CN115227989B - 一种可调节近场区的超声波探头及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调节近场区的超声波探头及调节方法，包括超声波探头本体以及敏感单元，所述敏感单元安装于超声波探头本体内，且与超声波探头本体电连接，所述敏感单元包括压电材料，具有相背设置的第一电极面和第二电极面；电极片，具有多片，所述电极片分别设置在第一电极面和第二电极面上；电子开关，每一电子开关与一电极片通过导线连接，根据得出的待治疗部位与超声波探头之间的距离，选择使用中心电极片和其径向设置的多片中的一个或多个组合，达到改变近场区长度，提高了治疗效果，精准治疗降低了超声波设备的运行功率，从而减少了能源消耗，达到节能环保的目的。

Description

一种可调节近场区的超声波探头及调节方法

技术领域

本发明涉及超声波探头及超声波诊断治疗装置技术领域，具体为一种可调节近场区的超声波探头及调节方法。

背景技术

在超声治疗领域中，施加在被治疗部位超声波的功率强度、波形参数不同，治疗的效果会有明显的不同，有些情况下，有可能会造成损伤。一般地，认为超声频率在1～3MHz，超声功率不大于0.3W/cm²的超声波，对于人体基本没有损害，常用于诊断和理疗。

现有的超声治疗探头，基本采用直径为20mm左右的晶片，超声波的频率为1MHz或者3MHz。当采用这个超声波对人体进行治疗时，Zmax的计算值为66mm～200mm，结合人体的体格特点，这个区间的变化是比较大，相同的一个探头，对于肌肉厚度小的人，实际作用位置在远场区，而对于肌肉厚度大的人，实际作用位置在近场区，这种变化带来的后果是，超声治疗效果会因人体体质的不同而存在明显的差异，进一步导致超声波设备需要长时间运行，消耗了较多电量。

发明内容

基于上述技术缺陷，本发明提供一种可调节近场区的超声波探头及调节方法，解决了上述技术问题中的技术缺陷。

本发明一种可调节近场区的超声波探头，包括超声波探头本体以及敏感单元，所述敏感单元安装于超声波探头本体内，且与超声波探头本体电连接，所述敏感单元包括压电材料，具有相背设置的第一电极面和第二电极面；电极片，具有多片，所述电极片分别设置在第一电极面和第二电极面上；电子开关，包括通电开关以及导线，所述电子开关具有多个，每一电子开关与一电极片通过导线连接。

进一步，所述电极片包括正面电极片和背面电极片，所述正面电极片包括中心电极片、以中心电极片为中心径向设置的第一电极片、第二电极片、第三电极片，所述第一电极片、第二电极片及第三电极片均为圆环状，其中第一电极片、第二电极片及第三电极片组成第一组合结构，所述第一电极片与中心电极片之间具有间隔，所述第二电极片与第一电极片之间具有间隔，所述第三电极片与第二电极片之间具有间隔，所述中心电极片直径为4mm,环状电极片的宽度为0.9mm，每一所述环状电极片之间的间距为0.1mm。

进一步，所述背面电极片贴附在第二电极面，所述第二电极面为圆面，所述背面电极片为圆片，所述背面电极片与第二电极面直径相同。

进一步，所述通电开关至少具有四个，每一通电开关与一导线连接，四根导线分别与中心电极片、第一电极片、第二电极片和第三电极片连接，所述通电开关用于控制正面电极片的通电和断电。

进一步，所述压电材料的直径为7-30mm。

进一步，所述电极片为金属电极，所述正面电极片贴附在第一电极面。

一种调节方法，包括以下步骤：

（1）移动上述超声波探头至待治疗区域上方，启动带有超声波探头的治疗仪依据超声测距的计算公式，得出待治疗部位与超声波探头之间的距离；其近场区长度与正面电极片的直径成正比，与超声波的波长成反比，因此超声波声波的近场区在特定介质中的值是确定的，当Z=Zmax时，在超声波传播的轴向方向上，声压幅值出现极大值，其中Zmax称为近场区长度；

（2）通过通电开关将第一电极片、第二电极片、第三电极片断电，保留中心电极片通电状态，中心电极片满足最小要求近场区长度；

（3）中心电极片和第一电极片、第二电极片、第三电极片全部使用状态下，满足最大要求近场区长度。

进一步，基于所述步骤（1）得出待治疗部位与超声波探头之间的距离，选择使用中心电极片、第一电极片、第二电极片、第三电极片中的一个或多个，分别得到不同的近场区长度，以此实现近场区长度与待治疗部位达到最佳值，其中超声波探头的工作频率为1.5MHz，超声波在人体肌肉组织内传播的波长为1.5mm。

有益效果，本发明相较于现有技术，具有如下显著效果：

（1）本发明可调节近场区的超声波探头，具有一采用压电材料制成的敏感单元，该压电材料正面和背面均设有电极片，且电极片可通过通电开关控制，实现了敏感单元使用面积的可控，达到近场区长度的可控性，精准治疗降低了超声波设备的运行时间和运行功率，从而减少了能源消耗，达到节能环保的目的。

（2）本发明可调节近场区的超声波探头，正面电极由多个直径、形状各异的电极片组成，提高了敏感单元面积使用的多样化，能够根据使用场景，组合为多种敏感单元使用面积，进一步提高了近场区长度的可控性。

（3）本发明可调节近场区的超声波探头，通电开关通过导线与各电极片连接，所述通电开关用于控制各电极片的通电状态，使用时通电，不用时断电，实现电极片在各场景中的不同使用状态，达到了控制敏感单元使用面积的可控性。

（4）本发明的调节方法，根据得出的待治疗部位与超声波探头之间的距离，选择使用中心电极片和第一电极片、第二电极片、第三电极片中的一个或多个组合，达到改变近场区长度，提高了治疗效果。

附图说明

图1为本发明实施例的压电材料结构图；

图2为本发明实施例的正面电极片结构图；

图3为本发明实施例的电子开关结构示意图。

图中：1、压电材料；2、正面电极片；21、中心电极片；22、第一电极片；23、第二电极片；24、第三电极片；3、背面电极片；4、电子开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”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，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。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

根据图1所示的，本发明一种可调节近场区的超声波探头，包括超声波探头本体以及敏感单元，所述敏感单元安装于超声波探头本体内，且与超声波探头本体电连接，所述敏感单元包括压电材料1，所述压电材料1具有相背设置的第一电极面和第二电极面；电极片，具有多片，所述电极片分别设置在第一电极面和第二电极面上；电子开关4，包括通电开关以及导线，所述通电开关具有多个，每一通电开关与一电极片通过导线连接。

所述敏感单元安装于超声波探头内，所述敏感单元由压电材料1、正面电极片2和背面电极片3组成，电极片能够完全覆盖在压电材料1表面，也能够根据使用场景减少电极片的覆盖面积，以此来实现控制超声波近场区长度。

所述压电材料采用压电复合材料、压电单晶、压电陶瓷片中的一种。

根据图1、图2所示的，所述电极片包括正面电极片2和背面电极片3，所述正面电极片2包括中心电极片21、以中心电极片21为中心径向设置的第一电极片22、第二电极片23、第三电极片24，所述压电材料1的直径为7-30mm，所述电极片为银薄膜电极、金薄膜电极、铜薄膜电极中的一种，所述正面电极片2贴附在第一电极面，所述第一电极片22、第二电极片23及第三电极片24均为圆环状，所述第一电极片22与中心电极片21之间具有间隔，所述第二电极片23与第一电极片22之间具有间隔，所述第三电极片24与第二电极片23之间具有间隔，所述背面电极片3贴附在第二电极面，所述第二电极面为圆面，所述背面电极片3为圆片，所述背面电极片3与第二电极面直径相同，所述中心电极片21直径为4mm,环状电极片的宽度为0.9mm，每一所述环状电极片之间的间隔为0.1mm。

所述正面电极片2以中心电极片21为基点，依次径向设置第一电极片22、第二电极片23、第三电极片24，根据使用场景能够增加第四电极片…第N电极片，正面电极片2的直径与压电材料1的直径呈正比，所述中心电极片21呈圆形，依次径向设置第一电极片22、第二电极片23、第三电极片24均为圆环状，且各电极片之间均具有间隔，设置若干圆环形电极片并通过开关控制，使其能够具有多种组合，以实现改变电极片使用面积，达到改变超声波超声波近场区长度的效果。

根据图3所示的，所述通电开关至少具有四个，每一通电开关与一导线连接，四根导线分别与中心电极片21、第一电极片22、第二电极片23和第三电极片24连接，所述通电开关用于控制正面电极片2的通电和断电。

一种调节方法，包括以下步骤：

（1），移动上述超声波探头至待治疗区域上方，启动带有超声波探头的治疗仪依据超声测距的计算公式，得出待治疗部位与超声波探头之间的距离；其近场区长度与正面电极片2的直径成正比，与超声波的波长成反比，因此超声波声波的近场区在特定介质中的值是确定的，当Z=Zmax时，在超声波传播的轴向方向上，声压幅值出现极大值，其中Zmax称为近场区长度；

（2）通过通电开关将第一电极片22、第二电极片23、第三电极片24断电，保留中心电极片21通电状态，中心电极片21满足最小要求近场区长度；

（3）中心电极片21和第一电极片22、第二电极片23、第三电极片24全部使用状态下，满足最大要求近场区长度。

基于所述步骤（1）得出待治疗部位与超声波探头之间的距离，选择使用中心电极片21、第一电极片22、第二电极片23、第三电极片24中的一个或多个，以此实现近场区长度与待治疗部位达到最佳值，其中超声波探头的工作频率为1.5MHz，超声波在人体肌肉组织内传播的波长为1.5mm，近场区长度与正面电极片2的直径成正比，各电极片分别配合使用，得到不同的近场区长度，已知的近场区长度公式为：

Z为超声波长度，max为最大值，当Z=Zmax时，在超声波传播的轴向方向上声压幅值出现极大值，Zmax称为近场区长度，D为声源直径，即正面电极片2的直径，为波长，近场区长度为声源直径的平方除以四倍的波长。

正面电极片2以中心电极片21为中心，依次径向设置若干环状电极片，当中心电极片21的直径为4mm，每一环状电极片的宽度为0.9mm,每一环状电极片之间的间隔为0.1mm，且相距中心电极片21最近的第一电极片22，与中心电极片21的间隔同为0.1mm，其声源直径为中心电极片21的直径和环状电极片的宽度之和，如中心电极片21的直径为4mm，第一电极片22的宽度为0.9mm,则声源直径为中心电极片21、第一电极片22以及之间的间隔之和，得到的声源直径为5mm；第一电极片22和第二电极片23组成的声源直径为1.9mm，在已知超声波在人体肌肉组织内传播的波长为1.5mm的前提下，通过中心电极片21与其他各环状电极片的配合，或若干环状电极片之间的配合，实现声源直径的变化，进而实现近场区长度的变化。

其中压电材料1的直径为7-30mm，贴附在压电材料1上的正面电极片2直径为7-30mm，能够实现声源直径变化的范围为7-30mm，环状电极片分为第一电极片22、第二电极片23、第三电极片24…第N电极片。

本发明的调节方法，首先通过超声波探头发射超声波，计算超声波探头与待治疗部位的距离，在已知相同介质下超声波在特定媒介，如肌肉中传播的近场区域长度就是一个确定的值，根据反馈信号，治疗设备计算出超声波近场区与待治疗部位的最佳距离，然后通过通电开关选择中心电极片21、第一电极片22、第二电极片23、第三电极片24中的一个或多个，达到最佳治疗效果。

本发明可调节近场区的超声波探头，不仅用于超声波治疗，还能够作为超声波测距、超声波厚度检测使用，具体的采用本技术方案的超声波探头为贴紧待检测物体，利用其超声波反射，计算反射的超声波衰减计算物体的厚度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可调节近场区的超声波探头，包括超声波探头本体以及敏感单元，所述敏感单元安装于超声波探头本体内，且与超声波探头本体电连接，其特征在于：所述敏感单元包括压电材料，具有相背设置的第一电极面和第二电极面，电极片，具有多片，所述电极片分别设置在第一电极面和第二电极面上，电子开关，包括通电开关以及导线，所述通电开关具有多个，每一通电开关与一电极片通过导线连接，所述电极片包括正面电极片和背面电极片，所述背面电极片贴附在第二电极面，所述第二电极面为圆面，所述背面电极片为圆片，所述背面电极片与第二电极面直径相同，所述正面电极片包括中心电极片、环绕中心电极片设置的环状电极片，所述中心电极片直径为4mm,环状电极片的宽度为0.9mm，每一所述环状电极片之间的间距为0.1mm，所述环状电极片由若干圆环状的电极片组成，所述环状电极片以中心电极片为中心依次径向设置，形成第一电极片、第二电极片及第三电极片，其中第一电极片、第二电极片及第三电极片组成第一组合结构。

2.根据权利要求1所述的可调节近场区的超声波探头，其特征在于：所述第一电极片与中心电极片之间具有间隔，所述第二电极片与第一电极片之间具有间隔，所述第三电极片与第二电极片之间具有间隔。

3.根据权利要求1所述的可调节近场区的超声波探头，其特征在于：所述背面电极片贴附在第二电极面，所述第二电极面为圆面，所述背面电极片为圆片，所述背面电极片与第二电极面直径相同。

4.根据权利要求1所述的可调节近场区的超声波探头，其特征在于：所述通电开关至少具有四个，每一通电开关与一导线连接，四根导线分别与中心电极片、第一电极片、第二电极片和第三电极片连接，所述通电开关用于控制正面电极片的通电和断电。

5.根据权利要求1所述的可调节近场区的超声波探头，其特征在于：所述压电材料的直径为7-30mm。

6.根据权利要求1所述的可调节近场区的超声波探头，其特征在于：所述电极片为金属电极，所述正面电极片贴附在第一电极面。

7.一种调节方法，基于权利要求1-6任一项所述的可调节近场区的超声波探头，其特征在于：包括以下步骤：

（1）移动上述超声波探头至待治疗区域上方，启动带有超声波探头的治疗仪，依据超声测距的计算公式，得出待治疗部位与超声波探头之间的距离，基于得出待治疗部位与超声波探头之间的距离，选择使用中心电极片、第一电极片、第二电极片、第三电极片中的一个或多个，分别得到不同的近场区长度，以此实现近场区长度与待治疗部位达到最佳值，其中超声波探头的工作频率为1.5MHz，超声波在人体肌肉组织内传播的波长为1.5mm；

（2）通过通电开关将第一电极片、第二电极片、第三电极片断电，保留中心电极片通电状态，中心电极片满足最小要求近场区长度；

（3）中心电极片和第一电极片、第二电极片、第三电极片全部使用状态下，满足最大要求近场区长度。