CN1555551A - 非柱面声波装置 - Google Patents

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Abstract

一种声波装置，包括一非柱面和无尖端的声波振子，适配得可生成声波并设置得沿着纵向轴线，以及一反射器，相对于振子配置得以致可将振子发出的声波聚焦到聚焦点。

Description

非柱面声波装置
技术领域
本发明一般地涉及声波的生成和聚焦，而具体地涉及一种非柱面的声波源装置，可用在诸如体外冲击波疗法(ESWT)这样的多种医疗之中。
背景技术
声波(或冲击波，此二词随后可互换使用)的生成和聚焦，用于诸如结石碎化或矫形治疗等医疗目的，是通过多种方法实现的。每种方法都包含声波生成和相关的聚焦装置。先前技术可以按声波生成和相关聚焦的几何问题予以分类：点源和椭球面反射器、平面源和声透镜、柱面源和抛物面反射器，以及不带另外聚焦的球面源。先前技术一般把电能转换为声波，诸如通常通过电容器放电生成电或磁场的强烈脉冲，而后把电磁场转换为声能。
用于在碎石器之中产生声波的点源在多项专利中有所说明，诸如比方美国专利3942531和4539989之中，其披露内容在此纳入作为参考。点源一般是电液压装置。各间隔狭小的电极的端头之间电能快速排放，在传播液体中可造成球面波序列。各电极相对于椭球面反射器配置，后者具有两个焦点。电能在第一焦点处排放，而声波聚焦到第二焦点上。
平面源一般是电磁装置。薄圆膜片由于在一平面线圈处被振击或推斥开来而施加压力于传播液体。电能的快速排放到线圈里去和磁场中相关的迅速变化会在膜片中诱发电流，将它转变为带有的极性相反于线圈极性的磁铁。由于膜片紧密接触传播液体，膜片被持续推斥可生成声波。美国专利4674505，其披露内容在此纳入作为参考，说明了这样一种带有相关声透镜的平面源实例。
装有柱面源的装置采用类似于用于平面源的电磁方法。一线圈安装在圆柱状支座上，而一柱面膜片，沿径向被推压或推斥，引起向外传播的柱面波。一抛物面反射器使声波聚焦到系统柱面轴线的一点上。柱面源使得可能采用轴向超声探头来使聚焦面积成像。柱面源的实例说明在Hasssler等人的美国专利5058569—转让给Siamens Aktiengesellschaft(Munich，Germany)和Gruenwald等人的美国专利5174280—转让给Domier Medizintechnik GmbH(Germering，Germany)—之中，其披露内容在此纳入作为参考。
球面波由压电振子阵列或通过采用向内排挤进入传播液的球面模的电磁方法产生。不需要进一步聚焦。球面源在美国专利5714280的背景技术部分有描述。
每种先前技术的声波生成和聚焦装置都具有局限性。声波发生器会以每秒一或两次冲击的速率生成冲击，而体外冲击波疗法(ESWT)一般每次治疗要求都千次冲击。电液压方法苦于非均匀排放、疼痛和高噪音水平等缺点。电磁平面方法苦于高成本和制作线圈和透镜组件的复杂性等缺点。平面源的声透镜是易碎的，并对大孔阑来说是无效力的。除了制作电磁柱面源的复杂性以外，抛物柱面反射镜不是效率很高的，因为声源处在接近它的反射波路径上。压电阵列造价昂贵，并难以获高水平、分布良好的密集度。此阵列要求相对较大的孔阑，这就妨碍了聚焦面积的射线成像的达成。
发明内容
本发明追求提供经过改型的声波装置，其中由声波装置生成的声波反射器予以聚焦，后者包括一围绕声波装置纵向轴线旋转的曲线。曲线可以是一圆锥截面的一段，此段具有的对称轴线相对于声波装置的纵向轴线是倾斜的。比如，一改型的抛物面反射器可以相对于锥形振子配置得以致可使从那里发出的声波向一聚焦点聚焦，此点是锥形振子的顶尖。另外比如，一改型的椭球面反射器可以相对于球状振子配置得以致可使从那里发出的声波向一聚焦点聚集，此点是椭球面的焦点之一。
声波可以由一种面积振子(area transducer)生成，诸如截锥形面积振子。比如，一线圈可以推斥或振击锥形膜片以形成声波。在另一实例中，声波可以借助于同轴地安装于锥形振子底座的力发生器来予以生成。力发生器传递具有两个矢量分量的力，一个矢量分量基本上沿着锥形振子的外廓，而另一个矢量分量基本上从锥形振子的外廓垂直向外。垂直于外廓的矢量分量可生成从锥形振子外廓向外发出的锥形声波。
因而，按照本发明一项优选实施例，提供了一种声波装置，包括一非柱面和无尖端的声波振子，适配得可生成声波并沿着纵向轴线设置以及一反射器，相对于振子配置得以便将从振子发出的声波聚焦于一聚焦点。
按照本发明一项优选实施例，反射器包含一围绕纵向轴线旋转的曲线。
另外，按照本发明一项优选实施例，曲线包含一圆锥截面的一段，后者具有的对称轴线相对于纵向轴线是倾斜的。比如，圆锥截面的此段可以包含抛物线或椭圆。
另外，按照本发明一项优选实施例，聚焦点基本上居于纵向轴线上。
按照本发明一项优选实施例，振子包括一锥形声波振子，而聚焦点包括锥形声波振子的顶尖。
另外，按照本发明一项优选实施例，振子的外部轮廓相对于反射器的内部轮廓是倾斜的，以致从反射器内部轮廓反射过来的声波基本上不为振子外部轮廓所阻挡。
按照本发明一项实施例，振子包括一环形声波振子，最好是以其中心基本上设置在椭圆的一个焦点处，而其中聚焦点基本上在椭圆的另一焦点处。
另外，按照本发明一项优选实施例，声波装置包括一膜片，装接于适配于由振子生成的声波的反射器以经由它传播声波。
另外，按照本发明一项优选实施例，声波振子包括一敞开端部，由一膜片覆盖。
另外，按照本发明一项优选实施例，声波振子包括一敞通底座，适配于一成像探头穿之而过。
按照本发明的一项优选实施例，一电气器件设置在振子的外部轮廓上，电气器件按面积设计在外部轮廓上用于从外部轮廓处向外发射声波。
另外，按照本发明一项优选实施例，一力发生器同轴地安装于振子的底座，力发生器适配得于传递力量给振子的外部轮廓，此力量引起声波。
另外，本发明一项优选实施例，此力具有一矢量分量，基本上垂直于振子的外部轮廓，生成从振子的外部轮廓向外发出的声波。
力发生器可以包括至少一种往复锤击装置；一种“飘动”质量加速器，适配得可使一质量撞击在振子上；一种爆炸装置；一种水下放电装置；一种电磁驱动器；一种压电驱动器；一种气压驱动器以及一种液压驱动器。
附图说明
本发明从以下结合图纸所作的详细说明中会比较全面地予以认识和理解。
图1是一种声波装置的简化图示，是按照本发明一项优选实施例予以设计和运作的，后者带有一非柱面(比如，锥形的)声波振子和一改型的抛物柱面反射器。
图2是图1声波装置的简化的几何简图；
图3是图1声波装置的简化图示，按照本发明一项优选实施例，带有宽大孔口以使成像探头穿入或穿过声波振子；
图4是一种截锥形面积振子的简化剖面图示，此振子符合本发明一项优选实施例，带有一线圈和膜片装置，可以用以生成声波；以及
图5是一种声波装置的简化图示，是按照本发明另一项优选实施例予以设计和运作的，带有一环形声波振子和一改型的椭球面反射器。
具体实施方式
现在参照图1，其图示了一按照本发明一优选实施例制造和操作的声波装置10。
在图1的实施例中，声波装置10包括一种非柱面和非点声波振子(non-cylindrical and non-point acoustic wave transducer)12。比如，声波装置10可以加工成形得如同一圆锥，最为可取地如同一截圆锥，具有纵向轴线(其对称轴线)14。至少是局部抛物面反射器16的一种改型的抛物面反射器相对于振子12配置以便聚焦从振子12发出的声波。现在参照图2说明反射器16相对于振子12的优选配置。
一如从抛物面定义所熟知的那样，任何从抛物面的聚焦点20发出的、投射到抛物面上的射线，会从抛物面平行于抛物面的对称轴线(亦即其旋转轴线)反射过来。反之亦然：任何平行于抛物面对称轴线的射线A，投射到抛物面上，会反射到聚焦点20。锥形振子的外廓因而可以配置得以致从圆锥外廓垂直地传播出去的一些射线都平行于抛物面的对称轴线。反射器16因此可以由对称地围绕锥形振子12纵向轴线14旋转的两部分抛物线构成，一部分18A(抛物线的一半)连同其对称轴线19A和另一部分18B(抛物线的一半)连同其对称轴线19B。因而，反射器16围住振子12，以致从振子12向外发射的声波由反射器16反射到聚焦点20，后者位于轴线14的圆锥尖端处。振子12可以穿过制成在反射器16上的孔口22安装，并可以用密封圈24在那里予以密封(图1)。
反射器16的内部容积可以充以传播液体26，而振子的敞开端部28可以用膜片27覆盖以便密封锥形振子12内部而使传播液体26不进入其中。反射器16的端面可以用另一膜片28覆盖。声波装置10可以安放得顶靠或靠近希望予以处理的标的。由振子12生成的声波可以经由传播液体26并通过膜片28朝向位于标的30内的聚焦点20。声波以多种方式产生，一如以下参照图1和4所述。
圆椎形振子12超出先前技术中柱面振子的优点之一在于显著地减少了对反射声波有阻碍。具体地说，振子12的外部轮廓可以相对于反射器16的内部轮廓是倾斜的，以致从反射器16内部轮廓反射过来的声波基本上不受振子12外部轮廓的阻挡。
现在参照图3，图示声波装置10超出先前技术的另一优点。在先前技术中，采用柱面振子，圆筒的孔口必须较小以尽量减少对反射声波的阻碍。这意味着，先前技术在可以通过圆筒的探头的尺寸和类型上是受到限制的。特别是，成像探头，诸如但不限于X射线探头，一般具有8-10cm的直径，不能通过圆筒。由于本发明不会遭遇阻碍反射声波的缺点，所以，圆锥形振子12可以设计得具有宽敞的底座29，以便成像探头31进入或穿过圆锥。(成像探头31也可以在需要时在不进入或穿过圆锥的情况下予以采用)。可以看到，膜片27和28可以是挠性的(比如可以用弹性材料制成，诸如但不限于胶乳、硅树脂、聚氨酯，以及其他)，以致探头31可以推压膜片27顶靠膜片28，以及推压两个膜片顶靠病人(未画出)。圆锥的高度h需要时可以较小，但要为面积振子保持较大面积以便从圆锥外廓处产生声波。
现在参照图4，此图图示一种截锥形面积振子，符合本发明一项优选实施例，可以用以生成声波。此面积振子包括电气器件32，诸如一线圈，安装在振子12的截锥形支座34上。膜片36成形得吻合支座34的锥形外部轮廓并设置在电气器件12上。线圈适配得可从截圆锥支座34基本上在箭头38的方向上向外移动(比如推斥或振击)膜片36，以致在从振子12外廓外外的方向上传播声波40。一如此前所述，声波40从反射器16反射离开并通过膜片28朝向聚焦点20传播(图1)。
应该理解，这样一种线圈和膜片装置只是面积振子的一例。熟练的技术人员将会理解，任何可将非机械能在与传播液体的界面上转换为面和变换器可以用在本发明中用于生成声波，诸如美国专利5058569和5174280之中所述的各种类型。
现在再次参照图1。本发明中生成声波的另一方法是借助于同轴地安装于锥形振子12的底座的发生器42。发生器42可以借助于机械联接器44联接于振子12。发生器42适配得可基本上沿着轴线14传递力量，此力传递给振子12的外部轮廓，从而引起声波40。具体地说，此力具有两个矢量分量，一个矢量分量fa基本上沿着锥形振子的外廓而另一个矢量分量fc基本上从振子12的外部轮廓垂直向外。力分量fc生成从振子12外部轮廓向外发出的锥形声波，一如图1之中所见。力fa的方向(朝向或背离圆锥尖端)确定了声波40的极性(扩展或回缩)。声波的强度正比于圆锥角的正弦。
力发生器42可以是任何用于生成力脉冲的适当装置，诸如但不限于，比如往复式锤击装置；“飘动”质量加速器，适配得使一质量撞击在振子12上；爆炸装置；水下放电装置，电磁驱动器、压电驱动器、气压驱动器或液压驱动器。
振子12最好是空心的，以致成像装置46，诸如轴向超声探头，可以用以诸如经由振子12的敞开截头端部48为聚焦地区成像。
一如此前所述，本发明的声波装置与反射器协同工作，后者包括围绕声波装置纵向轴线旋转的曲线。此曲线可以是圆锥截面的一段(比如图2的两段18A和18B)，具有的对称轴线(比如图2的轴线19A和19B)相对于纵向轴线(比如图2的轴线14)是倾斜的。其他一些曲线也可用以实现本发明。另一实例参照图5予以说明。
现在参照图5，此图图示一种声波装置50，是按照本发明另一项优选实施例予以设计并运作的。在图5的实施例中，声波装置50包括环形声波振子52，适配得可以生成声波。环形声波振子52可以包括多种声波振子的一或多个，诸如但不限于围绕环圈设置的许多点源的一个阵列，此环圈是一薄圆膜片环圈，通过从一线圈被撞振击或推斥开来而施加压力于传播液体；或者围绕环圈设置的许多振子的一个阵列。环形声波振子52可以由任何适当的支承装置53予以支承。
环形声波振子52具有通过振子52中心55的纵向轴线(其对称轴线)54。改型的椭球面反射器56相对于振子52配置得以便聚焦从振子52发出的声波。反射器56可以由对称地围绕环形振子52的纵向轴线54旋转的两部分构成，一部分58A(椭圆的一半)连同其对称轴线59A和另一部分58B(椭圆的一半)连同其对称轴线59B。对称轴线59A和59B可以是共线的。环形声波振子52最好是设置得以其中心55基本上处在任一椭圆的一个焦点60上，而反射器56将从振子52发出的声波57聚焦到聚焦点62，基本上在任一椭圆的另一焦点处。
声波装置50结构的其余最好是类似于声波装置10的(连同传播液体26等)。
环形声波振子52可生成基本上无定向地朝向反射器56反射表面的声波57，而这些声波57可以由于反射表面的椭圆几何特性而被聚焦到聚焦点62。
本技术领域中的熟练人员将会理解，本发明不为在此以上已经具体图示和说明过的内容所限。本发明的范畴只由以下各项权利要求予以限定。

Claims (16)

1.一种声波装置，包括：
一非柱面和非点声波振子，适于生成声波并沿着一纵向轴线设置；以及
一反射器，相对于所述振子配置以便将从所述振子发出的声波聚焦到聚焦点。
2.按照权利要求1所述的声波装置，其中所述反射器包括一围绕所述纵向轴线回转的曲线。
3.按照权利要求2所述的声波装置，其中所述曲面是锥形截面的一段，具有的对称轴线相对于所述纵向轴线倾斜。
4.按照权利要求3所述的声波装置，其中所述锥形截面的一段是一抛物线。
5.按照权利要求3所述的声波装置，其中所述锥形截面的一段是一椭椭圆。
6.按照权利要求1所述的声波装置，其中所述聚焦点基本上位于所述纵向轴线上。
7.按照权利要求1所述的声波装置，其中所述振子是一锥形声波振子。
8.按照权利要求7所述的声波装置，其中所述聚焦点是所述锥形声波振子的顶点。
10.按照权利要求1所述的声波装置，其中所述振子是一环形声波振子。
11.按照权利要求5所述的声波装置，其中所述振子是一环形声波振子，中心基本上位于所述椭球的一个焦点处，而且其中所述聚焦点基本上位于所述椭球圆的另一焦点处。
12.按照权利要求1所述的声波装置，还包括一膜片，装接于所述反射器，适于由所述振子生成的声波通过它传播。
13.按照权利要求1所述的声波装置，其中所述声波振子包括一敞开端部，由一膜片覆盖。
14.按照权利要求1所述的声波装置，其中所述声波振子包括一敞开底座，适于成像探头穿之而过。
16.按照权利要求1所述的声波装置，还包括一力发生器，与所述振子的底座邻接安装，所述力发生器适于传递力给所述振子的外部轮廓，此力引起声波。
17.按照权利要求16所述的声波装置，其中所述力具有一矢量分量，基本上垂直于所述振子所述外部轮廓，成从所述振子所述外部轮廓向外发出的声波。
18.按照权利要求16所述的声波装置，其中所述力发生器包括往复锤击装置；一飘动”质量加速器，适于使一质量撞击在所述振子上；爆炸装置；水下放电装置；电磁驱动器；压电驱动器；气压驱动器和液压驱动器中的至少一个。
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