CN1990063A - 高强度聚焦超声换能器阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度聚焦超声换能器阵列，其包括多个阵元、阵元的驱动装置、分布有若干小孔的托板，阵元分别嵌于各小孔内，其中，每个阵元分别与一个独立的驱动装置连接，各驱动装置能使各阵元分别聚焦于不同的空间点。参与治疗的各阵元可进行多点扫描治疗、线性扫描治疗、或曲线扫描治疗。本发明结构简单、聚焦位置灵活、特别适合对较大区域的病灶进行治疗。

Description

高强度聚焦超声换能器阵列

技术领域

本发明属于超声波治疗技术领域，涉及一种高强度超声治疗系统，具体涉及一种高强度聚焦超声换能器阵列。

背景技术

超声换能器是超声治疗系统的关键部件之一，利用其可穿透性和可聚焦性，将发射的低声强超声波通过介质耦合，经过皮肤进入人体组织，聚焦或汇集到一个空间点，形成一个声强极高的焦点，使该焦点产生快速的温度升高(高于60℃)，加上其空化作用(即强超声在液体中产生类似雾状的气泡，其形成和消失可以产生极高的温度和压力，从而使组织受到严重破坏)和机械振荡作用，破坏焦点处的组织。通过对组织进行如此由点到线、由线到面、由面到体逐点扫描的固化治疗，从而使整个组织固化，实现治疗的目的。

现有的聚焦超声换能器一般由一个或多个超声换能器单元(即阵元)组成，在对病灶进行治疗时，阵元主要是通过曲面聚焦、声透镜聚焦或相控聚焦的方式将各个阵元所发射的超声波汇集到病灶的一空间点，以对病灶进行治疗。

曲面聚焦的工作原理类似于光学凹面镜聚焦，声透镜聚焦工作原理类似于光学凹透镜聚焦。相控聚焦的工作原理是通过控制阵元激励信号的相位，使声波波阵面曲率和中心位置发生遍布，从而实现声束的电子聚焦和扫描，如美国专利US4865042以及公开号为CN1562411A的中国发明专利公开说明书分别披露了一种相控聚焦超声换能器阵列。

曲面聚焦和声透镜聚焦这两种聚焦方式一般经聚焦后只能够形成位置固定的单一焦点，工作灵活性差；相控聚焦能够将各阵元辐射的超声能量聚焦在预设的焦域内，实现焦点强度和位置的移动，但是在实际使用中，相控聚焦超声换能器阵列的制造工艺要求高、实现起来技术难度大，且焦点移动范围有限，受超声路径的影响很大，使用起来也不是很方便。同时，对于需要治疗较大区域的病灶来说，上述三种聚焦方式的超声换能器都不适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种结构简单、聚焦位置灵活、并适合对较大区域的病灶进行治疗的高强度聚焦超声换能器阵列。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该高强度聚焦超声换能器阵列，包括多个阵元、阵元的驱动装置、分布有若干小孔的托板，阵元分别嵌于各小孔内，其中，每个阵元分别与一个独立的驱动装置连接，各驱动装置能使各阵元分别聚焦于不同的空间点。

现有技术中托板上的各阵元的技术参数相同，由同一驱动装置通过阵元各自的信号线驱动各个阵元，将阵元所发射的超声波汇集到病灶的某一点。而本发明中各个阵元的驱动装置是独立工作的，各阵元之间互不影响，各个阵元通过各自独立的信号线分别连接至相应的驱动装置中，因此当各个独立的驱动装置分别驱动一定数目的阵元时，该阵元发射超声波并各聚焦于相应的靶点，从而使参与治疗的各阵元可进行多点扫描治疗、线性扫描治疗或曲线扫描治疗。

本发明中每个阵元可采用不同的技术参数，如可以采用不同的频率、不同的功率、不同的驱动方式，也可采用相同的技术参数。也就是说，各阵元所具有的技术参数可以根据需要进行设定。

本发明中，对托板的形状没有特别的要求，只要可以容置足够多参与治疗的阵元、以及方便对病灶进行治疗就可以。

托板可为平板，阵元在托板上沿X向和/或Z向直线排列。优选托板上各阵元的技术参数相同。因此，当一定尺寸的托板上呈直线排列的小孔足够多时，阵元的尺寸可足够小，进行治疗时，各阵元发射的超声波就可以形成一条沿X向和/或Z向的聚焦直线。

托板可为球冠形，阵元可在托板上离散分布，从而使各阵元发射的超声波在病灶处形成不规则曲面；阵元也可在托板上按一定规则等距分布，各阵元的技术参数相同，使阵元形成一规则曲面。

阵元可为球壳式或平面式或弧面式的压电陶瓷。

所述托板可采用刚性或柔性材料制成，若选用柔性材料，则所述软性电绝缘材料可选自硅橡胶或聚四氟乙烯等；若选用刚性材料，则采用硬质电绝缘材料，比如可选用聚丙烯等。

本发明高强度聚焦超声换能器阵列，可根据治疗需要对托板内的多个阵元进行选择，使参与治疗的每个阵元都可聚焦，工作范围灵活，从而克服了现有技术中焦点移动范围有限的缺陷，且可实现多点扫描、线性扫描治疗、或曲线扫描治疗等多种治疗方式，尤其适合对较大区域的病灶进行超声波治疗。

本发明还具有结构简单，制作成本低等优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图

图2为本发明实施例2的结构示意图

图3为图2的侧面视图

图4为本发明实施例3的结构示意图

图5为图4的侧面视图

图中：1-托板  2-阵元  3-信号线

具体实施方式

如图1-5所示，本发明的高强度聚焦超声换能器阵列包括有若干个阵元2、放置阵元的托板1、连接阵元驱动装置的信号线3，阵元2嵌在小孔内，小孔的尺寸略大于阵元2。

托板1采用刚性或柔性材料制成，本发明中托板1可为任意形状，只要可以容置足够多参与治疗的阵元2以及方便对病灶进行治疗就行。

阵元2可为球壳式或平面式或弧面式的压电陶瓷，各阵元的技术参数可以根据需要进行设计，在驱动装置的驱动下各阵元的焦点可分布在一特定平面上，也可以分布于一特定体积内，从而能够进行多点治疗、线性扫描治疗、或曲线扫描治疗。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细叙述。

以下实施例都为本发明的非限定性实施例。

实施例1：

本实施例为采用本发明高强度聚焦超声换能器阵列实现多点治疗的实施例。

如图1所示，托板1为离散分布有若干个小孔的不规则体，阵元2嵌在小孔内，小孔略大于阵元2的尺寸，托板采用刚性材料制成，每个阵元2通过信号线3分别连接到各自的驱动装置上。

采用本实施例的高强度聚焦超声换能器阵列对病灶进行治疗时，首先选择需要参与治疗的阵元2，同时启动所选定阵元的驱动装置，使得各阵元2在病灶上分别聚焦。选定几个阵元，病灶上就会形成几个焦点，各焦点产生快速的温度升高，加上其空化作用和机械振荡作用，迅速破坏焦点处的组织，使得该组织发生凝固性坏死，从而完成对病灶的多点治疗。

本实施例高强度聚焦超声换能器阵列主要适用于一些不能够集中治疗的疾病情况，比如治疗外阴白斑。

实施例2：

本实施例为采用本发明高强度聚焦超声换能器阵列实现线性扫描治疗的实施例。

如图2、3所示，托板1为沿X向、Z向分布有7行×7列个相同小孔的平板，阵元2嵌在小孔内。阵元2采用平面式的压电陶瓷，阵元2的直径选择范围为1mm～100mm，小孔的直径略大于阵元2的直径。托板1采用硅橡胶制成，各阵元2通过信号线3分别连接到各自的驱动装置。各阵元的技术参数相同，其焦距的选择范围可为1mm～200mm，可情况来选择。

当采用本实施例的高强度聚焦超声换能器阵列对病灶进行治疗时，首先选定需要参与治疗的按照线性排列的阵元2，同时启动所选定阵元2的驱动装置，各阵元2依次分别在相应的病灶平面上聚焦，各焦点产生快速的温度升高，加上其空化作用和机械振荡作用，破坏焦点处的组织，使得该组织发生凝固性坏死。当阵元2的尺寸足够小时，比如阵元的直径为1mm时，各阵元聚焦为一条沿X向/Z向的直线，使凝固性坏死区域在病灶处叠加成一线性区域，如果所形成的线性区域为一断续的线性区域——即各线性点之间存在间隙，这时可沿X向或Z向适当挪动托板1的位置，使超声换能器阵列再次扫描进行治疗，直至凝固性坏死区域在病灶处进行叠加后为一线性区域。

本实施例适用于治疗某些皮下组织疾病。

实施例3：

本实施例为采用本发明的高强度聚焦超声换能器阵列实现曲面扫描治疗的实施例。

如图4、5所示，托板1为分布有若干个相同小孔的球面形，小孔在托板上按一定的规则分布，如按同心圆、直线，曲线等分布。各小孔内分别嵌有一阵元。阵元2采用弧面式的压电陶瓷，阵元2的直径选择范围为1mm～100mm，小孔的直径略大于阵元2的直径，各阵元2的技术参数相同。

当采用本实施例的高强度聚焦超声换能器阵列对病灶进行治疗时，启动选定阵元2的驱动装置，各阵元依次分别在相应的病灶曲面上聚焦，各焦点产生快速的温度升高，加上其空化作用和机械振荡作用，破坏焦点处的组织，使得该组织发生凝固性坏死，当阵元的尺寸足够小，如阵元的直径为1mm时，凝固性坏死区域就会在病灶处叠加成一曲面区域。

本实施例中托板1上的小孔也可呈离散分布，在进行治疗时，只需要先对那些按照曲面线排列的阵元2进行选定，并启动该选定阵元的驱动装置，其余治疗过程同上所述。

本实施例适用于治疗体表皮肤疾病。

Claims (8)

1.一种高强度聚焦超声换能器阵列，包括多个阵元、阵元的驱动装置、分布有若干小孔的托板，阵元分别嵌于各小孔内，其特征在于每个阵元分别与一个独立的驱动装置连接，各驱动装置能使各阵元分别聚焦于不同的空间点。

2.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于托板为平板，阵元在托板上沿X向和/或Z向直线排列。

3.根据权利要求2所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于各阵元的技术参数相同。

4.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于托板为球冠形，阵元在托板上离散分布。

5.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于托板为球冠形，阵元在托板上等距分布，各阵元的技术参数相同。

6.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于所述阵元为球壳式或平面式或弧面式的压电陶瓷。

7.根据权利要求1-6之一所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于托板采用电绝缘材料制成。

8.根据权利要求7所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于托板采用硅橡胶、聚丙烯或聚四氟乙烯制成。

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