CN201101823Y

CN201101823Y - 高强度聚焦超声聚焦器

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Publication number: CN201101823Y
Application number: CNU2007200466882U
Authority: CN
Inventors: 孙正
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2017-09-14

Abstract

一种高强度聚焦超声聚焦器，包括一支撑体(1)，支撑体(1)上设有超声换能器(2)，其特征在于：超声换能器(2)为平片体在一平面(B)内环形布置；超声换能器(2)的前侧设有一内凹反射面(3)；该内凹反射面(3)是从一旋转抛物面(L1)上，以前、后两个垂直于对称轴(z)的截取平面(C、D)截取出部分旋转抛物面；该部分旋转抛物面的对称轴(z)与超声换能器(2)所处平面(B)相垂直；后截取平面(D)位于旋转抛物面(L1)的焦点(f)的后方。本实用新型以平面型超声换能器发射出超声波后，经内凹反射面反射聚焦，从根本上改变现有的聚焦器是超声波发射后直接聚焦的结构形式，既保证聚焦性能和超声强度，又使制作难度大大降低。

Description

高强度聚焦超声聚焦器

技术领域

本实用新型涉及医疗器械，具体涉及医用超声波治疗机中的一种高强度聚焦超声(HIFU)的聚焦部件——聚焦器。

背景技术

超声医学在现代医学中占有重要的地位。超声医学从机制而言，主要是将超声辐射至人体组织，利用其相互作用，达到医疗上的作用，有以下两方面运用：一是超声诊断，即利用组织细胞的反作用，即反射、散射及透射等规律，提取其超声信号，加以显示；二是超声治疗，即利用超声辐射到组织细胞而产生的生物效应来达到治疗效果。

超声诊断，在上世纪末就得到了临床广泛的重视与应用。超声影像也从一维、二维向三维及立体、动态显示过渡，目前已从观察人的大体解剖学发展到可以观察人体组织内的细微结构。超声影像已成为如今应用得十分广泛的X光及CT拍片、超声显像、核磁共振成像和核医学显像被称为影像医学“四大金刚”中的重要一员。

而超声治疗方面，在21世纪初，高强度聚焦超声(height intension focusulterasond HIFU)技术才发生了突破性的发展，彻底改变了超声治疗一度徘徊不前的局面，近年来超声治疗的方法种类也是日益增多，超声治疗展现出广阔的发展前景。

从超声治疗上说，超声的强度在0.1W/cm²以上时，才会引起人体组织发生功能性和器质性变化。低强度超声治疗一般为0.2～2.5W/cm²，为非损伤性治疗，而高强度聚焦超声(HIFU)，其超声强度超过3W/cm²以上，为高强度损伤性超声治疗，高的可达20000W/cm²。高强度聚焦超声(HIFU)治疗是应用超声波具有良好的生理组织穿透性和定位性的特点，将体外发射的超声波穿过软组织而聚焦到体内病变组织(靶区)，由于聚焦部位的强大能量的存积，使局部组织内的温度即可上升到65℃以上，其结果会导致蛋白变性及组织细胞凝固性坏死，从而达到靶区破坏病变的目的，而周围组织以及超声波通过的组织则没有损伤。高强度聚焦超声(HIFU)治疗由于其治疗的无创性，及其无放射性与无化学毒副作用，带来了肿瘤治疗方法的革命性创新，被誉为“绿色治疗”，代表着21世纪医学的发展方向。

高强度聚焦超声(HIFU)治疗的核心技术就是如何将发出的高强度超声波聚焦，因此在高强度聚焦超声(HIFU)治疗机中，超声波聚焦器是核心部件。

现有技术中，高强度聚焦超声(HIFU)聚焦器主要有一支撑体(或支架)，支撑体(或支架)的上面向前设有布置成内凹球冠形的超声换能器，超声换能器是一种能把高频电能转化为机械能的一种装置，一般有磁致伸缩式和压电陶瓷式；在球冠形的超声换能器的冠顶处设一B超探头定位孔，用以固定B超探头。具体超声换能器的布置细分有如下几种：

一、单片曲面聚焦型；就是将超声换能器直接做成一球冠状，超声波发出后直接聚焦于球心处。这是HIFU技术发展时最原始的一种设计。存在的问题有：

1、球冠状超声换能器的加工难度很大；

2、超声换能器的材料有较大的脆性，在球冠的厚度有较薄要求时，较大球冠的加工在制作上将是件难事，使超声换能器尺寸受限，并且，在使用和运输中也易损坏；

3、由于这种设计在加工上存在尺寸的限制，使得发射强度的进一步提高受到限制；

4、由于这种设计在加工上存在尺寸的限制，使得超声波在传播过程中能量过于集中，临床中患者有疼痛感，使得治疗中需要实施麻醉。

二、多片曲面聚焦型；这是在单片曲面式聚焦型基础上的改进，它是将多片曲面型的超声换能器(如“瓦片”或圆冠片)按球冠的几何面固定，使各曲面型的超声换能器的各自的焦点再汇聚于一点上。这种改进减小了各片曲面型超声换能器的尺寸，分散了超声波在到达焦点前的能量密度，有效地减少了患者的疼痛，治疗中一般不再用麻醉。但这种设计仍存在的问题有：

1、各曲面型超声换能器的加工为曲面加工，仍较困难，比平面加工要难得多；

2、各曲面型超声换能器按球冠的几何面的组装固定与安装检验仍有一定的复杂性，以及现场安装调试与定期校正也将存在相当的难度，而这些直接影响到治疗的有效性与患者的安全性。

三、平圆片曲面阵列聚焦型；就是将几十～几百片平面圆片型的超声换能器安装于一球冠面上，将各片发出的超声波都指向球心。这种设计虽然使各片平面圆片型的超声换能器好制作了，但是仍带来以下问题：

1、将几十～几百片平面圆片指向一点，工艺上将有极大的难度。

2、使用中如有几片坏了，维修难度较大，主要是校准，如整体更换，则成本较大。

3、每一圆片型的超声换能器发出的一圆柱形超声波，在理论上是不可能将几十～几百个圆柱形超声波汇聚于一点的。实践上这种设计导致聚焦器的焦点较大，超声强度降低，一般只有几百W/cm²，而其他设计一般可达几千W/cm²，也有上万W/cm²。

综上所述，现有的高强度聚焦超声(HIFU)聚焦器都为直接聚焦型，都是将超声换能器直接布置成球冠形状，以此保证超声换能器发出的超声波直接聚焦到一点上，即要么将超声换能器本身需制作成曲面，这样加工较困难，要么将超声换能器本身设计为平面，再将其按球冠形状布置，这样虽超声换能器本身制作方便了，可是其聚焦性能也随之变差了，超声强度明显降低。

发明内容

本实用新型目的是提供了一种由平面型超声换能器发射出超声波后经反射聚焦的超声聚焦器，从根本上改变现有的聚焦器是超声波发射后直接聚焦的结构形式，既保证聚焦性能和超声强度，又使制作难度大大降低。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高强度聚焦超声聚焦器，包括一支撑体，支撑体上设有至少一个超声换能器；所述超声换能器为平面片状体，并面朝前在一平面内沿环形布置；在超声换能器的前侧，相对设有一内凹反射面；该内凹反射面是从一冠部朝前的旋转抛物面上，以前、后两个垂直于对称轴的截取平面截取出的部分旋转抛物面；该部分旋转抛物面的对称轴与超声换能器所处平面相垂直；并且，所述后截取平面位于旋转抛物面的焦点的后方。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述“前”、“后”方向是按聚焦器中超声换能器发出超声波后聚焦的朝向来定的，聚焦器发出超声波并聚焦的焦点的朝向的方向即为“前”，相反即为“后”，如附图1中，附图的右方向即是上述方案中所述的“前”方向，而左方向即为“后”方向。

当然，使用时，可将聚焦器前端向上放置，从下向上作用于人体，也可将其前端向下放置，从上下向作用于人体。

2、上述方案中，所述支撑体是用于支撑超声换能器的部件，具体可以是一座形部件，也可以是支架形部件。

3、上述方案中，所述前截取平面也位于旋转抛物面的焦点的后方，以此使焦点露于内凹反射面的前端口外，便于焦点瞄准人体内部的病变组织(靶区)作用。

4、上述方案中，所述超声换能器具体有以下两种情况：a、数量为1个，它为一整体的平面圆环片；b、数量为2个以上，它们为方形、圆形、椭圆形或异形的片状体，它们在一平面上呈环形均布。

5、上述方案中，所述内凹反射面前端设有水囊，水囊与超声换能器之间形成一腔体，该腔体中充满传导介质，该介质一般为液体(如：水)；所述超声波聚焦点位于该腔体中，以此使超声波在传导介质中传播，最大限度得减少传播损耗；上述设计，也使高强度聚焦超声(HIFU)聚焦器上置式(即从上向下)作用于人体成为可能。

6、上述方案中，所述水囊4应采用透声材料，最佳为天然橡胶或硅橡胶。

7、上述方案中，所述部分旋转抛物面的对称轴穿过超声换能器环形布置的环形中心，此为较佳布置方案。

8、上述方案中，还可在支撑体上沿部分旋转抛物面的对称轴设有B超探头定位机构，以此将B超探头沿部分旋转抛物面的对称轴安装固定，使B超探头能避开超声波的传播，正对着焦点。

9、上述方案中，所述内凹反射面为金属镜面，一是便于加工，二是聚焦效果也更好。

本实用新型工作原理是：参见附图1所示，本实用新型工作时，超声换能器2发出超声波，这些超声波以平行于内凹反射面的对称轴z的方向射向内凹反射面3，经内凹反射面3反射(由旋转抛物面特性决定)聚焦于焦点f。使用时，即是直接将焦点f对准人体中的病变组织(靶区)作用。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本实用新型中超声换能器为平面片状体，并在一平面中布置，使超声换能器本身的加工工艺易于现有曲面的超声换能器的加工工艺，其加工成本和维修成本均低于曲面超声换能器的加工成本和维修成本。

2、同样由于本实用新型中超声换能器为平面片状体，并在一平面中布置，使超声换能器本身的加工准确度也高于现有曲面的超声换能器的加工准确度，超声换能器平面安装的精确度也明显高于现有将超声换能器在一曲面中安装的精确度；换句话说，即是本实用新型平面片状的超声换能器平面安装后发出的超声波，比现有曲面超声换能器或按曲面安装的平面超声换能器发出的超声波都更接近于设计要求。

3、由于本实用新型采用内凹反射面对超声换能器发出超声反射聚焦，其内凹反射面的加工精度在现今的机械加工要求中是有保障的，也就是讲这种聚焦器的设计将有相当好的聚焦效果。

4、由于本实用新型采用平面超声换能器发出平行的超声波，再经内凹反射面反射聚焦，平面超声换能器和内凹反射面相对的安装位置易于保证，基本不受安装人员和维护人员水平的高低、责任心的高低、身体状态的好坏、心理和情绪的好坏等因素的影响，使得产品的性能与质量有很好的保障。

5、由于本实用新型在内凹反射面前端加有一水囊，使得水囊至超声换能器之间腔体内可以充满用于传输超声波的液体介质，使得治疗头可以从下部向上治疗(也叫下置式)，也可以使得治疗头可以从上部向下治疗(也叫上置式)，还可以根据病情灵活进行斜向治疗，这样可以使得患者取更舒服的体姿、可以选择超声更有利的通道进行治疗，提高了治疗的舒适度、有效性和安全性。

附图说明

附图1为本实用新型整体结构示意图；

附图2为本实用新型实施例一的超声换能器平面布置示意图；

附图3为本实用新型实施例二的超声换能器平面布置示意图；

附图4为本实用新型实施例三的超声换能器平面布置示意图；

附图5为本实用新型上置式使用状态示意图。

以上附图中：1、支撑体；2、超声换能器；3、内凹反射面；B、超声换能器平面；L1、旋转抛物面；z、对称轴；C、前截取平面；D、后截取平面；f、焦点；4、水囊；5、B超探头定位孔；6、B超探头；7、反射器；8、本实用新型聚焦器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见附图1所示，一种高强度聚焦超声聚焦器8，包括一支撑体1，支撑体1前端上连接有一反射器7，反射器7的前端口上再箍设一水囊4。所述支撑体1为一座体(形状不限，这里举例为圆柱形)，而反射器7为一金属制环状体，水囊4为天然橡胶或硅胶制成的弹性皮囊体。

参见附图1所示，所述支撑体1前端的平面B上沿外周一圈面朝前布置有一片平面圆环形的超声换能器2(见附图2所示)，反射器7上相对超声换能器2设有一内凹反射面3，该内凹反射面3是从一冠部朝前的旋转抛物面L1上，以前、后两个垂直于对称轴z的截取平面C、D截取出的环形的部分旋转抛物面；该部分旋转抛物面的对称轴z与超声换能器2所处平面B相垂直；并且，所述前截取平面C和后截取平面D均位于旋转抛物面L1的焦点f的后方，以此使焦点f外露于内凹反射面3的前端口外，作为超声波聚焦作用点。

参见附图1所示，水囊4与超声换能器2之间形成一腔体，该腔体中使用时可充满传导介质——水；所述部分旋转抛物面的对称轴z还正好穿过超声换能器2的环形中心。

参见附图1所示，所述支撑体1上沿部分旋转抛物面的对称轴z开设有B超探头定位孔5，使用时可将B超探头6如图中虚线所示，嵌在B超探头定位孔5中，探头6头部向前微凸于支撑体1前端平面(即超声换能器平面B)上，正对准焦点f。上述内凹反射面3具体是经机械加工成形的金属镜面。

本实施例使用时，可如附图5所示，将聚焦器8设在治疗床上方(也叫上置式)，从上向下作用于人体，患者采用仰卧姿，背部是一块完整的床板，闭上眼，躺上1～2小时是件轻松的事。并且，在实际使用中还可以根据病情灵活进行斜向治疗，这样可以使得患者取更舒服的体姿、可以选择超声更有利的通道进行治疗，提高了治疗的舒适度、有效性和安全性。

上述实施例中，举例聚焦器8中的内凹反射面3是设在一独立部件——反射器7上的，组装时再将反射器7与支撑体1前端拼装，这样的好处是装配超声换能器2和加工内凹反射面3均很方便。当然，实例中直接将支撑体1与反射器7一体制作，也是可行的。

上述实施例中，举例所述前截取平面C和后截取平面D均位于旋转抛物面L1的焦点f的后方，以此使焦点f外露于内凹反射面3的前端口外，此是最佳方案。在实际中仅后截取平面D位于旋转抛物面L1的焦点f的后方也可，即焦点f位于内凹反射面3的内腔中，这样也是一可行方案，只是使用时，人体的治疗部位需伸入内凹反射面3的内腔中。

上述实施例中，举例参见附图1所示，图中的所示后截取平面D与超声换能器平面B很接近，基本重合，实际中后截取平面D与超声换能器平面B是可以相隔一段距离的。

实施例二，参见附图1所示，一种高强度聚焦超声聚焦器8，包括一支撑体1，支撑体1前端上连接有一反射器7，反射器7的前端口上再箍设一水囊4，与实例一的不同之处在于：参见附图3所示，所述超声换能器2数量为8片，它们是将平面环形片八等分切割形成的片状体，它们在平面B中拼合成一环形。其它同实施例一，这里不再赘述。

实施例三，参见附图1所示，一种高强度聚焦超声聚焦器8，包括一支撑体1，支撑体1前端上连接有一反射器7，反射器7的前端口上再箍设一水囊4，与实例一的不同之处在于：参见附图4所示，所述超声换能器2为8片平面圆片，它们在平面B中沿环形均布。其它同实施例一，这里不再赘述。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1、一种高强度聚焦超声聚焦器，包括一支撑体(1)，支撑体(1)上设有至少一个超声换能器(2)，其特征在于：所述超声换能器(2)为平面片状体，并面朝前在一平面(B)内沿环形布置；在超声换能器(2)的前侧，相对设有一内凹反射面(3)；该内凹反射面(3)是从一冠部朝前的旋转抛物面(L1)上，以前、后两个垂直于对称轴(z)的截取平面(C、D)截取出的部分旋转抛物面；该部分旋转抛物面的对称轴(z)与超声换能器(2)所处平面(B)相垂直；并且，所述后截取平面(D)位于旋转抛物面(L1)的焦点(f)的后方。

2、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于：所述前截取平面(C)也位于旋转抛物面(L1)的焦点(f)的后方，以此使焦点(f)露于内凹反射面(3)的前端口外。

3、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于：所述超声换能器(2)数量为1个，它为一整体的平面圆环片。

4、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于：所述超声换能器数量(2)为2个以上，它们为方形、圆形、椭圆形或异形的片状体，它们在一平面上呈环形均布。

5、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于：所述内凹反射面(3)的前端设有水囊(4)，水囊(4)与超声换能器(2)之间形成一腔体，该腔体中充满传导介质；所述内凹反射面(3)的焦点(f)位于水囊(4)内腔中。

6、根据权利要求5所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于：所述水囊(4)采用天然橡胶或硅橡胶。

7、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于：所述部分旋转抛物面的对称轴(z)穿过超声换能器(2)环形布置的环形中心。

8、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于：所述支撑体(1)上沿部分旋转抛物面的对称轴(z)设有B超探头定位机构。

9、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于：所述内凹反射面(3)为金属镜面。