CN201164671Y

CN201164671Y - 高强度聚焦超声换能器定位机构

Info

Publication number: CN201164671Y
Application number: CNU2008200333298U
Authority: CN
Inventors: 孙正
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2018-03-20

Abstract

一种高强度聚焦超声换能器定位机构，其特征在于：设置一个固定基座，在该基座上设置若干套可调活动支架，每套支架由四节结构依次连接构成，连接点处设紧固件，第一节对应可调自由度为X轴向的移动和绕X轴向的转动α；第二节对应可调自由度为绕Z轴向的转动λ；第三节对应可调自由度为Y轴向的移动和绕Y轴向的转动β；第四节对应可调自由度为Z轴向的移动和绕Z轴向的转动γ，第四节上安装超声换能器[8]。本实用新型与现有内球面定位盆的最大区别在于突破了传统思维模式，取消了实体内球聚焦方案，在虚拟空间中通过可调万向活动支架将换能器精确固定在聚焦位置上。

Description

高强度聚焦超声换能器定位机构

技术领域

本实用新型涉及医疗用高强度聚焦超声肿瘤治疗机，具体涉及这种高强度聚焦超声治疗设备中多个高强度聚焦超声换能器(也可称为发射头)的一种空间聚焦定位机构。

背景技术

高强度聚焦超声肿瘤治疗机是利用无放射性机械波，在生物组织内有较高的聚焦能力与渗透能力，进行体外无创治疗的一种大型医疗设备。其治疗机理是：高强度聚焦超声准确聚焦于体内肿瘤患处，焦点处产生瞬间高温效应、机械效应使肿瘤组织产生坏死，失去增殖、侵润和转移能力。坏死的“良化”肿瘤组织最终被机体溶解吸收，而超声波作用其间对焦域以外的正常组织则影响较小。

现有技术中，高强度聚焦超声肿瘤治疗机一般由超声发生和发射装置、计算机自动控制与处理装置、图象定位及治疗软件等几个部分组成。其中，超声波发射装置中如何使来自不同方向的高强度超声波在空间进行有效聚焦始终是该技术的难题。最初，超声波的发射多以平面发射为主，或以平面发射后经透镜会聚，实践证明这种聚焦方式传播损耗大，而且聚焦效果多不理想，制作的一致性也不够好。后来，随着技术进步采用自聚焦换能器方式获得治疗用聚焦超声波，即将多个自聚焦换能器(即发射头)在空间再次聚焦，目前比较典型的做法是采用一个内球面定位盆11(见附图1所示)，将多个超声换能器8(一般为压电陶瓷晶片)粘贴在精密加工的内球面上，利用内球面的空间聚焦能力进行超声波聚焦。无疑这种方式与当初相比取得了很大进步，获得了一定的效果，但实际应用中人们又碰到了另一方面的问题，即虽然内球面可以通过精密加工来保证聚焦的准确性，但在各点粘贴超声换能器8的定位过程中，由于粘胶性能、粘胶厚度以及粘贴的压力不同等多方面的因素，都会影响聚焦的准确性，而这些因素在制作工艺过程中往往难以得到控制，因此造成了聚焦的误差和治疗的危险。由于高强度聚焦超声设备对超声聚焦的精度要求较高，当生产中出现较大误差时，由于粘贴的一次性作用，很难通过调整加以纠正，因此制造中经常出现废品，给工业化生产带来困难。

发明内容

本实用新型目的是提供一种高强度聚焦超声换能器定位机构，以便通过调整可以方便获得多个高强度聚焦超声换能器在空间精确聚焦的效果。

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换能器定位机构，设置一个固定基座，在该基座上设置若干套可调活动支架，每套支架由四节结构依次连接构成，连接点处设紧固件，第一节的未端与基座连接，对应可调自由度为X轴向的移动和绕X轴向的转动α；第二节的未端与第一节的顶端铰接，对应可调自由度为绕Z轴向的转动λ；第三节的未端与第二节的顶端滑动套接，对应可调自由度为Y轴向的移动和绕Y轴向的转动β；第四节的未端与第三节夹套连接，对应可调自由度为Z轴向的移动和绕Z轴向的转动γ，第四节上安装超声换能器。

上述技术方案有关解释及变化如下：

1、上述方案中，所述“基座”是指安置各支架的基础构件。所述“若干套”是指两套或两套以上的数量，该数量与发射头数量相等。而发射头的数量可以根据实际需要来确定。所述“紧固件”是指各节结构活动关节处所设的固定构件。

2、上述方案中，有关三维空间六个自由度的定义参见附图5所示。

3、上述方案中，有关若干套可调活动支架在基座上的布局安排有以下两种情况：

(1)、当活动支架数量较少时，可以在基座上沿圆周方向一圈均匀布置。

(2)当活动支架数量较多时，可以在基座上分成内外至少两圈，每圈沿圆周方向均匀布置。

4、上述方案中第四节上安装发射晶片可以采用平面换能器或自聚焦性的球面换能器。当采用平面换能器时，整体为一次聚焦；当采用自聚焦球面换能器时，整体为二次聚焦。实际应用中本定位机构采用二次聚焦结构效果更好。

本实用新型与现有内球面定位盆的最大区别在于突破了传统思维模式，取消了实体内球面聚焦方案，在虚拟空间中通过可调万向活动支架将各换能器精确固定在聚焦位置上。其优点如下：

1、聚焦更准确。原来的内球面定位盆结构最头痛的就是聚焦不准，而且很难调整，而本方案可以通过精确的调整来实现，聚焦非常准确。

2、安装方便。原内球面定位盆结构粘贴一套换能器非常麻烦，而本方案只要依靠定位卡固定几个螺钉和螺栓即可。

3、重量轻。原定位盆一般为沉重的实体金属盆，而本方案可以大大减轻整体的重量。

4、成本更低。原来的内球面定位盆的内球面需要采用精磨加工，加工费用较大，而本方案的加工只需些比较简单、普能的金加工工艺就可实现，相比之下成本大大减少。

5、体积更小。原来的内球面定位盆结构为了实现治疗所需的较大功率是通过增大体积来实现，而本方案由于聚焦准确，效率高体积相应减小。

6、维修方便。原来的内球面定位盆上粘贴换能器更换起来比较困难，而本方案如果某个换能器单元损坏，只需卸几个螺钉或螺栓即可更换。

附图说明

附图1为现有内球面定位盆超声聚焦结构示意图；

附图2为本实用新型实施例立体图，图中有六个超声换能器在空间聚焦；

附图3为超声换能器空间定位结构示意图；

附图4为超声换能器单元空间定位原理图；

附图5为定位机构空间自由度控制示意图；

附图6为聚焦调整中使用的定位卡示意图。

以上附图中：1、片架固定板；2、片架固定栓；3、片架关节；4、片架夹；5、螺钉；6、螺钉；7、螺栓；8、超声换能器；9、焦域；10、片架；11、内球面定位盆；12、定位卡。

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：参见附图2～图5所示，一种用于固定六个超声换能器8的高强度聚焦超声换能器定位机构，由一个片架固定板1和六套关节型可调活动支架组成。片架固定板1作为各个换能器的聚焦定位基座，六套关节型可调活动支架在基座上沿同一圆周方向均匀布置。每套支架均由一个片架固定栓2、一个片架关节3、一个片架夹4和一个片架10依次连接构成一种三维空间中六个自由度可调的定位结构。

其中，每套支架中片架固定栓2作为支架的第一节结构，其未端与基座采用轴孔配合，并通过螺母固定，见图3和图4，所对应的可调自由度为X轴向的移动和绕X轴向的转动α，见图5。

片架关节3作为支架的第二节结构，其未端与片架固定栓2的顶端铰接，铰接处设螺钉5固定，见图3和图4，所对应的可调自由度为绕Z轴向的转动λ，见图5。

片架夹4作为支架的第三节结构，其未端与片架关节3的顶端滑动套接，套接处径向设螺钉6固定，见图3和图4，所对应的可调自由度为Y轴向的移动和绕Y轴向的转动β，见图5。

片架10作为支架的第四节结构，其未端与片架夹4夹套连接，夹套上设螺栓7夹持固定，见图3和图4，所对应的可调自由度为Z轴向的移动和绕Z轴向的转动γ，见图5。片架10上安装超声换能器8。

为了使各超声换能器8发射的超声波在空间实现聚焦，在装配完成后要通过定位机构调整各超声换能器8朝向，使布置在空间内的各超声换能器8处于以焦域9为中心的球面上。调整可以采用定位卡方法，即按照理论计算结果设计一个标准定位卡12，见图6所示，标准定位卡12每次定位对称的两个超声换能器8，然后将定位机构固定。

当每个超声换能器8均为球冠形自聚焦超声换能器时(此时每个超声换能器8均为球冠形状，本身汇聚在空间一点上)，将六个超声换能器8的焦点再次汇聚到空间的一点上，即二次聚焦。如果此时超声换能器8为平面结构，同样六个超声换能器8的焦点会聚到空间一点上形成一次聚焦。

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换能器定位机构，其特征在于：设置一个固定基座，在该基座上设置若干套可调活动支架，每套支架由四节结构依次连接构成，连接点处设紧固件，第一节的未端与基座连接，对应可调自由度为X轴向的移动和绕X轴向的转动α；第二节的未端与第一节的顶端铰接，对应可调自由度为绕Z轴向的转动λ；第三节的未端与第二节的顶端滑动套接，对应可调自由度为Y轴向的移动和绕Y轴向的转动β；第四节的未端与第三节夹套连接，对应可调自由度为Z轴向的移动和绕Z轴向的转动γ，第四节上安装超声换能器[8]。

2、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声换能器定位机构，其特征在于：设置一个片架固定板[1]作为各发射头单元的聚焦定位基座，在该基座上间隔设置若干套关节型可调活动支架，每套支架由片架固定栓[2]、片架关节[3]、片架夹[4]和片架[10]组成，片架固定栓[2]作为支架的第一节结构，其未端与基座采用轴孔配合，并通过螺母固定，对应可调自由度为X轴向的移动和绕X轴向的转动α；片架关节[3]作为支架的第二节结构，其未端与片架固定栓[2]的顶端铰接，铰接处设螺钉[5]固定，对应可调自由度为绕Z轴向的转动λ；片架夹[4]作为支架的第三节结构，其未端与片架关节[3]的顶端滑动套接，套接处径向设螺钉[6]固定，对应可调自由度为Y轴向的移动和绕Y轴向的转动β；片架[10]作为支架的第四节结构，其未端与片架夹[4]夹套连接，夹套上设螺栓[7]夹持固定，对应可调自由度为Z轴向的移动和绕Z轴向的转动γ，片架[10]上安装超声换能器[8]。

3、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声换能器定位机构，其特征在于：所述若干套可调活动支架在基座上沿圆周方向均匀布置。

4、根据权利要求1所述的高强度聚焦超声换能器定位机构，其特征在于：所述若干套可调活动支架在基座上分成内、外至少两圈，每圈沿圆周方向均匀布置。