CN204522037U - 一种用于超声理疗仪的矩阵式探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于超声理疗仪的矩阵式探头，包括壳体、压电叠层和电缆。压电叠层包括压电晶片阵、匹配层和背衬层。压电晶片阵由若干晶片组成，晶片可以是圆片、矩形片等形状，且这些晶片呈矩阵式分布；晶片通过电缆与超声理疗仪相连，超声理疗仪发出电激励信号通过晶片转化为超声波，辐射到病患处；匹配层设置在压电晶片阵的辐射面一侧，用于提高晶片的超声辐射效率；背衬层设置在另一侧，压电晶片阵另一侧发射的超声波被背衬层反射。本实用新型提供的矩阵式探头，是专门针对临床理疗用途开发的，与超声波理疗仪配套使用，具有能量聚焦效果好、病灶或部位针对性更强、操作简单方便、安全性高、适用性广等特点。

Description

一种用于超声理疗仪的矩阵式探头

技术领域

本实用新型涉及超声理疗仪设计技术领域，特别涉及一种用于超声理疗仪的矩阵式探头。

背景技术

目前超声理疗所用探头多是单波束的非聚焦探头，即使是可聚焦的凹面探头，其焦点也是固定不能变化的，所以要在人体表面下一定深度上有足够的超声波能量对人体组织发挥作用，必须使超声波的功率达到一定的水平。但当超声功率比较大时，又有人体浅表组织或部位等非病灶区域吸收的能量过多而导致组织损伤的风险，所以只能采用吸收率低或所谓半吸收层厚度大的低频超声波。

对于一维相控阵探头（这种探头在超声成像方面被普遍应用），其偏转与聚焦原理如图1中所示，通过控制各个阵元的触发时间，可以让声束偏转不同的角度。其在长轴方向进行电子聚焦和扫描，焦点可调；在短轴方向采用几何聚焦，焦距不可调。

单波束探头无法针对不同病灶或部位的组织特性和皮下深度进行焦距的调整，而且为了使目标处接收到足够的超声波能量以达到治疗效果，必须有足够大的发射功率。

为了避免过大的超声波能量对皮肤和非病灶组织的损伤，系统的发射功率又必须限制在规定的安全范围内。这样带来的主要问题一个是皮下深处的病灶很难获得需要的能量强度，因而治疗效果始终不理想，同时非病灶组织又吸收了很多能量，使每次治疗的时间比较长而且两次治疗中间必须有足够的时间间隔，令非病灶组织机能恢复避免不可逆的损伤，从而大大增加了理疗疗程周期。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于超声理疗仪的矩阵式探头，包括有：

压电晶片阵，由若干晶片组成，这些晶片呈矩阵式分布；所述晶片与超声理疗仪主机相连，所述超声理疗仪主机发出的激励信号经由所述压电晶片阵转化为超声波，从而辐射到病患处。

匹配层，设置在所述压电晶片阵的一侧，所述压电晶片阵一侧辐射面发射的超声波能量穿过所述匹配层发射出去，所述匹配层用于提高超声的辐射效率；

背衬层，设置在所述压电晶片阵的另一侧，所述背衬层主要用于反射所述压电晶片阵另一侧辐射面发射的超声波能量。

较佳地，所述晶片可以采用圆形晶片。

较佳地，所述用于超声理疗仪的矩阵式探头还包括一壳体，所述壳体一端开口，所述背衬层、压电晶片阵和匹配层均设置在所述壳体内，且辐射面位于所述开口处。

较佳地，所述壳体上还设置有一与所述超声理疗仪主机相连的电缆，每个所述晶片的正负极通过电线与所述电缆连接。

较佳地，所述晶片采用压电陶瓷材料制成或压电单晶材料制成或压电复合材料制成。

较佳地，所述匹配层的声阻抗介于所述晶片层的声阻抗和人体声阻抗之间。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1）本实用新型提供的用于超声理疗仪的矩阵式探头中，若干晶片呈矩阵式分布，既可以在与发射面垂直的方向上变焦，也可以同时在平行的方向变焦，即在仰角和方位角方向均能进行聚焦，从而大大扩大了探头的聚焦、扫描范围，实现针对人体不同部位或病灶进行低强度能量聚焦式治疗，提高治疗的效果，更方便快捷；

2）本实用新型提供的用于超声理疗仪的矩阵式探头，通过在晶片层和人体之间设置一匹配层，且使得匹配层的阻抗介于晶片层声阻抗和人体声阻抗之间，提高辐射效率，使得更多的超声波能量进入到人体内用于理疗，从而大大的提高了工作效率和理疗效果；

3）本实用新型提供的用于超声理疗仪的矩阵式探头，通过设置背衬层，使得晶片层背对壳体开口的一侧发射的能量大部分被背衬层反射，且射向壳体开口一侧，从而加强了发射到人体上的超声波能量，有效的提高了理疗效果。

附图说明

结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本实用新型的上述及其他特征和优点，其中：

图1为现有技术中平面单波束探头的偏转与聚焦原理图；

图2为本实用新型提供的矩阵式探头的结构示意图；

图3为本实用新型中晶片层的结构示意图；

图4为本实用新型矩阵式探头的偏转与聚焦原理图。

符号说明：

1-压电晶片阵

101-晶片

2-匹配层

3-背衬层

4-壳体

5-电线

6-电缆

具体实施方式

参见示出本实用新型实施例的附图，下文将更详细地描述本实用新型。然而，本实用新型可以通过许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本实用新型的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参照图2-图4，本实用新型提供了一种矩阵式探头，主要是针对临床超声理疗用途开发的，其与超声理疗仪结合使用；相比现有技术中超声理疗仪使用的平面单波束探头或凹面单波束探头而言，本实用新型提供的矩阵式探头的超声能量聚焦效果更好、病灶或部位针对性更强，而且操作更简单方便，具有安全性高、适用性广等特点。

具体的，该矩阵式探头包括有一壳体4、压电叠层和电缆6，压电叠层包括压电晶片阵1、背衬层3和匹配层2；壳体4一端开口，电缆6与超声理疗仪主机相连。如图3中所示，其中压电晶片阵1上设置有若干晶片101，且这些晶片呈矩阵式分布；压电晶片阵1上晶片101的行数和列数的设置此处均不作限制，可根据具体情况来进行调整。晶片101可以采用压电陶瓷材料、压电单晶材料、压电复合材料等制作而成，此处不作限制；每个晶片101的正负极均通过电线5与壳体4另一端的电缆6连接；每个晶片101均通过电缆6与超声理疗仪主机相连接，主机将激励信号传递到每个晶片101上，并通过晶片101将电信号转换为超声波，从而来进行超声理疗。

本实用新型提供的矩阵式探头中将若干晶片101设计成矩阵式分布，超声理疗仪主机采用相控阵电子扫描来进行超声波声束的控制，经由压电晶片阵1后能够让超声波波束在与发射面（即晶片层所在平面）垂直的方向上扫描和聚焦，也可以同时在平行的方向上进行扫描和聚焦，即在仰角和方位角方向均能进行聚焦，从而使得探头在辐射区域任意点上聚焦，如图4中所示；因此，矩阵式探头大大扩大了探头的聚焦、扫描范围，能够同时进行空间的扫描，同时也能进行空间的聚焦，实现针对人体不同部位或病灶进行低强度能量聚焦式治疗，提高治疗的效果，更方便快捷。尤其在用于颅外溶栓方面的理疗时，相对于现有技术中采用单波束探头或环阵探头焦点区域受限的问题，本实用新型可以在辐射区域任意点聚焦，使得颅外超声溶栓的受限区域大大的缩小。

在本实施例中，晶片101厚度的改变会导致超声波频率的改变，因此可根据所需理疗的部位的深度来决定晶片101的厚度，此处不作限制。在本实施例中，这些晶片101优选的采用圆形晶片, 晶片101也可以是方形或者其他形状，此处不作限制。

在本实施例中，背衬层3和匹配层2分别设置在压电晶片阵1的两侧，且覆盖压电晶片阵1两侧的辐射面。匹配层2设置在压电晶片阵1的辐射面一侧，压电晶片阵1上产生的超声波能量经过匹配层2后辐射到人体上来进行理疗；由于人体和晶片101均具有一定的声阻抗，且人体的声阻抗通常大幅度低于晶片101的声阻抗，若压电晶片阵1上发射的超声波能量直接发射到人体上，由于较大的声阻抗差异会导致压电晶片阵1发射到人体上的能量大部分被反射回来，从而使得用于理疗的超声波能量大量损失，起不到理疗效果；本实用新型通过在压电晶片阵1和人体之间设置一匹配层2，且使得匹配层2的声阻抗介于压电晶片阵1的声阻抗和人体声阻抗之间，减少能量的反射，使得更多的超声波能量进入到人体内用于理疗，从而提高了工作效率和理疗效果。匹配层2材料的确定，可根据晶片101和人体的声阻抗来选择，此处不作限制。

在本实施例中，背衬层3设置在压电晶片阵1的另一侧；由于晶片101接收超声理疗仪主机的激励电信号后两面都会发射超声波，而只有辐射面一侧发射的能量来用于人体理疗；本实用新型通过设置背衬层3，使得压电晶片阵1背对辐射面一侧发射的能量大部分被背衬层3反射回辐射面一侧，从而加强了发射到人体上的超声波能量，可有效的提高理疗效果。背衬层3具体可采用环氧树脂等低阻抗材料制作而成，可根据具体情况进行选择，此处不作限制。

综上所述，本实用新型提供了一种用于超声理疗仪的矩阵式探头，包括壳体和设置在壳体内的压电晶片阵、匹配层和背衬层。压电晶片阵由若干晶片组成，且这些晶片呈矩阵式分布；晶片与超声理疗仪主机相连，所述超声理疗仪主机发出的激励电信号经由所述压电晶片阵转化为超声波，从而辐射到病患处；匹配层设置在压电晶片阵的辐射面，晶片层辐射面一侧发射的能量穿过匹配层发射出去，匹配层用于提高晶片的辐射效率；背衬层设置在晶片层的另一侧，晶片层另一侧发射的超声波大部分被背衬层反射。本实用新型提供的矩阵式探头，是专门针对临床超声理疗用途开发的，与超声理疗仪结合使用，具有能量聚焦效果好、病灶或部位针对性更强、操作简单方便、安全性高、适用性广等特点。

本技术领域的技术人员应理解，本实用新型可以通过许多其他具体形式实现而不脱离本实用新型的精神或范围。尽管已描述了本实用新型的实施例，应理解本实用新型不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本实用新型精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (6)

1.一种用于超声理疗仪的矩阵式探头，其特征在于，包括有：

压电晶片阵，由若干晶片组成，且这些晶片呈矩阵式分布；所述晶片与超声理疗仪主机相连，所述超声理疗仪主机发出的激励信号经由所述压电晶片阵转化为超声波，从而辐射到病患处；

匹配层，设置在所述压电晶片阵的一侧，所述压电晶片阵一侧辐射面发射的超声波能量穿过所述匹配层发射出去，所述匹配层用于提高超声的辐射效率；

背衬层，设置在所述压电晶片阵的另一侧，所述背衬层用于反射所述压电晶片阵另一侧辐射面发射的超声波能量。

2.据权利要求1所述的用于超声理疗仪的矩阵式探头，其特征在于，所述晶片采用圆形晶片。

3.据权利要求1所述的用于超声理疗仪的矩阵式探头，其特征在于，所述用于超声理疗仪的矩阵式探头还包括一壳体，所述壳体一端开口，所述背衬层、压电晶片阵和匹配层均设置在所述壳体内，且辐射面位于所述开口处。

4.据权利要求3所述的用于超声理疗仪的矩阵式探头，其特征在于，所述壳体上还设置有一与所述超声理疗仪主机相连的电缆，每个所述晶片的正负极均通过电线与所述电缆连接。

5.据权利要求1所述的用于超声理疗仪的矩阵式探头，其特征在于，所述晶片采用压电陶瓷材料制成或压电单晶材料制成或压电复合材料制成。

6.据权利要求1所述的用于超声理疗仪的矩阵式探头，其特征在于，所述匹配层的声阻抗介于所述晶片层的声阻抗和人体声阻抗之间。