CN1468586A - 用于将声波源耦合到生物上的膜盒 - Google Patents

用于将声波源耦合到生物上的膜盒 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于将一个具有声音传播介质(8)的声波源(1)耦合到一种生物上的膜盒，其中，该膜盒(2、12、14、20、23、26、29、34、39、41、43、45)在其为了将声波引入生物内而被置于与此生物贴靠的区域(11)内，具有一几何形状的变型(9、13、15、16、21、22、24、27、30、35、40、42、44、46)，该几何形状变型位于由声波源(1)所产生的声波的传播途径(10)内并有针对性地用于为该声波造型。所述膜盒(47、49)可附加地或作为替换形式在此区域(11)内具有一区段(48、51)，该区段用与膜盒(47、49)其余部分不同的材料制造。

Description

用于将声波源耦合到生物上的膜盒
技术领域
本发明涉及一种用于将一个具有声音传播介质的声波源耦合到一种生物上的膜盒。
背景技术
声波源例如在医学上用于击碎生物体内的结石或用于止痛。这种声波源可例如具有电磁压力脉冲源、声音传播介质、声学透镜或凹面镜、以及用于将声波源耦合到生物体的膜盒。借助电磁压力脉冲源将压力脉冲引入声音传播介质，压力脉冲在声音传播介质内传播并通过声学透镜或凹面镜聚焦。聚焦后的声波通过声音传播介质和用于耦合到此生物上的膜盒被引入生物体内。
声波源所产生的声波目前在通过例如声学透镜后和进入生物体内前不再进一步造型。若观察一个在声学透镜与有声波引入其中的生物体表面之间的一个垂直于声波主传播方向的面，人们会发现，声波或声波场在其6db区域内不均匀分布，例如在声波源中轴线附近的区域处于很高的正压或负压状态，它们可能导致对生物躯体的损害，尤其会导致刺激生物的皮肤。
在DE19534809A1中介绍了一种设备，用于通过声能治疗身体组织和击碎体内结石。为了避免在从设备到身体组织的传输过程中声波不希望的偏离直线的或规定的传播，主要建议，界面的几何形状按这样的方式造型，即，使得声波在传播时不发生或只是有控制地发生偏离。例如根据敷贴器的形状通过加压可形成平的、球形的或其他有控制地成形的界面。
由DE3312014A1已知一种设备，用于借助冲击波不接触地击碎生物体内的结石。在这里冲击波借助优选地可弹性变形的耦合体耦合到病人的体内。通过耦合体的变形，冲击波的焦点可调整到治疗区一定的范围内。为了扩展焦点的调整可能性，可以在耦合体上加贴一些附加的片，它们优选地用与耦合体相同的材料制成。
发明内容
本发明所要解决的问题是设计一种用于将一个具有声音传播介质的声波源耦合到一种生物上的膜盒，使得在将声波引入生物体内时降低对生物躯体的损害。
上述技术问题按本发明通过一种用于将一个具有声音传播介质的声波源耦合到生物上的膜盒来解决，其中，膜盒在其为了将声波引入生物内而被置于此生物贴靠的区域内，具有一个设在膜盒背对生物那一侧上与此膜盒牢固连接的几何元件，它位于声波源所产生的声波的传播途径内并且有针对性地为此声波造型。因此按本发明规定，在声波源上使用一种变型的膜盒，以便能在声波源所产生的声波通过声学透镜或凹面镜第一次成形后再一次对其有针对性地施加影响、导引或造型，其中，通过平衡声场的不均匀性，至少能减少对要用声波治疗的生物躯体的损害，尤其对生物皮肤的损伤。通过使几何元件处于膜盒背对生物的那一侧，保证使患者感到舒适地将膜盒良好地贴靠在身体表面上。
按本发明的一种实施形式，几何元件涉及一种声学镜。此声学镜可设计为平的或锥形，或有至少两个斜的镜面，由此产生的声波或由声波组成的声场在穿过声学镜时通过部分反射造型。
按本发明的一种方案采取下列措施实现声波场的另一种造型：令设在膜盒上的几何元件有许多规则或不规则排列的物体。由此导致分散所产生的声波场，其结果是同样可以为声波场造型。上述物体可例如是一个由小球体组成的场或由其他几何形状的物体组成的场，物体的最大尺寸小于由声波源所产生的声波的波长。其中，物体沿某一个方向的最大尺寸应比由声波源所产生的声波的波长约小一个数量级，亦即约小十倍。
按本发明的一些方案，声波场也可以通过一个起滤声器作用的设在膜盒上的元件造型，在这里滤声器可以是用于声波的高通或低通滤波器。此元件通常设计为包括多个有过滤作用的层。
本发明的另一些方案规定，设在膜盒上的元件可以是一种声学透镜或声波吸收器，由此同样可以有针对性地为声波源所产生的声波场造型，从而可以至少减少由引入生物体内的声波尤其在生物皮肤表面所造成的刺激。
按本发明的一种实施形式，设在膜盒上的几何元件用与耦合用的膜盒本身相同的材料制成。设计为声学镜、声学分散器、滤声器、声学透镜或声波吸收器的元件的特性，在这里还要通过元件的结构或其几何形状来形成。
按本发明的另一种实施形式，此几何元件用一种不同于膜盒的材料制造，这种材料的声学特性与声音传播介质的声学特性优选有显著的差别。适合制造这种几何元件的材料有橡胶类材料和硬质PVC、含金属的材料，以及总体上说所有可与膜盒材料良好连接的材料，膜盒通常用软PVC、胶乳或硅酮制成。
本发明所提出的有待解决的技术问题也可以通过另一种用于将一个具有声音传播介质的声波源耦合到一种生物上的膜盒来解决，其中，膜盒在其为了将声波引入生物内而被置于此生物贴靠的区域内，具有一个在膜盒背对生物的那一侧按规定改变几何形状的区段，该区段位于由声波源所产生的声波的传播途径内并且有针对性地为此声波造型。因此膜盒的这种几何形状变型，涉及膜盒上一个按规定改变几何形状的区段。
按本发明的一些方案，膜盒的这一区段可设计为使它能发挥声学镜的作用。此区段可以设计为平的或锥形声学镜的形式，或设计为具有至少两个斜的镜面的声学镜的形式。
按本发明的一种实施形式，膜盒的这一区段具有许多规则或不规则排列的物体，所以膜盒的此区段发挥使声波分散的作用。如已针对前述元件说明的那样，这些物体可以是小球体或其他几何形状的物体，这些物体尺寸小，换句话说，与声波源所产生的声波的波长相比，它们的最大尺寸小至少一个数量级。
按本发明的另一些实施形式，所述膜盒的这一区段可设计为使它能发挥滤声器的作用，优选地能发挥高通声音滤波器或低通声音滤波器的作用。
本发明的另一些方案规定，所述膜盒的这一区段设计为使它能发挥声学透镜的作用或声波吸收器的作用。
此外，本发明所提出的有待解决的技术问题还可以通过又一种用于将一个具有声音传播介质的声波源耦合到一种生物上的膜盒来解决，其中，膜盒在其为了将声波引入生物内而被置于与此生物贴靠的区域内，具有一个采用与膜盒其余部分不同的材料制成的壁段，该壁段同样位于由声波源所产生的声波的传播途径内并且有针对性地为该声波造型。
附图说明
下面借助附图所示实施方式对本发明予以详细说明，附图中：
图1至12表示用于将一个具有声音传播介质的声波源耦合到一种生物上的膜盒具有几何形状变型的各种实施形式；以及
图13、14表示分别具有一个用不同于膜盒的材料制的区段的膜盒。
具体实施方式
图1在局部剖切的示意图中表示一个用于产生声波的治疗头1，它例如可以是碎石器的一部分。治疗头1有一个在患者一侧用耦合膜盒2封闭的外壳3，在本实施例的情况下外壳内有一个电磁压力脉冲源4、一个聚焦透镜5以及在两个腔6和7内的声音传播介质8。借助此治疗头1可按已知的方式产生声波尤其是冲击波，其中借助声学的压力脉冲源4将压力脉冲引入声音传播介质8，压力脉冲在其传播过程中形成冲击波、借助聚焦透镜5聚焦在一个至少基本上处于治疗头1中心线M上的焦点区F中、并借助耦合膜盒2引入图中未表示的一患者的体内，该耦合膜盒2为此被置于与该患者身体贴靠。
如前言已提及的那样，在将冲击波引入患者体内时，由于所产生的冲击波场在其6db区内的不均匀性会造成对患者的损害，尤其对患者皮肤会造成刺激。为了有针对性地避免出现这种情况，在图1所示实施例的情况下，耦合膜盒2设计为使它在用点划线表示的区域11内(在该区域内耦合膜盒2为了将冲击波引入患者体内可被置于与患者贴靠)有一锥形元件9，该元件设在耦合膜盒2背对患者的那一侧上。由图1可以看出，声学镜9位于用虚线表示的声波传播途径10内。借助此声学镜9，所产生的并在声音传播介质8内传播的声波，可在通过聚焦透镜5成形后和引入患者体内前，再次通过在声学镜9上部分反射造型，从而减少声波对患者的损害，尤其对患者皮肤的刺激。
图2至12表示另一些耦合膜盒，它们可装在治疗头1的外壳3上取代图1所示的耦合膜盒2，以及如图1所示耦合膜盒2那样在患者一侧封闭外壳3。这些耦合膜盒可以彼此替换。
图2中表示的耦合膜盒12与图1所示耦合膜盒2的区别在于，没有在耦合膜盒12上设单独设计的元件9，而是耦合膜盒12本身在其背对患者的那一侧有一个几何形状变型区段13，它设计成锥形并发挥声学镜的功能。耦合膜盒12的几何形状变型区段13处于用点划线表示的耦合膜盒12区域11内，为了将声波引入患者体内，这一区域也同样被置于与患者贴靠。此外，区段13位于借助治疗头1产生的声波传播途径10内，从而可使所产生的和传播的声波在进入患者体内前再次有针对性地造型。
图3表示一种耦合膜盒14，它有两个元件15和16，其中元件15是一平面声学镜，元件16是具有三个斜的镜面17、18和19的声学镜。借助这些设在耦合膜盒14背对患者那一侧上的声学镜15和16，也可以将冲击波场在通过聚焦透镜5成形后在进入患者体内前再次造型，以免冲击波损伤生物。图4中表示的耦合膜盒20与图3所示耦合膜盒14的差别在于，对应于平面声学镜15的声学镜21以及具有三个斜的镜面的对应于声学镜16的声学镜22，是耦盒膜盒20本身按规定的几何形状变型区段，也就是说不是如声学镜15和16那样是单独设计并装在耦合膜盒上的元件。
图5表示一个耦合膜盒23，它在其背对患者的一侧有一元件24，该元件具有许多规则或不规则排列的物体25。该物体25可以是小球体或其他几何形状的物体，它们的最大尺寸小于借助治疗头1产生的声波的波长。优选地，物体25的最大尺寸比所产生的声波的波长小至少一个数量级。元件24的物体25对声波有分散的作用。由于将元件24设在声波的传播途径10内和耦合膜盒23上为了将声波引入患者而与患者相贴靠的区域11内，元件24因而有分散声波的功能，并由此将产生的声波场在进入患者体内前再次造型。图6中表示的耦合膜盒26与图5所示的耦合膜盒23的区别在于，耦合膜盒26本身有一个按规定的几何形状变型区段27，该区段具有许多规则或不规则排列的物体28，这些物体28置入该区段27内。该物体28也可以是小球体或其他几何形状的物体。耦合膜盒26中具有物体28的区段27如耦合膜盒23的元件24那样同样起分散声波的作用。
图7中表示的耦合膜盒29在其背对患者的那一侧有元件30，在本实施例的情况下它是一个由三个过滤层31、32和33组成的组件，其中的过滤层31、32和33可以是低通或高通声音滤波器。利用该组件声波场可在声波进入患者体内之前再次造型，使得在声波场中只有一个规定频率的声波才能进入患者体内。在图8中表示的耦合膜盒34与图7所示耦合膜盒29的区别仅仅在于，耦合膜盒34本身在其为了将声波引入患者而与患者贴靠的且位于声波传播途径10内的区域11内，按规定有几何形状变型，使之能发挥三个声频滤波器36、37和38的作用。
图9表示另一种耦合膜盒39，在其背对患者的一侧设有一元件40，该元件起声波透镜的作用。此透镜可以是聚焦透镜或也可以是散焦透镜，它可以在由治疗头1产生的声波场进入患者体内前对声波场再次造型。在图10中表示的耦合膜盒41与图9所示耦合膜盒39的区别仅在于，耦合膜盒41本身有一个按规定变更几何形状的区段42，它形成声学透镜的功能。如图9和10所示。声学透镜的此功能可例如这样达到：令设在耦合膜盒39上的元件40或耦盒膜盒41的区段42有凸的曲面。
图11表示另一种耦合膜盒43，在其背对患者的那一侧设有一元件44，它起声波吸收器的作用。与图11所示耦合膜43不同，在图12中表示的耦合膜盒45本身有一个按规定的几何形状变型区段46，它起声波吸收器的作用。
在图1、3、5、7、9和11中所表示的实施例的情况下，耦合膜盒的相关元件可用与耦合膜盒本身相同的材料制造。在图2、4、6、8、10和12所示的耦合膜盒实施例中，耦合膜盒的这些区段本来就是由与耦合膜盒相同的材料一体构成的。但在图1、3、5、7和9所示的耦合膜盒中，各元件也可以用不同于耦合膜盒的材料制成，这种材料的声学特性优选地与声音传播介质的声学特性有明显的差别。耦合膜盒通常用软质PVC、胶乳或硅酮制造。适合制造在图1、3、5、7和9中所示元件的材料在这里同样是橡胶类材料，例如硬橡胶、硬质PVC以及其他所有的能与各自的耦合膜盒材料良好连接的材料。在图1、3、5、7、9和11中表示的耦合膜盒的元件，可例如粘结在耦合膜盒上，或以其他方式与耦合膜盒固定连接。耦合膜盒23和26的物体25和28可例如用金属制成。
图13表示另一种按本发明的耦合膜盒47，它与迄今介绍的耦合膜盒的区别在于，它在其为了将声波引入患者而被置于与患者贴靠的那个区域11内有一个壁段48，此壁段用与耦合膜盒47其余部分不同的材料制成。壁段48的材料同样可以是一种橡胶类材料，如硬橡胶、硬质PVC以及涉及所有能与耦合膜盒的材料良好连接的材料，如已提及的那样，耦合膜盒通常用软PVC、胶乳或硅酮制。因此，以此方式，取决于壁段48的材料的声学特性，同样可以在声波场进入患者体内前对声波再次造型。
此外可以采用在上述耦合膜盒之间的混合形式。例如一个本身有用于声波场造型的一个或多个几何形状变型区段的耦合膜盒，可以附加地再配备一个或多个元件，其中一个区段或一个元件可起声学镜、滤声器、声波分散器、声波吸收器或透镜的作用。除此之外，这样的耦合膜盒可以附加地有一个用不同于耦合膜盒其余部分的材料制的区段。图14表示了这样一种混合形式。耦合膜合49有一个设计为锥形的起声学镜作用的区段50、一个用不同于耦合膜盒49其余部分的材料制的区段51、以及一个装在耦合膜盒49上的锥形元件52，它同样起声学镜的作用。
在图1至14中表示的耦合膜盒可交替地使用在图1所示的治疗头1上。耦合膜盒通常能方便地更换和可经济地生产，所以采用本发明创造了这样的可能性，即，使治疗头1的冲击波场通过有针对性地更换耦合膜盒在治疗中适应不同的要求，并因而达到更好地保护要医治的生物。因为在耦合膜盒上分别采取的措施，例如所设置的一特殊形状的元件或耦合膜盒上一体的成型段或用另一种材料构成的一个区段，大体上面状分布地位于要落入焦点区F内的冲击波能量束中，所以可以计算出在焦点区内的能量变化，并因而也可以有针对性地为焦点区造型。不过在耦合膜盒上采取的通常只小量地改变冲击波的焦点区和裂变作用。在这些举例说明的耦合膜盒中应选择哪一个应用在规定的治疗头上用于为声波场造型，一方面取决于要进行的治疗，另一方面取决于该规定的治疗头可通过测量技术确定的在可借助治疗头产生的声波场的均匀性方面的特性。
上面以一种具有电磁压力脉冲源的治疗头为例说明了本发明。然而治疗头并不一定必须有一个电磁压力脉冲源，而是也可以有其他的例如压电式压力脉冲源。
此外，在冲击波场通过设置在耦合膜盒上的元件或耦合膜盒本身的几何形状变型区段或耦合膜盒上用另一种材料制成的区段被造型前，冲击波场的成形并不一定必须通过聚焦透镜进行。

Claims (21)

1.一种用于将一个具有声音传播介质(8)的声波源(1)耦合到一种生物上的膜盒，其中，膜盒(2、14、23、29、39、43)在其为了将声波引入生物内而被置于与此生物贴靠的区域(11)内，具有一个设在膜盒(2、14、23、29、39、43)背对生物那一侧并与此膜盒(2、14、23、29、39、43)牢固连接的几何元件(9、15、16、24、30、40、44)，它位于由声波源(1)所产生的声波的传播途径(10)内并有针对性地为此声波造型。
2.按照权利要求1所述的膜盒，其中，所述元件(9、15、16)是一声学镜。
3.按照权利要求2所述的膜盒，其中，所述声学镜(9、15)设计成平的或锥形。
4.按照权利要求2所述的膜盒，其中，所述声学镜(16)具有至少两个斜的镜面(17、18、19)。
5.按照权利要求1所述的膜盒，其中，所述元件(24)具有许多规则或不规则排列的物体(25)。
6.按照权利要求1所述的膜盒，其中，所述元件(30)是一滤声器。
7.按照权利要求6所述的膜盒，其中，所述滤声器是一低通或一高通声音滤波器。
8.按照权利要求1所述的膜盒，其中，所述元件(40)是一声学透镜。
9.按照权利要求1所述的膜盒，其中，所述元件(44)是一个声波吸收器。
10.按照权利要求1至9之一所述的膜盒，其中，所述膜盒(2、14、23、23、39、43)及元件(9、15、16、24、30、40、44)用相同的材料制造。
11.按照权利要求1至8之一所述的膜盒，其中，所述元件(9、15、16、24、30、40)用不同于膜盒(2、14、23、29、39)的材料制造，这种材料的声学特性与声音传播介质(8)的声学特性不同。
12.一种用于将一个具有声音传播介质(8)的声波源(1)耦合到一种生物上的膜盒，其中，该膜盒(12、20、26、34、41、45)在其为了将声波引入生物内而被置于与此生物贴靠的区域(11)内，具有一个在膜盒(12、20、26、34、41、45)背对生物的那一侧按规定改变几何形状的区段(13、21、22、27、35、42、46)，该区段位于由声波源(1)所产生的声波的传播途径(10)内并有针对性地为此声波造型。
13.按照权利要求12所述的膜盒，其中，所述膜盒(12、20)的区段(13、21、22)设计为能发挥声学镜的作用。
14.按照权利要求13所述的膜盒，其中，所述区段(13、21)按平的或锥形的声学镜的形式设计。
15.按照权利要求13所述的膜盒，其中，所述区段(22)按一种具有至少两个斜的镜面的声学镜的形式设计。
16.按照权利要求12所述的膜盒，其中，所述膜盒(26)的区段(27)具有许多规则或不规则排列的物体(28)。
17.按照权利要求12所述的膜盒，其中，所述膜盒(34)的区段(35)设计为能发挥滤声器的作用。
18.按照权利要求17所述的膜盒，其中，所述区段按高通或低通声音滤波器的形式设计。
19.按照权利要求12所述的膜盒，其中，所述膜盒(41)的区段(42)设计为能发挥声学透镜的作用。
20.按照权利要求12所述的膜盒，其中，所述膜盒(45)的区段(46)设计为能发挥声波吸收器的作用。
21.一种用于将一个具有声音传播介质(8)的声波源(1)耦合到一种生物上的膜盒，其中，该膜盒(47、49)在其为了将声波引入生物内而被置于与此生物贴靠的区域(11)内具有一个壁段(48、51)，该壁段用与膜盒(47、49)的其余部分不同的材料制造，该壁段(48、51)位于由声波源(1)所产生的声波的传播途径(10)内并有针对性地为该声波造型。
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