CN204601410U - 多频环阵探头及包含其的超声理疗仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多频环阵探头及包含其的超声理疗仪，通过多频环阵探头和控制系统的设计，形成全新的环阵多频超声理疗仪，解决目前的超声理疗仪病灶针对性差、能量无法集中、理疗效果不明显的问题，有效改善和提高颅外溶栓、颈椎病、腰椎病的理疗效果以及皮肤病等的治疗效果。其中，多频是指探头的工作模式特点，可以在两个及两个以上不同的中心频率下工作。环阵是指探头的结构形式，即振子是圆环形状（包括实心圆）并有多个振子同心轴排列，环阵探头可以实现超声波聚焦并在轴心线上改变焦点位置。

Description

多频环阵探头及包含其的超声理疗仪

技术领域

本实用新型涉及理疗仪器技术领域，特别涉及一种多频环阵探头及包含其的超声理疗仪。

背景技术

超声波对人体的作用是通过机械作用、温热作用和理化作用三种形式进行的，通常认为0.5MHz～2.5MHz的超声波对人体有一定的治疗作用，而理疗用超声波频率一般在0.8MHz～1.0MHz，这是考虑到超声波半吸收层厚度决定的。

目前理疗所用探头都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部位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。

超声理疗仪是利用超声波对人体组织作用的原理对一些疾病进行治疗的医疗器械。目前市场上销售的超声理疗仪多采用平面单波束探头，无法针对不同病灶的组织特性和皮下深度进行超声波频率和焦距的调整，而且为了使病灶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。但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有以下两点：一个是皮下深处的病灶很难获得需要的超声波能量，因而治疗效果始终不理想；另一个是非病灶组织吸收了很多能量，造成浪费，也增加安全风险。此外，要达到预期的效果，每次治疗的时间会比较长，使两次治疗中间必须有足够的间隔时间，从而大大增加了理疗疗程周期。

对颈椎、腰椎而言，由于椎间的缝隙很小，通常只有探头表面直径的十分之一不到，不通过聚焦并变焦的方式，大部分超声波能量会被椎骨阻挡而到达不了椎间内部，得不到良好的治疗效果。

对颅外溶栓，目前还无法定量地对超声理疗仪进行效果评价。受颅骨结构的限制，探头放置位置限于颞窗和枕窗，非聚焦方式难以使超声波能量进入颅内后在不同深度处聚集以达到比较好的溶栓效果。

对皮肤性疾病，非聚焦和固定焦点的低频超声探头因无法实现超声波能量在皮肤表面和皮下浅层处的聚集，所以不能有效地实施针对性治疗。

实用新型内容

本实用新型提供一种多频环阵探头及包含其的超声理疗仪，通过多频环阵探头和控制系统的设计，形成全新的环阵多频超声理疗仪，解决目前的超声理疗仪病灶针对性差、能量无法集中、理疗效果不明显的问题，有效改善和提高颅外溶栓、颈椎病、腰椎病的理疗效果以及皮肤病等的治疗效果。其中，多频是指探头的工作模式特点，可以在两个及两个以上不同的中心频率下工作。环阵是指探头的结构形式，即振子是圆环形状（包括实心圆）并有多个振子同心轴排列，环阵探头可以实现超声波聚焦并在轴心线上改变焦点位置。

本实用新型的技术方案如下：

一种多频环阵探头，其包括将电能转换为超声的晶片，所述晶片包括不同频率的两种或两种以上环形振子组。

在一优选实施例中，所述多频环阵探头为双频环阵探头，所述晶片包括不同频率的两种环形振子组。

在一实施例中，每个环形振子组均包含三个圆环，并且位于里边的环形振子组为中心频率低的部分，位于外边的环形振子组为中心频率高的部分。

所述晶片由压电陶瓷材料、压电陶瓷复合材料、单晶材料、单晶复合材料或C-mut制成。

所述的多频环阵探头还包括根据需要为所述晶片制作的匹配层和背衬。

在一实施例中，所述晶片的正极和负极通过一导线引出，所述多频环阵探头通过一电缆与超声理疗仪的主机相连。

一种超声理疗仪，其配置有一个或多个所述的多频环阵探头或相控阵聚焦探头，并且还配置有主机，所述主机包括控制系统和信号发生器，所述控制系统包含界面，所述控制系统通过所述界面控制需要使用的频率、激励方式以及治疗时间并向信号发生器传送指令，所述信号发生器根据所述控制系统传送的指令产生脉冲或连续电信号，所述多频环阵探头在所述电信号激励下发射超声波，并通过改变超声波束聚焦焦点，使超声波能量聚集在所需位置。

在一实施例中，一个所述主机配置两种所述多频环阵探头，两个探头可以根据控制系统的控制单独或者同时工作。

在一优选实施例中，所述多频环阵探头为双频环阵探头，其中探头1的工作中心频率F1=0.5MHz, F2=2.5MHz；探头2的工作中心频率F1=4.0MHz, F2=10.0MHz。

所述激励方式为脉冲或连续。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

第一．本实用新型的超声理疗仪采用可变焦式多频环阵探头，多频的设置一定程度上打破超声波频率方面的限制，扩大可应用的频率范围；此外，多频设计把两个或两个以上不同频率的晶片结合在一个探头里，针对皮肤表面和皮下不同深度的病灶采用不同频率的超声波，既可以大幅度减少非病灶组织对超声能量的无效吸收从而避免治疗过程中的副作用风险，又可以使系统的发射功率维持在较低水平，实现更安全高效的治疗；由于不同频率的超声波对同一人体部位或器官作用的效果是不同的，这是因为同一人体组织对不同频率的超声波吸收率不同，而不同的人体组织对同一频率的超声波又具有不同的吸收率，本实用新型的超声理疗仪选择高低搭配的多频方式，就是为了更好地适应临床上的实际需要，特别是为使超声理疗仪普及到家庭创造更好的条件；

第二．本实用新型的超声理疗仪及多频环阵探头通过聚焦方式可以将超声波能量集中在所需治疗的部位，亦即减小发射功率就可以达到非聚焦探头同样的效果，或在同等发射功率下得到更好的治疗效果；环阵探头的特点是不仅可以在轴向上聚焦，使超声波的能量在焦点上集中，避免了能量发散；同时还可以变焦，即焦点可以沿着中心轴移动，使超声波能量聚集在病灶处，达到比较理想的治疗效果。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为现有的一般的平面换能器与聚焦换能器的辐射声场示意图及焦平面等高线图；

图2为本实用新型的超声理疗仪的实现原理；

图3为本实用新型的双频环阵探头的结构示意图；

图4为本实用新型的双频环阵探头的晶片的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种多频环阵探头，其包括将电能转换为超声的晶片，所述晶片包括不同频率的两种或两种以上环形振子组。本实用新型同时还提供一种超声理疗仪，其设置有一个或多个所述多频环阵探头，或者设置有相控阵聚焦探头。

下方结合具体实施例对本实用新型做进一步的描述。

实施例1

一般的平面换能器和聚焦换能器在治疗原理上具有缺陷，它们的辐射声场示意图如图1所示。图1中的两个图为一般的平面换能器（上左）与聚焦换能器（上右）的辐射声场示意图（左侧），声场旁边为其焦平面等高线图（右侧）。可以看出，聚焦换能器较平面换能器在焦点处能量更加集中，但其共同缺点是焦点不能够根据需要改变，如果病灶深度不在焦点附近，声能不够集中，治疗的效果较差。

而相控阵圆环（图1下方）较一般的平面换能器和聚焦换能器在治疗原理上有较大优势，相控阵克服了一般的平面换能器和聚焦换能器不能同时实现聚焦与变焦的缺点，它可以通过控制圆环间激励时间，从而控制焦点，并能在焦点处得到与焦距相同的聚焦换能器类似的聚焦效果。所以使用相控阵圆环原理的环阵换能器能是超声波的声束在不同的范围内聚焦，使声能准确辐射到病灶，得到较好的治疗效果。

举例说明如下：假设到达皮肤表面的超声波能量为E，透射面积为A，组织半吸收层厚度为δ，则在δ处，非聚焦形式下单位面积上接收到的能量（即声强）为M=E/2A；假定聚焦形式下焦斑面积为a，则聚焦形式下声强为M=E/2a。

假定透射面积和焦斑面积近似地按圆处理，则当聚焦能力使焦斑直径比非聚焦情况下减少至一半时，a=A/4，焦斑处接收到的能量增加到原来的4倍；当焦斑直径变成非聚焦时的四分之一时，a=A/16，声强则增加到原来的16倍。由此可见，聚焦的优势非常明显。

但是，绝大多数情况下病灶都不是一个平面，要对病灶组织进行强度比较均匀的超声治疗，除了需要变动焦点外，对深层部分用较低频率超声，对浅层部分使用较高频率超声会使治疗效果更理想。

基于上述的原理和需求，本实施例提供了一种超声理疗仪，其设置有一个或多个多频环阵探头，形成单探头或多探头配置。本实施例的超声理疗仪主要由两部分构成：主机和多频环阵探头，其具体的实现原理如图2的框图所示，其中主机主要包含控制系统和信号发生器，控制系统设置有界面，控制系统通过界面控制需要使用的频率、激励方式（脉冲或连续）以及治疗时间并向信号发生器传送指令，所述信号发生器根据所述控制系统传送的指令产生脉冲或连续电信号，所述多频环阵探头在所述电信号激励下发射超声波，透过人体皮肤表面，并通过改变超声波束聚焦焦点，使超声波能量聚集在所需位置，对患者的病灶进行治疗。在优选实施方式中，超声理疗仪的一个主机配置2个双频环阵探头，其中探头1的工作中心频率分别为F1=0.5MHz, F2=2.5MHz；探头2的工作中心频率分别为F1=4.0MHz, F2=10.0MHz。主机上可以同时装上述的两个探头，该两个探头可以根据控制系统的控制单独或者同时工作。

所述多频环阵探头包括将电能转换为超声的晶片，所述晶片包括不同频率的两种或两种以上环形振子组。基于多数情况下，病灶包括深层部分和浅层部分两个部分，本实用新型优选实施方式提供一种双频环阵探头，其双频的设置满足了病灶的深层部分和浅层部分对不同频率超声的需要。请参见图3和图4，其所示为双频环阵探头的结构示意图。所述双频环阵探头包括将电能转换为超声的晶片10，所述晶片10包括不同频率的两种环形振子组，分别标记为环形振子组11和环形振子组12。其中晶片10可以由压电陶瓷材料，压电陶瓷复合材料，单晶材料，单晶复合材料，C-mut等制成，并且可以根据需要为晶片10制作匹配层2，和背衬3，其中匹配层和背衬的设置可以使换能器有更好的辐射效率。另外，晶片10的正极和负极通过导线4引出，信号通过电缆5与主机相连。

请参见图4，双频环阵探头的晶片10的环形振子组11和环形振子组12均分别包含三个圆环，并且位于里边的环形振子组为中心频率低的部分，位于外边的环形振子组为中心频率高的部分。

此外，采用相控阵聚焦探头及相应上述的信号发生器和控制系统所组成的超声理疗仪，可以实现与多频环阵超声理疗仪同样的目的，达到类似的功效。

本实用新型的多频环阵探头及超声理疗仪具有以下优点：

第一．本实用新型的超声理疗仪采用可变焦式多频环阵探头，多频的设置一定程度上打破超声波频率方面的限制，扩大可应用的频率范围；此外，多频设计把两个或两个以上不同频率的晶片结合在一个探头里，针对皮肤表面和皮下不同深度的病灶采用不同频率的超声波，既可以大幅度减少非病灶组织对超声能量的无效吸收从而避免治疗过程中的副作用风险，又可以使系统的发射功率维持在较低水平，实现更安全高效的治疗；由于不同频率的超声波对同一人体部位或器官作用的效果是不同的，这是因为同一人体组织对不同频率的超声波吸收率不同，而不同的人体组织对同一频率的超声波又具有不同的吸收率，本实用新型的超声理疗仪选择高低搭配的多频方式，就是为了更好地适应临床上的实际需要，特别是为使超声理疗仪普及到家庭创造更好的条件；

第二．本实用新型的超声理疗仪及多频环阵探头通过聚焦方式可以将超声波能量集中在所需治疗的部位，亦即减小发射功率就可以达到非聚焦探头同样的效果，或在同等发射功率下得到更好的治疗效果；环阵探头的特点是不仅可以在轴向上聚焦，使超声波的能量在焦点上集中，避免了能量发散；同时还可以变焦，即焦点可以沿着中心轴移动，使超声波能量聚集在病灶处，达到比较理想的治疗效果。

本实用新型的超声理疗仪既可以实现对颈椎、腰椎、关节、皮肤及其它人体部位理疗的作用，也可以应用于颅外溶栓。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1. 一种多频环阵探头，其特征在于，包括将电能转换为超声的晶片，所述晶片包括不同频率的两种或两种以上环形振子组。

2.如权利要求1所述的多频环阵探头，其特征在于，所述多频环阵探头为双频环阵探头，所述晶片包括不同频率的两种环形振子组。

3.如权利要求2所述的多频环阵探头，其特征在于，每个环形振子组均包含三个圆环，并且位于里边的环形振子组为中心频率低的部分，位于外边的环形振子组为中心频率高的部分。

4.如权利要求1所述的多频环阵探头，其特征在于，所述晶片由压电陶瓷材料、压电陶瓷复合材料、单晶材料、单晶复合材料或C-mut制成。

5.如权利要求1或2或3或4所述的多频环阵探头，其特征在于，还包括根据需要为所述晶片制作的匹配层和背衬。

6.如权利要求1所述的多频环阵探头，其特征在于，所述晶片的正极和负极通过一导线引出，所述多频环阵探头通过一电缆与超声理疗仪的主机相连。

7.一种超声理疗仪，其特征在于，配置有一个或多个所述权利要求1-5中任一项所述的多频环阵探头或相控阵聚焦探头，并且还配置有主机，所述主机包括控制系统和信号发生器，所述控制系统包含界面，所述控制系统通过所述界面控制需要使用的频率、激励方式以及治疗时间并向信号发生器传送指令，所述信号发生器根据所述控制系统传送的指令产生脉冲或连续电信号，所述多频环阵探头在所述电信号激励下发射超声波，并通过改变超声波束聚焦焦点，使超声波能量聚集在所需位置。

8.如权利要求7所述的超声理疗仪，其特征在于，一个所述主机配置两种所述多频环阵探头，两个探头可以根据控制系统的控制单独或者同时工作。

9.如权利要求8所述的超声理疗仪，其特征在于，所述多频环阵探头为双频环阵探头，其中探头1的工作中心频率F1=0.5MHz, F2=2.5MHz；探头2的工作中心频率F1=4.0MHz, F2=10.0MHz。

10.如权利要求7所述的超声理疗仪，其特征在于，所述激励方式为脉冲或连续。