CN111840829A - 一种多层透镜聚焦超声探头 - Google Patents

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Abstract

一种多层透镜聚焦超声探头，采用平板状的压电陶瓷片产生超声波，通过至少两层声透镜且与平板状的压电陶瓷片贴合进行聚焦；其中一层声透镜是由高声速材料制成凹透镜；另一层声透镜是由低声速材料制成的凸透镜；透射时声透镜是由高声速材料制成凹透镜；另一层声透镜是由低声速材料制成的凸透镜。平板状的压电陶瓷片、依次贴合高声速材料制备的凹透镜；低声速材料制备的凸透镜。

Description

一种多层透镜聚焦超声探头
技术领域
本发明涉及超声技术领域，具体而言，涉及一种聚焦超声探头，尤其是多层透镜聚焦超声探头。
背景技术：
通常，医学上通过将超声波在人体内部进行聚焦，在焦点处达到一定的超声波强度，利用聚焦超声的热效应或空化效来对人体深部某些疾病的进行治疗而不损伤浅层的人体皮肤及组织。例如在现有技术中，HIFU聚集会有几十瓦的功率，常常采用水腔隔离及聚焦的方式，这是大功率超声聚焦的需要。然而这种方式对生产加工的密封性、环境、设备等有较高要求，不仅加工生产复杂，而且使得超声探头在使用上并不方便。
CN2018200928305一种作用深度可调的手持超声波输出端以及聚焦超声波美容仪，其中手持超声波输出端包括壳体以及位于壳体内的聚焦压电陶瓷片，紧邻聚焦压电陶瓷片的壳体开口端设有薄膜片，聚焦压电陶瓷片固定在位于壳体内的连接杆的端部，连接杆与壳体内壁之间设有弹性密封片，薄膜片、弹性密封片以及壳体内壁之间的密封空间为超声波传导密封腔；连接杆还连接改变连接杆伸缩位移的作用深度调节组件；所述聚焦超声波美容仪，它包括控制主机、位于控制主机中的超声波驱动器以及上述手持超声波输出端；本发明的超声输出端不仅要求具有适应性、操作灵活方便的外形结构，还需具有高精度的作用深度调节功能。
CN208448451U提出一种聚焦超声探头，包括：壳体；聚焦超声转换头；聚焦超声转换头安装于壳体内，聚焦超声转换头被配置为用于连接聚焦超声信号发生器；缓冲垫；缓冲垫设置于壳体内，且聚焦超声转换头固定于缓冲垫内；以及固定片；固定片连接于壳体的底部；固定片被配置为用于作用于人体穴位体表表面。
在本发明较佳的实施例中，缓冲垫包括第一缓冲垫和第二缓冲垫，第一缓冲垫设置于聚焦超声转换头的顶部，第二缓冲垫设置于聚焦超声转换头的底部。
以上技术及传统聚焦超声探头采用球壳状压电陶瓷片产生超声波，聚焦焦点在球心处；不足之处在于：球壳状的压电陶瓷加工成本很高；辐射面是内凹的，不利于与人体很好的进行声耦合，需要额外增加油/水囊或耦合块，使用上不方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种康复理疗及美容医疗等使用的聚焦超声探头，解决现有技术中的小功率人体等方面的应用，能与人体很好的进行声耦合，无需要额外增加油/水囊或耦合块，使用上方便。
本发明的技术方案是，一种多层透镜聚焦超声探头，采用平板状的压电陶瓷片产生超声波，通过至少两层声透镜且与平板状的压电陶瓷片贴合进行聚焦；其中一层声透镜是由高声速材料(声速大于1500米/秒)制成；另一层声透镜是由低声速材料(声速小于1500米/秒)制成的；
透射时声透镜是由高声速材料(声速大于1500米/秒)制成凹透镜；另一层声透镜是由低声速材料(声速小于1500米/秒)制成的凸透镜；透射声透镜指压电陶瓷片在组合透镜的后方；
反射时声透镜是由高声速材料(声速大于1500米/秒)制成凸透镜；另一层声透镜是由低声速材料(声速小于1500米/秒)制成的凹透镜；(一般没有反射工作状态)；反射声透镜指压电陶瓷片指接触于从体的皮肤表面。
本发明所指的凹透镜是指透镜边缘厚度大于中心厚度；
本发明所指的凸透镜是指透镜边缘厚度小于中心厚度；
本发明所指的高声速材料包括但不仅限于铝及铝合金，不锈钢等金属材料；
本发明所指的低声速材料包括但不仅限于硅橡胶材料；多层凹凸透镜组合成一个聚焦在皮下几厘米的透镜亦可。结构可以基于上述原理与光学组合透镜有一定相似度。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种聚焦超声探头，采用平板状的压电陶瓷片产生超声波，通过至少两层声透镜且与平板状的压电陶瓷片贴合进行聚焦；本发明采用探头表面是平面的或者是凸面的，更好的与人体表面贴合；无需要额外增加油/水囊或耦合块，使用上方便。该聚焦超声探头结构简单，生产加工方式简单、成本低，方便大批量生产。将其用于人体时，能够有效地聚焦。满足安全、有效、无创的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明聚焦超声探头的截面结构原理示意图；
图2为本发明实施例提供的聚焦超声探头的截面结构示意图。
图标：平板状的压电陶瓷片1、高声速材料透镜2；低声速材料透镜3。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图所示，图1为本发明聚焦超声探头的截面结构原理示意图中：平板状的压电陶瓷片1作用于人体等对象、依次贴合高声速材料(铝等金属材料)制备的凹透镜2；低声速材料(硅橡胶)制备的凸透镜3。采用平板状的压电陶瓷片产生超声波，通过至少两层声透镜进行聚焦；其中一层声透镜是由高声速材料(声速大于1500米/秒)制成凹透镜；另一层声透镜是由低声速材料(声速小于1500米/秒)制成的凸透镜。
图2为本发明提供的聚焦超声探头的截面结构示意图中:平板状的压电陶瓷片1、高声速材料制备的凹透镜2；低声速材料制备的凸透镜3作用于人体等对象时。图2中标示：热敏传感器4、换能器引线5、传感器引线6、PCB板7、外壳8、电缆9。本发明的一个特点是低声速材料制成的凸透镜可以是通过耦合剂贴附在透声层上一次性使用；如制备一体化的透镜，由低声速材料(硅橡胶)制备的凸透镜3的边缘制备成套状套住高声速材料制备的凹透镜2；再套在压电陶瓷片1上，一体化的透镜可以是容易更换甚至是一次性的部件。
F为聚焦的焦点，本发明设定的焦距可以在0.5-6厘米的范围内调节，即可以作用于人体皮下0.5-6厘米的范围。
如用在妇科康复，它的作用点在皮下4-5cm处(如腹腔内焦距是4.6cm)。也用于美容，一般在表面0.5厘米。
本发明采用平板状的压电陶瓷片产生超声波，通过至少两层声透镜进行聚焦；本发明的一个特点是探头表面是平面的或者是凸面的，更好的与人体表面贴合；本发明的一个特点是其中的一层声透镜是由高声速材料(声速大于1500米/秒)制成凹透镜。
本发明的主要结构为探头结构有压电陶瓷片，透声层，硅胶聚焦透镜，并设有温度传感器在透声层上贴合或浸埋温度传感器，用来防止探头表面过热；温度传感器位于平板状的压电陶瓷片1的旁侧，通过传感器引线6连接PCB板7、PCB板上安装处理芯片或电路。采用平板状的压电陶瓷片产生超声波；换能器引线5将超声驱动电压施加于压电陶瓷片1。S1为不表面透镜到焦距的弧形间距。
探头表面是凸面的即硅橡胶等低声速材料(声速小于1500米/秒)制成的凸透镜，更好的与人体表面贴合；
透声层是内包括高声速材料(声速大于1500米/秒)制成的凹透镜或平面透镜；
低声速材料制成的凸透镜可以是粘接固定在透声层上；
上述一次性的凸透镜可以是不同的曲率半径来达到不同焦距；
本发明所指的凸透镜是指透镜边缘厚度小于中心厚度；
本发明所指的高声速材料包括但不仅限于铝及铝合金，不锈钢等金属材料或塑料；
本发明所指的低声速材料包括但不仅限于硅橡胶材料；
透声层厚度首选为工作频率的半波长或半波长的整数倍。

Claims (9)

1.一种多层透镜聚焦超声探头，其特征是，采用平板状的压电陶瓷片产生超声波，通过至少两层声透镜且与平板状的压电陶瓷片贴合进行聚焦；其中透声层声透镜是由高声速即声速大于1500米/秒材料制成；另一层声透镜是由低声速即声速小于1500米/秒材料制成；
透声层透镜是由高声速材料制成凹透镜；另一层声透镜是由低声速材料制成的凸透镜。
2.根据权利要求1所述的多层透镜聚焦超声探头，其特征是，平板状的压电陶瓷片、依次贴合高声速材料制备的凹透镜；低声速材料制备的凸透镜。
3.根据权利要求1所述的多层透镜聚焦超声探头，其特征是，平板状的压电陶瓷片、高声速材料制备的凹透镜；低声速材料制备的凸透镜作用于人体体肤。
4.根据权利要求1所述的多层透镜聚焦超声探头，其特征是，所述的高声速材料包括但不仅限于铝及铝合金，不锈钢金属材料。
5.根据权利要求1所述的多层透镜聚焦超声探头，其特征是，所述低声速材料包括但不仅限于硅橡胶材料。
6.根据权利要求1所述的多层透镜聚焦超声探头，其特征是，焦距在1-6厘米的范围内调节。
7.根据权利要求1所述的多层透镜聚焦超声探头，其特征是，由低声速硅橡胶制备的凸透镜的边缘制备成套状套住透声层高声速材料制备的凹透镜上。
8.根据权利要求1-7之一所述的多层透镜聚焦超声探头，其特征是，设有温度传感器在透声层上贴合或浸埋温度传感器。
9.根据权利要求1-8之一所述的多层透镜聚焦超声探头，其特征是，透声层厚度首选为工作频率的半波长或半波长的整数倍。
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