CN1265929A - 高能超声体外聚焦热疗机功率超声发射器 - Google Patents

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Beijing Cheng Xuan Economic And Trade Co Ltd
BEIYI MEDICAL APPARATUS FACTORY BEIJING
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Abstract

本发明涉及一种用于FEP－BY01高能超声体外聚焦热疗机的大功率超声波发射器,属于医疗器械技术领域。它的结构是加大发射器口径,在一个口径为300～450mm的球形基底上固定近千个小直径的压电阵元,一般采用直径小于12mm的压电陶瓷片,他们之间采用并联或串接方式,有序地粘贴在内球面的表面。该装置结构简单、使用方便、性能可靠;可将分散发射的超声束聚焦为点状的高温焦域,温度可达70℃～100℃,在此高温下,可迅速杀死肿瘤细胞。安装在热疗机上形成一个不用开刀即可杀死癌组织的理想治疗装置。

Description

高能超声体外聚焦热疗机功率超声发射器
本发明涉及一种用于FEP-BY01高能超声体外聚焦热疗机的新型大功率超声发射器，属于医疗器械技术领域。
超声波热疗机的核心部分是超声波发射器，目前已有技术装备通常所采用的是在一个球面基底上固定16～24片压电阵元，每片压电阵元的直径在20mm左右，他们之间采用并联或串接方式有序地排列在内球面的表面，形成内球面的发射单元阵列；发射器的口径一般在200mm左右，球面半径R值也在200mm左右，功率一般在1千瓦左右，但在临床使用效果中，聚焦效果不好，治疗时疼痛，需要麻醉，并产生一个突出的并发症，即皮肤的灼伤率达70％。
超声波发射器的原理是：当向这些压电片施加一组相位相同或基本相位相同的连续电脉冲时，压电阵元即发射若干束超声波，且束束指向球心，这种分散发射的超声束经过传导介质在透射体层时，入射段能量分散，而聚焦后为点状(球心位置)时则形成一个高能密度区(焦域)，由于声能转化为热能，此区域形成一个高温区，以体内肿瘤为靶，在高温区内导致肿瘤细胞快速死亡，从而形成一个不用开刀即可杀死癌组织的新颖治疗装置。
本发明的目的是提供一种聚焦效果好，经反复实验，改变现有技术的各种参数，解决人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题，即大大提高点状高能密度区的温度，但又避免皮肤疼痛和皮肤灼伤的大功率超声波发射器。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案，加大现有的发射器的口径，提高发射功率，并使用小直径的压电陶瓷片，在发射器口径相同的情况下，扩大球面半径。
本发明的优点在于：充分发挥聚焦的效率，使人体内焦点温度达到70℃～100℃，但又避免了皮肤灼伤，治疗时完全不用麻醉。
附图1是扩大发射器口径降低入射能量密度示意图。
附图2是小直径压电阵元相位差比较原理示意图。
附图3是扩大球面半径减小声波抵消示意图。
附图4是本发明的全剖视图。
附图5是本发明的俯视图。
现结合附图对本发明作进一步详细说明。
发射器口径选择为200mm左右时，超声波入射途径上能量密度较高，造成皮肤及软组织灼伤，根据实验研究结果，将发射器的口径加大到300～450mm。如附图1所示，R1/R2＝1/2，发射面积
Figure A9910292300041
这样面积扩大了4倍。在输出功率1KW水平时，大发射器在起始聚焦区能量密度也就下降到原来的1/4，使得入射能量在穿行软组织内所形成的能量密度要远低于小口径发射器，因此，治疗时会使皮肤，皮下软组织吸声升温而造成灼伤几率降到最低。如图3所示，在相同口径的发射器上，选择300～360mm半径，可以减小声波抵削，加强聚焦效果。
如图4所示，目前固定在球面基底(1)上的压电片(2)为16～24片，每片的直径为20mm，因而聚焦效果不好。发射器阵设计的一个基本原则为功率超声波的波前尽量接近均匀的凹球面波前，理想的凹球面波前才具有最好的聚焦效果。对于用于深入人体内3cm以上深度聚焦热疗目的的超声频率应在1MHZ左右，此时超声在人体内波长仅为1.5mm左右，显然对波源的几何精度有很高要求。由于单片的大面积球面超声发射器制作难于实现，而平面发射器阵(或其它非球面阵)产生球面波前的驱动控制又过于复杂，所以我们采用多量小面积平面发射器组合成接近凹球面的阵列，为达到前述目的，应采用单片尺寸尽量小一些的发射器，经实验证实直径小于12mm的压电片效果最佳。
如附图2所示，用圆形小平片组成凹球面阵时，小平片直径的选择：设整个凹球面阵球面半径为R，单元小平片直径为d，单元小平片中心与边缘到焦点的距离之差为δ，则有
Figure A9910292300042
单元中心产生的超声波与边缘产生的超声波传到焦点处时的相位差为＜α。
有Δα＝δ/λ×3600＝δ/c×δ×3600＝(3600/1.5×10-8)×δ＝240δ×138。
其中δ、R、L单位均为m。
λ为超声波长，单位为m。
C为超声波速，单位为m/s，水及人体内按1500m/s计算。
f为超声频率，单位为HZ。取R＝0.3m，则若采用φ30mm平片，Δα≈90°，采用φ20mm平片，Δα≈40°
φ16平片，Δα≈25.6°，而采用φ12mm平片，Δα≈14.4°。
大片与小片在焦点处产生声强相的差别推导从略。
将近千个这种小直径压电片固定在球面基底上，许多较细的声束形成的交叉干涉可以保证超声波的聚焦效率充分发挥，人体内焦点的温度可达到70℃～100℃，从而保证了治疗效果的稳定性和可重复性。

Claims (2)

1.一种高能超声体外聚焦热疗机功率超声发射器，其特征在于：加大发射器口径，在一个口径为300～450mm的球形基底上固定近千个直径小于12mm的压电片，他们之间采用并联或串联方式，有序地粘贴在内球内的表面。
2.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于：当发射器口径相同时，选择300～360mm球面半径，由于扩大了球面半径，从而减小了声波能量的抵消。
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