CN205074192U - 一种单阵元神经刺激低频超声换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单阵元神经刺激低频超声换能器，包括：外壳（1）；粘接在所述的外壳（1）上的压电层（2）；灌注在所述的外壳（1）内的密封层（3）；焊接在所述的压电层（2）上的第一电缆（4）以及第二电缆（5）。本实用新型提供的一种单阵元神经刺激低频超声换能器，其是基于厚度振动模式纵波传输的单阵元神经刺激低频超声换能器，用于对动物组织器官特别是神经细胞进行超声刺激，制作简单，成本低廉，易于产业化。

Description

一种单阵元神经刺激低频超声换能器

技术领域

本实用新型关于超声换能技术领域，特别是关于神经刺激低频超声换能技术，具体的讲是一种单阵元神经刺激低频超声换能器。

背景技术

近年来，随着医学水平持续发展，脑科学研究成为时下医学研究的一大热点。一般来说，用于脑科学的研究工具包括电，光，声，磁四大方面，而在神经细胞刺激相关试验中，声刺激(也称之为机械力刺激)相对其他刺激具有无创、安全等一系列的优势。

超声换能器主要用于动物脑部神经及其他器官的超声刺激。中国科学院上海硅酸盐研究所的发明专利CN103691654A涉及一种低频窄脉冲超声换能器，如图1所示，其包括：壳体；设置于所述壳体内且依次相连的匹配层、压电元件层和背衬层；设置于所述壳体的接口部；以及连接于所述接口部与所述背衬层之间的匹配电路；所述背衬层形成为反射面斜率连续变化的碗状形状。该专利的创新点主要在于通过改变背衬材料的形状增加其对换能器向后辐射声能的吸收，减小换能器的余振。

现有技术中尚无专用于小动物的脑部神经细胞刺激的超声换能器。现有的换能器，如专利CN103691654A所描述的换能器无法用于小动物的脑部神经细胞以及其他器官的超声刺激。国内许多超声生物实验室主要通过购买通用的换能器对动物及人体器官进行刺激，这样的通用换能器也无法取得良好的实验效果，无法实现精准刺激。

因此，本领域急需要一种新的适用于小动物的脑部神经细胞刺激的超声换能器。

实用新型内容

为了解决现有技术中的通用换能器应用于小动物的脑部神经细胞刺激时无法实现精准刺激的问题，本实用新型提供了一种单阵元神经刺激低频超声换能器，其是基于厚度振动模式纵波传输的单阵元神经刺激低频超声换能器，用于对动物组织器官特别是神经细胞进行超声刺激，制作简单，成本低廉，易于产业化。

本实用新型的目的是，提供一种单阵元神经刺激低频超声换能器，包括：外壳1；粘接在所述的外壳1上的压电层2；灌注在所述的外壳1内的密封层3；焊接在所述的压电层2上的第一电缆4以及第二电缆5。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的压电层2的径向尺寸与厚度尺寸之比大于5。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的压电层2包括正极以及负极。

在本实用新型的一个实施方式中，所述的正极与负极位于所述压电层2的表面。

在本实用新型的另一实施方式中，所述的正极与负极位于所述压电层2的底面。

在本实用新型的另一实施方式中，所述的正极位于所述压电层2的底面，所述的负极位于所述压电层2的表面。

在本实用新型的另一实施方式中，所述的正极位于所述压电层2的表面，所述的负极位于所述压电层2的底面。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的第一电缆4焊接在所述压电层2的正极上，所述的第二电缆5焊接在所述压电层2的负极。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的压电层2通过环氧树脂粘接在所述外壳1的内部底面。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的外壳1底部外表面为平面或凹面。

本实用新型的有益效果在于，提供了一种单阵元神经刺激低频超声换能器，其是基于厚度振动模式纵波传输的单阵元神经刺激低频超声换能器，用于对动物组织器官特别是神经细胞进行超声刺激，换能器的频率范围覆盖0.5MHz-5MHz，制作简单，成本低廉，易于产业化，且由于本实用新型的换能器是基于厚度振动模式超声低频超声波，使压电材料的径向尺寸与厚度尺寸之比大于5，从而保证压电材料径向振动频率与厚度振动频率拉得很开，避免径向模式与厚度模式间的转换。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的低频窄脉冲超声换能器的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种单阵元神经刺激低频超声换能器的模型示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种单阵元神经刺激低频超声换能器的结构示意图。

附图标号：

外壳1

压电层2

密封层3

第一电缆4

第二电缆5

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

用于动物脑部神经及其他器官超声刺激的超声换能器，为了保证实验数据的准确度，换能器的辐射面直径一般要求小于10mm，为获得较大的声辐射力，换能器的频率范围可以在0.5MHz-2MHz。

用于小动物的脑部神经细胞以及其他器官的超声刺激时，由于实验的需要，为了达到更好的实验效果，实现精准刺激，必须将换能器的尺寸控制在2mm之内。

基于此，本实用新型实施例提供了一种基于传统厚度振动模式纵波传输的单阵元神经刺激低频超声换能器，对动物组织器官特别是神经细胞进行超声刺激，制作步骤简单，成本低廉，易于产业化。

图2为本实用新型实施例提供的一种单阵元神经刺激低频超声换能器的模型示意图，图3为本实用新型实施例提供的一种单阵元神经刺激低频超声换能器的结构示意图。由图3可知，单阵元神经刺激低频超声换能器包括：

外壳1；

粘接在所述的外壳1上的压电层2。在本实用新型的优选实施方式中，所述的压电层2通过环氧树脂粘接在所述外壳1的内部底面。所述的压电层2的径向尺寸与厚度尺寸之比大于5。本实用新型实施例中的换能器是基于厚度振动模式超声低频超声波，使压电层的侧向(径向)尺寸与厚度尺寸之比大于5，从而保证压电层2侧向(径向)振动频率与厚度振动频率拉得很开，避免侧向(或径向)模式与厚度模式间的转换。

灌注在所述的外壳1内的密封层3，在本实用新型的优选实施方式中，成型密封层3的材料可以是环氧树脂，也可以是其他能起到密封作用的材料。

焊接在所述的压电层2上的第一电缆4以及第二电缆5。

如上所述的一种单阵元神经刺激低频超声换能器的频率为0.5MHz～5MHz。超声波辐射面在直径10mm的区域内，缩小了刺激区域，避免超声刺激到目标区域的邻近器官，对实验结果造成干扰。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的压电层2包括正极以及负极。正极以及负极可以在同一个面上，也可以在平行的两个面上。即：所述的正极与负极位于所述压电层2的表面；所述的正极与负极位于所述压电层2的底面；所述的正极位于所述压电层2的底面，所述的负极位于所述压电层2的表面；所述的正极位于所述压电层2的表面，所述的负极位于所述压电层2的底面。压电层2可以是压电陶瓷、单晶材料、压电复合材料以及薄膜材料。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的第一电缆4焊接在所述压电层2的正极上，所述的第二电缆5焊接在所述压电层2的负极。

在本实用新型的优选实施方式中，所述的外壳1的材料可以是铝、不锈钢及其他金属材料，也可以是塑料，优选材料为铝。所述的外壳1的底部外表面为平面或凹面。凹面具有声场聚焦功能。

下面简单介绍本实用新型提供的单阵元神经刺激低频超声换能器的成型步骤，包括：将压电层2粘接在外壳1的内部底面，将第一电缆4、第一电缆5分别与压电层的正负极焊接相连，将调好的密封层3灌注在外壳1内，固化后起到绝缘和密封的作用。这样的制备方式，操作简单方便，换能器性能稳定，可靠性好。

在实际的操作过程中，可按照刺激所需要的频率的大小计算出压电层的厚度，并将压电层的侧向(或径向)尺寸加工到厚度的5倍以上，再根据压电层的尺寸确定外壳的尺寸并通过机加工制备出来，原则上外壳的壁厚为0.5mm，内径比压电材料的尺寸大1mm，将压电层用环氧树脂(或其他具有粘接性能的材料)粘接在铝壳内部的底面，使用电缆将压电材料的正负极引出，最后在外壳内浇注一层环氧树脂(或其他密封材料)。如此制备的基于厚度振动模式的单阵元神经刺激低频超声换能器主要用于动物神经细胞及其他器官的超声刺激，换能器的频率范围覆盖0.5MHz～5MHz，结构简单，制作方便。

综上所述，应用本实用新型实施例提供的一种单阵元神经刺激低频超声换能器，能够有效的进行动物神经刺激实验，并且结构简单，制作方便，成本低，利于产业化。且本实用新型的换能器已经用于老鼠的超声神经刺激实验中，取得良好的效果。

本实用新型的技术关键点和欲保护点是：

1)、压电层的种类可以是压电陶瓷、压电复合材料、单晶材料、薄膜材料。

2)、超声换能器不需成型背衬，减少了制备步骤和难度，专用于动物神经刺激实验。

3)、本实用新型的超声换能器的频率可覆盖0.5MHz～5MHz。

4)、换能器基于厚度振动模式超声低频超声波，使压电层的侧向(径向)尺寸与厚度尺寸之比大于5以上，从而保证压电材料侧向(径向)振动频率与厚度振动频率拉得很开，避免侧向(或径向)模式与厚度模式间的转换。

5)、换能器的超声波辐射面在直径10mm的区域内，缩小了刺激区域，避免超声刺激到目标区域的邻近器官，对实验结果造成干扰。

本领域技术人员还可以了解到本实用新型实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本实用新型实施例保护的范围。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的单阵元神经刺激低频超声换能器包括：

外壳(1)；

粘接在所述的外壳(1)上的压电层(2)；

灌注在所述的外壳(1)内的密封层(3)；

焊接在所述的压电层(2)上的第一电缆(4)以及第二电缆(5)。

2.根据权利要求1所述的单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的压电层(2)的径向尺寸与厚度尺寸之比大于5。

3.根据权利要求1所述的单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的压电层(2)包括正极以及负极。

4.根据权利要求3所述的单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的正极与负极位于所述压电层(2)的表面。

5.根据权利要求3所述的单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的正极与负极位于所述压电层(2)的底面。

6.根据权利要求3所述的单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的正极位于所述压电层(2)的底面，所述的负极位于所述压电层(2)的表面。

7.根据权利要求3所述的单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的正极位于所述压电层(2)的表面，所述的负极(位于所述压电层(2)的底面。

8.根据权利要求3所述的单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的第一电缆(4)焊接在所述压电层(2)的正极上，所述的第二电缆(5)焊接在所述压电层(2)的负极。

9.根据权利要求1所述的单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的压电层(2)通过环氧树脂粘接在所述外壳(1)的内部底面。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的单阵元神经刺激低频超声换能器，其特征在于，所述的外壳(1)底部外表面为平面或凹面。