CN117045954A - 一种多声束向量正交型超声促渗系统 - Google Patents

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CN117045954A CN202311250762.2A CN202311250762A CN117045954A CN 117045954 A CN117045954 A CN 117045954A CN 202311250762 A CN202311250762 A CN 202311250762A CN 117045954 A CN117045954 A CN 117045954A
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郭振宇
张梅
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Yunnan Yunke Characteristic Plant Extraction Laboratory Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种多声束向量正交型超声促渗系统，属于超声促渗领域，系统包括：治疗头、控制部件、超声换能器底座、中心超声换能器及多个边缘超声换能器；多个边缘超声换能器分布于超声换能器底座的边缘位置；中心超声换能器位于多个边缘超声换能器的中心位置；中心超声换能器用于向目标介质发射第一超声波；各边缘超声换能器用于向目标介质发射第二超声波；第一超声波的方向与第二超声波的方向正交，且第一超声波的频率小于第二超声波的频率；控制部件用于根据用户选择的促渗模式，控制中心超声换能器及各边缘超声换能器的工作占空比及工作顺序。本发明提高了促渗效果，并避免了目标介质的损伤，提高了超声促渗的安全性。

Description

一种多声束向量正交型超声促渗系统
技术领域
本发明涉及超声促渗领域，特别是涉及一种多声束向量正交型超声促渗系统。
背景技术
频率高于20KHz的声波称为超声波，超声波具有良好的方向性和穿透能力，尤其在医学中，可以用于成像探测、消融手术及细胞按摩等。超声空化促渗是医疗给药行业中常用的一种注射方法，超声辅助经皮给药已经有几十年的研究历史。这一领域的工作最初主要集中在使用高频超声(特指频率大于0.7MHz的超声)使得有效药物成分穿透皮肤；超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生生长和崩溃的动力学过程。超声波作用于液体时可产生大量小气泡，一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，称为空化。
90年代初，低频超声(特指频率小于100kHz)也在经皮给药领域获得了广泛的研究，在高频超声的作用下，使药物透过皮肤的关键在于皮肤组织内超声的空化作用，同时，低频超声微冲流作用于皮肤表面可增加其渗透性，并可输送各种药物。低频超声可以增强各种低分子量药物以及高分子量蛋白质药物穿透人体皮肤的转运功效。
在医疗领域涉及到有效活性成分透皮促渗的技术中，对于小分子成分的透皮促渗，超声空化技术的应用是成熟且有效的。但对大分子活性成分深度靶点促渗时，所采用的方法往往是延长超声的作用时间或加大声压强度，此方式单频率的超声空化无法使大分子活性成分准确达到所需要的深度，而且延长或加强超声作用的操作也会使皮肤发热从而引发不可逆的皮肤损伤、使用体验不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种多声束向量正交型超声促渗系统，可在提高促渗效果的同时，提高促渗的安全性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种多声束向量正交型超声促渗系统，包括：治疗头、控制部件、超声换能器底座、中心超声换能器及多个边缘超声换能器；
多个边缘超声换能器分布于所述超声换能器底座的边缘位置；所述中心超声换能器位于多个边缘超声换能器的中心位置，且所述中心超声换能器及各边缘超声换能器均与所述治疗头固定；
所述中心超声换能器用于向目标介质发射第一超声波；各边缘超声换能器用于向目标介质发射第二超声波；所述第一超声波的方向与所述第二超声波的方向正交，且所述第一超声波的频率小于所述第二超声波的频率；
所述控制部件分别与所述中心超声换能器及各边缘超声换能器连接，所述控制部件用于根据用户选择的促渗模式，控制所述中心超声换能器及各边缘超声换能器的工作占空比及工作顺序。
可选地，所述治疗头内填充有声学耦合介质。
可选地，所述第一超声波的方向与所述治疗头平行；所述第二超声波的方向与所述治疗头的切线延长线垂直。
可选地，所述第一超声波的频率范围为20kHz～40kHz；所述第二超声波的频率范围为1MHz～3MHz。
可选地，所述第一超声波的超声能量范围为0.1～0.3mW/cm2；所述第二超声波的超声能量范围为0.2～0.5mW/cm2。
可选地，所述控制部件包括：
中央处理器，用于根据用户选择的促渗模式，产生中心控制信号及边缘控制信号；
中心超声控制模组，分别与所述中央处理器及所述中心超声换能器连接，用于根据所述中心控制信号控制所述中心超声换能器的工作占空比；
边缘超声控制模组，分别与所述中央处理器及各边缘超声换能器连接，用于根据所述边缘控制信号，控制各边缘超声换能器的工作占空比及工作顺序。
可选地，所述边缘超声换能器的数量为4个，4个边缘超声换能器分别为：第一边缘超声换能器、第二边缘超声换能器、第三边缘超声换能器及第四边缘超声换能器；4个边缘超声换能器在所述超声换能器底座的边缘沿逆时针依次为第一边缘超声换能器、第二边缘超声换能器、第四边缘超声换能器及第三变换超声换能器。
可选地，所述促渗模式包括第一促渗模式、第二促渗模式及第三促渗模式；
在选择第一促渗模式时，所述控制部件控制所述中心超声换能器的工作占空比为0，按照设定时间间隔依次控制所述第一边缘超声换能器、所述第二边缘超声换能器、所述第三边缘超声换能器及所述第四边缘超声换能器工作；各边缘超声换能器的工作占空比为25％；
在选择第二促渗模式时，所述控制部件控制所述中心超声换能器的工作占空比为0，按照设定时间间隔依次控制第一组边缘超声换能器及第二组边缘超声换能器工作；每组边缘超声换能器的工作占空比为50％；第一组边缘超声换能器包括第一边缘超声换能器及第三边缘超声换能器；第二组边缘超声换能器包括第二边缘超声换能器及第四边缘超声换能器；
在选择第三促渗模式时，所述控制部件控制所述中心超声换能器及各边缘超声换能器的的工作占空比均为0。
可选地，在选择第一促渗模式时，所述多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量为：
在选择第二促渗模式时，所述多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量为：
在选择第三促渗模式时，所述多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量为：
其中，E为多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量，PL0为中心超声换能器的声压能量振幅，PH0为各边缘超声换能器的声压能量振幅。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明将多个边缘超声换能器(高频超声换能器)设置在超声换能器底座的边缘位置，将中心超声换能器(低频超声换能器)设置在多个边缘超声换能器的中心位置，控制部件根据用户选择的促渗模式，控制中心超声换能器及各边缘超声换能器的工作占空比及工作顺序，使中心超声换能器和各边缘超声换能器向目标介质发射方向正交的低频超声波和高频超声波，提高了促渗效果，并避免了目标介质的损伤，提高了超声促渗的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的多声束向量正交型超声促渗系统的示意图；
图2为超声换能器位置关系的立体示意图；
图3为超声换能器位置关系的平面示意图；
图4为本发明提供的多声束向量正交型超声促渗系统的工作过程示意图。
符号说明：
1-治疗面，2-治疗头，3-超声换能器底座，4-中心超声换能器，5-边缘超声换能器，6-中央处理器，7-中心超声控制模组，8-边缘超声控制模组，9-供电设备，10-第一边缘超声换能器，11-第二边缘超声换能器，12-第三边缘超声换能器，13-第四边缘超声换能器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的目的是提供一种多声束向量正交型超声促渗系统，结合高频超声和低频超声的优点，在美容时，根据有效成分不同调整高频超声的频率，制造适宜的空化气泡，同时，低频超声对皮肤表面进行微冲流促渗，通过自适应连续调整低频超声的作用时间和范围，将高频空化后的微泡，通过低频冲流增加人体皮肤对于特定低分子药物或者高分子蛋白质的转运能力，提高靶点对功效成分的吸收，形成复合促渗。在不延长超声作用时间和强度的前提下，大大提升超声技术对有效成分在皮肤表面的促渗能力，不仅减少超声长时间作用的生物热效应产生的危害及不适，避免皮肤表面的不可逆损伤，还提升靶点位置对有效成分的吸收，大大提升美容效果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的多声束向量正交型超声促渗系统包括：治疗头2、控制部件、超声换能器底座3、中心超声换能器4及多个边缘超声换能器5。
治疗头2内填充有声学耦合介质。工作时，治疗头2上的治疗面1与目标介质接触。中心超声换能器4即低频超声换能器，边缘超声换能器5即高频超声换能器。
多个边缘超声换能器5分布于所述超声换能器底座3的边缘位置。所述中心超声换能器4位于多个边缘超声换能器5的中心位置，且所述中心超声换能器4及各边缘超声换能器5均与所述治疗头2固定。
所述中心超声换能器4用于向目标介质发射第一超声波。各边缘超声换能器5用于向目标介质发射第二超声波。所述第一超声波的方向与所述第二超声波的方向正交，且所述第一超声波的频率小于所述第二超声波的频率。其中，目标介质为皮肤。
作为一种具体的实施方式，所述第一超声波的方向与所述治疗头2平行。所述第二超声波的方向与所述治疗头2的切线延长线垂直，从而实现低频超声波与高频超声波的正交。
作为一种具体的实施方式，中心超声换能器4用于发射垂直于组织面的低频超声波，各边缘超声换能器5用于发射平行于组织面的高频超声波。
所述第一超声波的频率范围为20kHz～40kHz。所述第二超声波的频率范围为1MHz～3MHz。所述第一超声波的超声能量范围为0.1～0.3mW/cm2；所述第二超声波的超声能量范围为0.2～0.5mW/cm2。
在本实施例中，如图2和图3所示，所述边缘超声换能器5的数量为4个，4个边缘超声换能器5分别为：第一边缘超声换能器10、第二边缘超声换能器11、第三边缘超声换能器12及第四边缘超声换能13。4个边缘超声换能器5在所述超声换能器底座3的边缘沿逆时针依次为第一边缘超声换能器10、第二边缘超声换能器11、第四边缘超声换能13及第三边缘超声换能器12。
所述控制部件分别与所述中心超声换能器4及各边缘超声换能器5连接，所述控制部件用于根据用户选择的促渗模式，控制所述中心超声换能器4及各边缘超声换能器5的工作占空比及工作顺序。
具体的，所述控制部件包括：中央处理器6、中心超声控制模组7及边缘超声控制模组8。
中央处理器6用于根据用户选择的促渗模式，产生中心控制信号及边缘控制信号。
中心超声控制模组7分别与所述中央处理器6及所述中心超声换能器4连接，中心超声控制模组7用于根据所述中心控制信号控制所述中心超声换能器4的工作占空比。
边缘超声控制模组8分别与所述中央处理器6及各边缘超声换能器5连接，边缘超声控制模组8用于根据所述边缘控制信号，控制各边缘超声换能器5的工作占空比及工作顺序。
具体地，中心超声控制模组7和边缘超声控制模组8均与超声换能器底座3固定。
作为一种具体的实施方式，促渗模式包括第一促渗模式、第二促渗模式及第三促渗模式。本发明通过三种促渗模式，实现不同程度的促渗增强效果。
在选择第一促渗模式时，所述控制部件控制所述中心超声换能器4的工作占空比为0，按照设定时间间隔依次控制所述第一边缘超声换能器10、所述第二边缘超声换能器11、所述第三边缘超声换能器12及所述第四边缘超声换能13工作；各边缘超声换能器5的工作占空比为25％。
即第一促渗模式中，中心超声换能器4持续工作，4个边缘超声换能器5轮流交替工作，产生促渗透效果温和的微泡。
此时，多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量为：
在选择第二促渗模式时，所述控制部件控制所述中心超声换能器4的工作占空比为0，按照设定时间间隔依次控制第一组边缘超声换能器及第二组边缘超声换能器工作。每组边缘超声换能器的工作占空比为50％。第一组边缘超声换能器包括第一边缘超声换能器10及第三边缘超声换能器12。第二组边缘超声换能器包括第二边缘超声换能器11及第四边缘超声换能13。
即第二促渗模式中，中心超声换能器4持续工作，边缘超声换能器5以相近两个单元为一组，两组交替工作，产生促渗透效果适中的微泡。
此时，多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量为：
在选择第三促渗模式时，所述控制部件控制所述中心超声换能器4及各边缘超声换能器5的的工作占空比均为0。
即第三促渗模式中，中心超声换能器4和4个边缘超声换能器5同时持续工作，产生促渗透效果强烈的微泡。
此时，多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量为：
其中，E为多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量，PL0为中心超声换能器的声压能量振幅，PH0为各边缘超声换能器的声压能量振幅。
此外，多声束向量正交型超声促渗系统还包括供电设备9。供电设备9与中央处理器6连接。
本发明通过微处理器计算超声波的发射电压及发射时间，控制不同位置布局的超声换能器输出声束方向正交、能量较小且工作时长较短的高低频超声波，通过高频超声波(第二超声波)和低频超声波(第一超声波)实现超声波空化作用的叠加，提高护肤活性成分的透皮促渗，且双频超声在多个靶点上会产生更好的超声空化作用及更短的超声作用时间。
为了更好地理解本发明的方案，下面结合图4介绍多声束向量正交型超声促渗系统的工作过程。
步骤1：电源开机，仪器自检，中央处理器6对中心超声控制模组7及边缘超声控制模组8进行状态检测并完成初始化。
步骤2：选择促渗模式，并将治疗头2紧贴于需要治疗的部位。
步骤3：当选择第一促渗模式时，中央处理器6分别控制中心超声控制模组7及边缘超声控制模组8工作。中心超声控制模组7控制中心超声换能器4连续工作，边缘超声控制模组8控制4个边缘超声高频换能器5按顺序等时间间隔交替工作，从而在治疗所需液体中产生初始状态超声微泡。
步骤4：当选择第二促渗模式时，中央处理器6分别控制中心超声控制模组7及边缘超声控制模组8工作。中心超声控制模组7控制中心超声换能器4连续工作，第一边缘超声换能器10和第三边缘超声换能器12为一组，第二边缘超声换能器11和第四边缘超声换能13为一组，边缘超声控制模组8控制每组两个边缘超声换能器5同时工作，两组等时间间隔交替工作，使得微泡在初始状态下进行叠加。
步骤5：当选择第三促渗模式时，中央处理器6分别控制中心超声控制模组7及边缘超声控制模组8工作。中心超声控制模块组7控制中心超声换能器4连续工作，边缘超声控制模组8控制4个边缘超声高频换能器5也同时连续工作，使得低频超声作用下产生的初始状态微泡在全方位的高频超声作用下进入复合态。
其中，高频工作声强PH为：
低频工作声强PL为：
其中，PH0为单个边缘超声换能器的声压能量振幅，PL0为单个中心超声换能器的声压能量振幅，fH为第二超声波的频率，fL为第一超声波的频率，为相位。
步骤6：若治疗完成，关闭该系统及设备；若未完成，则重复步骤2至步骤5。
本发明通过计算超声波的发射能量，控制不同位置布局的超声换能器的工作时间及幅度，实现超声波能量的自适应连续可调，实现超声波空化作用的叠加，从而解决传统超声波美容成分促渗设备在持续强力空化促渗工况下发生持续发热的问题，同时在单种低频或高频超声波空化促渗的基础上，实现了空化促渗效果的叠加，产生的微泡形态在破坏瞬间具备更强的促渗能力。
本发明提供的多声束向量正交型超声促渗系统为半自动化设备，仅需选择促渗模式后紧贴治疗部位便可完成治疗，操作简单，安全可靠，集成度高，方便携带，满足家用条件，并且能够提高单位时间、单位耗材的条件下使声学耦合介质更充分地到达皮肤所需位置。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种多声束向量正交型超声促渗系统，其特征在于，所述多声束向量正交型超声促渗系统包括：治疗头、控制部件、超声换能器底座、中心超声换能器及多个边缘超声换能器；
多个边缘超声换能器分布于所述超声换能器底座的边缘位置；所述中心超声换能器位于多个边缘超声换能器的中心位置，且所述中心超声换能器及各边缘超声换能器均与所述治疗头固定；
所述中心超声换能器用于向目标介质发射第一超声波；各边缘超声换能器用于向目标介质发射第二超声波；所述第一超声波的方向与所述第二超声波的方向正交，且所述第一超声波的频率小于所述第二超声波的频率；
所述控制部件分别与所述中心超声换能器及各边缘超声换能器连接，所述控制部件用于根据用户选择的促渗模式，控制所述中心超声换能器及各边缘超声换能器的工作占空比及工作顺序。
2.根据权利要求1所述的多声束向量正交型超声促渗系统，其特征在于，所述治疗头内填充有声学耦合介质。
3.根据权利要求1所述的多声束向量正交型超声促渗系统，其特征在于，所述第一超声波的方向与所述治疗头平行；所述第二超声波的方向与所述治疗头的切线延长线垂直。
4.根据权利要求1所述的多声束向量正交型超声促渗系统，其特征在于，所述第一超声波的频率范围为20kHz～40kHz；所述第二超声波的频率范围为1MHz～3MHz。
5.根据权利要求1所述的多声束向量正交型超声促渗系统，其特征在于，所述第一超声波的超声能量范围为0.1～0.3mW/cm2；所述第二超声波的超声能量范围为0.2～0.5mW/cm2。
6.根据权利要求1所述的多声束向量正交型超声促渗系统，其特征在于，所述控制部件包括：
中央处理器，用于根据用户选择的促渗模式，产生中心控制信号及边缘控制信号；
中心超声控制模组，分别与所述中央处理器及所述中心超声换能器连接，用于根据所述中心控制信号控制所述中心超声换能器的工作占空比；
边缘超声控制模组，分别与所述中央处理器及各边缘超声换能器连接，用于根据所述边缘控制信号，控制各边缘超声换能器的工作占空比及工作顺序。
7.根据权利要求1所述的多声束向量正交型超声促渗系统，其特征在于，所述边缘超声换能器的数量为4个，4个边缘超声换能器分别为：第一边缘超声换能器、第二边缘超声换能器、第三边缘超声换能器及第四边缘超声换能器；4个边缘超声换能器在所述超声换能器底座的边缘沿逆时针依次为第一边缘超声换能器、第二边缘超声换能器、第四边缘超声换能器及第三变换超声换能器。
8.根据权利要求7所述的多声束向量正交型超声促渗系统，其特征在于，所述促渗模式包括第一促渗模式、第二促渗模式及第三促渗模式；
在选择第一促渗模式时，所述控制部件控制所述中心超声换能器的工作占空比为0，按照设定时间间隔依次控制所述第一边缘超声换能器、所述第二边缘超声换能器、所述第三边缘超声换能器及所述第四边缘超声换能器工作；各边缘超声换能器的工作占空比为25％；
在选择第二促渗模式时，所述控制部件控制所述中心超声换能器的工作占空比为0，按照设定时间间隔依次控制第一组边缘超声换能器及第二组边缘超声换能器工作；每组边缘超声换能器的工作占空比为50％；第一组边缘超声换能器包括第一边缘超声换能器及第三边缘超声换能器；第二组边缘超声换能器包括第二边缘超声换能器及第四边缘超声换能器；
在选择第三促渗模式时，所述控制部件控制所述中心超声换能器及各边缘超声换能器的的工作占空比均为0。
9.根据权利要求8所述的多声束向量正交型超声促渗系统，其特征在于，在选择第一促渗模式时，所述多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量为：
在选择第二促渗模式时，所述多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量为：
在选择第三促渗模式时，所述多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量为：
其中，E为多声束向量正交型超声促渗系统向目标介质传递的能量，PL0为中心超声换能器的声压能量振幅，PH0为各边缘超声换能器的声压能量振幅。
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