技术的缺陷，这种源被设计为能够优化在使用中需要采取的多种动作。
本发明的一个目的是提出一种新颖的用于生成超声的源，这种源被设计为使得下列操作更为容易，且无损坏超声发射器的风险：
-安装用以限制声音耦合和/或冷却流体的柔性膜；
-在探测器不使用时保护超声保护器；以及
-校准超声换能器。
为了实现这些目的，本发明的超声生成源包括本体，该本体容纳一超声换能器，该超声换能器的前部具有发射面，该本体包括开口，该开口由管状壁限定并被设置为使得所述超声换能器的发射面面向所述开口，所述管状壁内设有属于一螺纹组件系统的至少一个螺纹，用以与至少一个互补的螺纹相配合，所述互补的螺纹是用于将一柔性膜紧固在本体上的一紧固环上的螺纹，或者是一防护罩上的螺纹，或者是一装设有对准系统的环上的螺纹。
在本发明的一实施例中，所述源被用于生成超声，所述源需要装设有柔性膜以便限制声音耦合和/或冷却流体。在该实施例中，本发明的探测器包括一紧固环，该紧固环具有用于穿过柔性膜的一部分的中心通道，当紧固环被旋拧到本体上时，所述紧固环用于将柔性膜以密封方式压靠于本体。
在该实施例中，本体的管状壁的端部设有环形缘，所述柔性膜贴靠于所述环形缘。
在一个有利的变形实施例中，所述紧固环设有垫圈，该垫圈被安装成能相对于所述紧固环自由转动，以避免在所述紧固环上进行旋拧的同时该垫圈被转动，当所述紧固环在所述本体上被旋拧就位时，所述垫圈在所述柔性膜上施加按压力。这类器具用于将膜无褶皱地安装在外壳上。
此外，本发明的超声生成源还包括下列附加特性的一个和/或多个的组合：
-所述垫圈以受限的横向运动自由度安装在所述紧固环中，以便当所述紧固环在所述本体上旋拧到适当位置时，所述垫圈在所述柔性膜上施加按压力；
-所述垫圈被保持在所述紧固环中并位于呈C形截面的环形凹部内部；
-与所述柔性膜接触的密封垫；
-所述垫圈与所述密封垫相配合；
-所述垫圈由聚四氟乙烯制成；以及
-所述螺纹或所述互补的螺纹可被制成为连续型元件的形式或者诸如多个短柱(stud)之类的非连续型元件的形式。
在本发明的另一实施例中，所述超声换能器被保护，所述本体具有与防护罩的互补的螺纹相配合的螺纹。
在本发明的另一实施例中，需要执行校准超声换能器的阶段，所述本体包括与对准系统的互补的螺纹相配合的螺纹，所述对准系统适于特别是在校准步骤中使用。
本发明还提出了一种包括根据本发明的超声生成源的超声治疗仪。
附图说明
下文参照附图进行的描述展示了其他多种特性，附图中示出了作为非限制性示例的本发明的多个实施例。
图1为具体表达本发明的超声生成源的一个实施例的立体图。
图2为根据本发明的超声生成源的一个实施例的分解立体图。
图3为在图1中所示的超声生成源的平面III处截取的剖视图。
图4为示出根据本发明的超声生成源的另一实施例的立体图。
图5为示出根据本发明的装配有防护罩的超声生成源的一个实施例的分解立体图。
图6为示出根据本发明的或装配有具有对准系统的环的超声生成源的一个实施例的分解立体图。
具体实施方式
如从图中可看到的，本发明涉及一种用于生成超声的源1，其用于生物组织的热处理。源1(其更具体而言用于治疗处理)构成一般意义上的实施治疗的装置的一部分，该装置并未被示出，但其本身是已知的，并且适用于借助超声实施活体组织处理。在一个有利的应用中，上述治疗源生成高强度聚焦超声(HIFU)。在另一应用中，该源生成超声压力波(诸如声冲击波)。当然，生成治疗性超声的这个源可以选择性地与用于人体解剖学的回声成像的探测器联结。
超声生成源1特别包括本体2，本体用以支撑具有一个或多个超声发射器(例如压电元件)的换能器3。换能器3的超声发射器经由一放大级(amplifier stage)连接到一控制电路，该控制电路提供用以激发这些超声发射器的信号。由于此控制电路的制作属于本领域技术人员的专业技术知识，因此不再对其作进一步详述。该控制电路常规上还包括一受控信号发生器，其经由放大级连接到上述超声发射器。
换能器3在其前部具有一超声发射面4，其面向设置在本体2中的开口5。通常，本体2或外壳被设置为具有管状壁6，该管状璧具有领部或颈部。本体的此管状壁6被限定在外侧面6e与内侧面6i之间，且其端部设有环形缘6a，该环形缘限定了开口5的内侧。
概括而言，发射面4具有对称轴线X，该轴线对应于大体穿过开口5中心的声波传播轴线。在一个有利的变型实施例中，由于超声发射器被控制的方式，或者由于发射面的几何形状，发射面4呈现一聚焦形状，亦即所生成的超声被聚焦在焦点区域。通常，发射面4呈凹形，如为半球形、椭圆形或环壳形(toroidal)。当然，发射面4可呈现不同于凹形的其他形状，例如平面形。
超声换能器3因此被定位成直接地面对开口5。通常，超声换能器3位于开口5处或位于开口5稍后的位置。
取决于本发明的生成源1怎样实施，此生成源1适于接纳多种装备部件或附件，每个附件都适用于一特定的功能。
当源1被用来生成超声时，超声生成源1包括柔性膜8，该柔性膜被置于发射面4的前方并由能透过超声的材料制成。该柔性膜8与发射面4相配合以限定用于冷却流体的封闭腔室10，该腔室还适于执行与要被声穿透的介质的声音耦合功能。通常，冷却流体是水基液体，其被预先脱气以改善波的传播，或者冷却流体是油，其选自具有低的超声吸收性的声学特性的油。还可以使用在欧洲专利EP 1038551中描述的液体。
封闭腔室10包括用于冷却流体的至少一个入口，冷却流体经由至少一个供给管11被提供。封闭腔室10还具有至少一个出口，该出口与出口管12连通，由此允许流体流入封闭腔室内部。
柔性膜8由任何合适的材料制成，诸如由硅树脂或乳胶、或聚氨酯、或任何具有低的声学吸收性材料制成，以便减少与膜的加热关联的声能损失。
柔性膜8通过紧固件系统14而被安装在本体2上，该系统既是防漏的，并且还是可拆除的或可分离的。紧固件系统14使得以快速及容易的方式随意更换柔性膜8、且封闭腔室10在更换了膜之后再次被密封成为可能。
根据本发明，紧固件系统14包括用于以可分离方式组装到本体2上的紧固环15。紧固环15和本体2设有螺纹组件系统16、17，螺纹组件系统用于通过将紧固环15旋拧到本体2上而将柔性膜8以密封方式压靠于本体2。
如在图2和图3中更具体地看到的，紧固环15呈一环形本体的形式，具有环形顶壁15d，环形顶壁在其中心限定一中心通道19，该用于柔性膜8的一部分、特别是用于柔性膜的中心部分8a。柔性膜8和紧固环15为彼此独立的两个部件。通常，中心通道19具有与开口5的截面基本一致的截面，由此当紧固环15被安装在本体2上就位时，开口5和中心通道19重合。
通常，中心通道19具有一圆形轮廓。当然，柔性膜8的形状是适应性的或可变形的，以便允许其中心部分8a穿过中心通道19，并因此形成封闭腔室10。柔性膜的中心部分8a被外围部分8b所围绕，该外围部分与本体2相配合以便密封封闭腔室10。更精确而言，柔性膜8的外围部分8b适于压靠在环形壁6的环形缘6a。
顶部环形壁15d通过一管状裙部15j以直角延伸；该管状裙部具有内侧面15i，并被设计为当紧固环15在本体2被安装就位时，该裙部面对本体2的管状壁6延伸。
位于紧固环15和本体2之间的螺纹组件系统16，17可通过任何合适的方式来形成。这种螺纹组件系统包括至少一个螺旋形肋部或螺纹17，至少一个螺旋形肋部或螺纹17与至少一个互补的螺旋形肋部或螺纹16相配合。螺纹17被设置在紧固环15上或本体2上，而互补的螺纹16相应地被设置在本体2上或紧固环15上。应注意的是，螺纹17或互补的螺纹16可被形成为连续型元件的形式(图2)，或多个非连续型元件的形式诸如多个短柱或凸片(图4)。类似地，螺纹组件系统16、17可包括多个螺旋形螺纹17和多个互补的螺旋形螺纹16。
在图3所示的实施例中，本体2、特别是管状壁6具有位于外侧的至少一个螺纹17，而紧固环15设有诸如凸块(tapping)之类的互补的螺纹16。在图4所示的示例中，紧固环15设有两个短柱16，短柱16起到互补的螺纹16的作用并与螺纹17相配合以便将环旋拧到本体上。应注意的是，还可以规定这些短柱位于本体2的外侧面上、特别是管状壁6上以起到螺纹17的作用，从而使它们与紧固环15的至少一个互补的螺纹16相配合。
当紧固环15被安装在本体2上就位时，柔性膜8的外围部分8b被夹置在紧固环15与本体2(更具体而言为管状壁6)之间。将紧固环15旋拧到本体2上起到了将柔性膜8以密封方式压靠于本体2的作用。例如，柔性膜8的尺寸使得其外围部分8b位于远离螺纹17的位置。
根据一个有利的实施例特性，紧固环15具有垫圈21，该垫圈被安装为能相对于紧固环15自由地转动。垫圈21的中心部位具有通孔21a，该通孔用以使柔性膜的中心部分8a穿过。通孔21a的截面基本对应于顶部环形壁15d中的中心通道19的截面，或者大于顶部环形壁15d中的中心通道19的截面(如本示例中所示)。当垫圈21处于安装位置时，其内边缘被设置为比紧固环15的环形顶壁15d的内边缘靠内。
此垫圈21包括顶部环形面21e和底部环形面21i，且被保持在紧固环15中，处于环形凹部22之内，该凹部由顶部环形壁15d的内侧面、以及从裙部15j的内侧面15i伸出的肋部15n限定。凹部22因此具有C形截面。垫圈21在一侧的横向运动自由度被顶部环形壁15d的底面所限制(顶部环形面21e能与该顶部环形壁接触)，而在另一侧被肋部15n所限制(底部环形面21i能与肋部15n接触)。垫圈21的径向运动自由度被裙部15j的内侧面15i所限制。应注意的是，肋部15n可由凸块16构成。如此，垫圈21和紧固环15被连接在一起，同时可绕垫圈的对称轴线而相对于彼此自由枢转。
根据一个有利的实施例的特性，垫圈21由具有极高的非粘性性能的材料、例如像聚四氟乙烯(PTFE或铁氟龙)这样的材料制成。
垫圈21和紧固环15可通过任何合适的方式被组装在一起。一个方案是使用公知的3D打印技术来制造结合有垫圈21的紧固环。垫圈21还可通过在紧固环15内部变形而被放置就位。
应理解的是，当紧固环15不处于其处在本体2上的安装位置时，垫圈21相对于紧固环15自由转动。换言之，能够在不转动垫圈21(垫圈保持静止)的情况下转动紧固环15。
在将紧固环15放置就位之前，应注意的是柔性膜8被置于合适位置，以使得其外围部分8b覆盖顶部环形壁6a。当紧固环15被安装在本体2上时，垫圈21还没有与柔性膜8的外围部分8b接触，柔性膜本身仅与管状壁6的环形缘6a接触。通过转动紧固环15，环和垫圈21两者一起转动。当垫圈21随着与外围部分8b接触开始被定位时，柔性膜8随之被夹置在垫圈21与管状壁6的环形缘6a之间。紧固环15继续转动，同时垫圈21相对于管状壁6的环形缘6a以及相对于柔性膜8保持静止。
在将紧固环15装配在本体2上的操作期间，紧固环15在不会造成垫圈21转动的情况下被转动，该垫圈因此将柔性膜8保持就位而不会产生褶皱。在被拧紧后，紧固环15即经由其顶部环形壁15d起作用，而在顶部环形面21e上施加支承力，由此将垫圈21限制就位，从而将柔性膜8压靠于管状壁6的环形缘6a。
垫圈21以受限的横向运动自由度被安装在紧固环15中，由此当紧固环15被旋拧在本体2上时该垫圈在(柔性)膜上施加按压力。换言之，在紧固环15被旋紧的同时，通过顶部环形壁15d的底面贴靠垫圈的环形面21e，垫圈21被置于其最终按压位置。紧固环15的螺丝紧固行程当然取决于螺纹17的螺距、以及顶部环形壁15d的底面与垫圈的顶部环形面21e之间的间隙。与上文所述的径向运动关联的横向运动的作用是，提供一个在净化和消毒期间可使清洁和净化液能够渗透并发挥其作用的间隔。
应注意的是，垫圈21可直接与柔性膜8接触，或者如所示的范例那样，该垫圈可经由平面或环形的密封垫23而与柔性膜接触，该密封垫贴靠于柔性膜8，该柔性膜则贴靠于环形环6a。在一优选实施例中，密封垫23被安装在垫圈21上。如图3所示，垫圈21在其底部环形面21i中具有安装槽21g，密封垫23被安装在此槽内。
当不使用源1生成超声时，可将紧固环15拆除。在没有紧固环15的情况下，本体2能接纳防护罩30以便保护超声换能器3。如图5所示，本体2包括螺纹17或互补的螺纹16，螺纹17或互补的螺纹16用以在无紧固环15的情况下分别与防护罩30的互补的螺纹16或螺纹17相配合。防护罩30的设计与紧固环15类似，但其还包括封闭壁31，封闭壁用以封闭紧固环15的中心通道19。防护罩30因此可被旋拧到本体2的环形壁6上，从而保护在超声换能器3不使用时对其加以保护。
在没有紧固环15和防护罩30的情况下，本体2处于接纳一对准系统的位置，该对准系统具体地说适于在校准步骤中使用的。在校准步骤中使用环35，环35与紧固环15类似，并且装设有对准系统36。例如，对准系统36具有由环35承载的臂部37，且在臂部的端部装设有一传感器38，该传感器用以测量由换能器产生的声压，或用以使超声传播轴线X或超声换能器3的聚焦区域可视化。本体2包括螺纹17或互补的螺纹16；螺纹17或互补的螺纹16用以在无紧固环15和防护罩30的情况下，分别与装设有对准系统36的环35上的互补的螺纹16或螺纹17相配合。所得到的与本体2的机械连接、进而与超声换能器3的机械连接，使得传感器38可以在声轴线X上或者在发射面4的聚焦区域进行校准，以便测量声轴线X上的压力或提供其自身位置，或者提供聚焦区域的位置。
通过以上描述可知，根据超声生成源1的使用情况，所述源、特别是其本体的管状壁6，适于利用螺丝紧固方式来安装用以紧固柔性膜8的紧固环15、或者防护罩30、或者装设有对准系统36的环35。安装和拆卸的操作特别简单易行，无任何破坏超声换能器3的风险。
本发明因此提出了一种用于生成超声的组件，其包括根据本发明的生成源1以及如下附件：用于紧固柔性膜的紧固环15、防护罩30、以及/或者装设有对准系统36的环35，这些附件均具有与上述生成源的本体的管状壁6的螺纹17相配合的、互补的螺纹16。
由于能够在不超出本发明的范围的情况下对本发明做出多种更改，因此本发明并不局限于所描述及图示的范例。
Claims (13)
1.一种超声生成源，包括本体(2)，该本体容纳超声换能器(3)，该超声换能器的前部具有发射面(4)，所述本体(2)包括开口(5)，该开口由管状壁(6)限定并被设置成使得所述超声换能器(3)的所述发射面(4)面向所述开口(5)，所述管状壁(6)的外侧设有一螺纹组件系统的至少一个螺纹(17)，该至少一个螺纹(17)用以与至少一个互补的螺纹(16)配合，所述互补的螺纹为用于将一柔性膜(8)紧固在所述本体上的一紧固环(15)上的螺纹，或为一防护罩(30)上的螺纹，或为一装设有对准系统(36)的环(35)上的螺纹。
2.根据权利要求1所述的超声生成源，其中，所述管状壁(6)的端部设有环形缘(6a)，所述柔性膜(8)贴靠于所述环形缘。
3.根据权利要求1或2所述的超声生成源，其中，所述紧固环(15)具有用于穿过所述柔性膜(8)的一部分的中心通道(19)，当所述紧固环(15)被旋拧到所述本体上时，所述紧固环起到保持所述柔性膜(8)以密封方式压靠于所述本体(2)的作用。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声生成源，其中，所述紧固环(15)设有垫圈(21)，该垫圈被安装成相对于所述紧固环(15)自由地转动以避免在所述紧固环(15)上进行旋拧的同时该垫圈被转动，当所述紧固环(15)在所述本体(2)上被旋拧就位时，所述垫圈在所述柔性膜(8)上施加按压力。
5.根据权利要求4所述的超声生成源，其中，所述垫圈(21)以受限的横向运动自由度被安装在所述紧固环(15)中，以便当所述紧固环(15)在所述本体(2)上被旋拧就位时，所述垫圈在所述柔性膜(8)上施加按压力。
6.根据权利要求4或5所述的超声生成源，其中，所述垫圈(21)被保持在所述紧固环(15)中并位于呈C形截面的环形凹部(22)之内。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的超声生成源，其中，所述垫圈(21)装设有与所述柔性膜(8)接触的密封垫。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的超声生成源，其中，所述垫圈(21)由聚四氟乙烯制成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的超声生成源，其中，所述螺纹(17)或所述互补的螺纹(16)能被制成为连续型元件的形式或者诸如多个短柱之类的非连续型元件的形式。
10.根据前述权利要求1所述的超声生成源，其中，所述本体(2)的所述螺纹(17)与防护罩(30)的互补的螺纹(16)相配合。
11.根据权利要求1所述的超声生成源，其中，所述本体(2)的所述螺纹(17)与装设有对准系统(36)的环(35)的互补的螺纹(16)相配合，所述对准系统(36)适于特别是在校准步骤中使用。
12.一种超声生成组件，包括根据权利要求1至11中任一项所述的超声生成源，所述超声生成源包括具有管状壁(6)的本体，该管状璧外侧设有一螺纹组件系统的至少一个螺纹(17)，所述组件还包括如下附件：紧固环(15)，用于紧固柔性膜；防护罩(30)；以及装设有对准系统(36)的环(35)；每个所述附件均包括与所述生成源的本体的管状壁(6)的所述螺纹(17)相配合的一互补的螺纹(16)。
13.超声治疗仪，其特征在于，所述超声治疗仪包括根据权利要求1至11中任一项所述的超声生成源(1)。
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