CN214132610U - 电磁冲击波换能器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电磁冲击波换能器，包括缠绕在绝缘体上的金属丝构成的双面线圈。所述线圈具有处在所述绝缘体的一侧上的第一线圈面和处在所述绝缘体的相对侧上的第二线圈面。所述线圈的线圈端部电耦合到电流源，所述电流源在所述线圈中产生电流脉冲，以便在所述线圈面之间产生力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于冲击波生成和冲击波治疗的方法和系统，特别涉及这样一种电磁冲击波换能器，所述电磁冲击波换能器包括由一个线圈构成的两个面，以生成脉冲压缩冲击波，并且涉及这样一种电磁冲击波换能器，所述电磁冲击波换能器包括由两个线圈构成的两个面，以生成脉冲稀疏冲击波，并且涉及一种依次产生稀疏和压缩脉冲声波的组合系统。
背景技术
存在现有技术的电磁冲击波换能器，所述电磁冲击波换能器包括被附接到背衬材料上的表面扁平线圈和紧邻该线圈的薄导电膜。施加给表面线圈的电流脉冲在所述薄导电膜中感应出涡电流。然后，膜被排斥，并在与膜接触的传播介质(通常是水)中直接或通过匹配层而产生(gives rise to)声波。由于背衬材料的高声阻抗，因此波也被从背衬材料反射。美国专利4,928,672是这种电磁换能器的示例。
Clark等人的美国专利7443764描述了一种不涉及在膜中感应出涡电流的电磁换能器。一对导电螺旋线圈中的每一个导电螺旋线圈都被安置(ensconced)成盘状矩阵。将该两个线圈安置的矩阵面对面结合起来，以便在它们之间夹有薄的非磁性弹性层。由信号放大器产生的电流沿相反方向穿过每个线圈，从而产生相反的磁场。机械力直接由该两个线圈中的相反的电流生成，而无需使用任何磁芯材料。线圈的电感与电容器耦合，以产生可调谐的LC(电感电容)电路。在线圈之间使用了弹性材料，以产生可调谐的弹簧-质量系统，在该弹簧-质量系统中，机械共振与所夹带的水的质量和弹性材料的弹簧常数相关联。
简而言之，美国专利7443764描述了一种振荡设备，这种振荡设备包括载有在相反方向上的电流的两个平行螺旋线圈，其中在线圈之间的弹性隔板(elastic separator)旨在提供弹簧力，以使装置产生低频声波。这种布置结构的缺点在于该两个线圈之间的电场有限，这是因为一个线圈两端的电压与另一个线圈两端的电压极性相反；线圈的各端部经受由相关电压击穿所限制的电压差。线圈两端的有限电压和/或线圈之间的足够大的距离限制了线圈之间的排斥力。
另一缺点在于，由于扁平线圈的磁场强度的不均匀性以及磁场强度与所产生的力之间的线性关系，所以在整个线圈区域上的所产生的力是不均匀的。
机械和电气共振将声振荡设备的操作限制在低频波上，从而使这种构造不足以产生冲击波。
现有技术的冲击波换能器旨在产生压缩波。对于需要负压力波(稀疏波)的应用，可以使用压缩冲击波脉冲的尾压(tail of a compression shockwave pulse)。但是，尾压显著低于压缩峰值压力。
发明内容
本实用新型试图提供新颖的电磁冲击波换能器，如下文更详细地描述的那样，所述电磁冲击波换能器已经在许多医疗应用中使用，诸如但不限于碎石术、组织碎裂术、矫形术、治疗病理性组织疾病、治疗男性阳痿以及许多其它疾病，特别是对软组织的应用。所述换能器被构造用以分别产生脉冲稀疏波和压缩声波(冲击波)。
本实用新型的电磁压缩冲击波换能器包括具有两个面的一个线圈。所述线圈具有由纵向绕组段组成的绕组；相邻的段之间的距离很小。例如，可以通过将金属丝缠绕在薄片材(例如，纸片)上来获得线圈，使得绕组段被纸张厚度分开，因此，由对应的绕组段形成的线圈的所述两个面被分别附接在片材面(片材的两个相对的面或侧面)上。
该两个线圈面之间没有高压；而是，与现有技术相反，在线圈端部之间施加高电压，并且绕组间电压受到绕组数目的限制。因此，隔板(在上述示例中为纸片)可以非常薄。在绕组金属丝被充分绝缘的情况下，可能不需要隔板。另外，与现有技术相反，隔板不是必须是弹性的，这是因为本实用新型的换能器以脉冲而不是振荡的方式产生冲击波。因而，对于类似的参数，本实用新型产生的力比现有技术的双线圈构造产生的力更大且更均匀。
根据本实用新型的非限制性实施例，提供了一种电磁压缩冲击波换能器，所述电磁压缩冲击波换能器包括金属丝构成的双面线圈，所述金属丝构成的双面线圈缠绕在绝缘体上，所述线圈具有处在所述绝缘体的一侧上的第一线圈面和处在所述绝缘体的相对侧上的第二线圈面，其中，所述线圈的线圈端部被电耦合到电流源，所述电流源在所述线圈中产生电流脉冲，以便在所述线圈面之间产生力。
所述电磁压缩冲击波换能器还可以包括声学传导界面，所述声学传导界面与所述线圈面中的一个线圈面或两个线圈面相邻，力通过所述声学传导界面产生声波。所述声学传导界面可以被附接到所述线圈面中的一个线圈面或两个线圈面。
所述第一线圈面中的电流可以大体在与所述第二线圈面中的电流相反的方向上流动。
所述线圈面中的每一个线圈面都可以包括大体平行的线圈段。
根据本实用新型的非限制性实施例，所述双面线圈包括两个或更多个串联连接的子线圈。
根据本实用新型的非限制性实施例，磁体被构造用以产生大体垂直于每个线圈面的线圈段的磁场。
所述线圈面和/或所述绝缘体可以是大体平面的或非平面的。
根据本实用新型的非限制性实施例，提供了一种电磁稀疏冲击波换能器，所述电磁稀疏冲击波换能器包括由薄的恢复绝缘体隔开的两个形状相似且平行的扁平线圈；所述线圈与电流源连通，所述电流源可操作用以将相同极性的电流脉冲传输到所述线圈，以便在所述线圈之间产生拉力脉冲。可以在所述电流脉冲之后通过恢复绝缘体来恢复线圈位置。
根据本实用新型的非限制性实施例，提供了一种电磁冲击波双极换能器，所述电磁冲击波双极换能器包括由薄的绝缘体隔开的两个形状相似的扁平线圈；所述线圈与电流源连通，所述电流源可操作用以将相同极性和/或相反极性的电流脉冲依次传输到各个线圈，以便在所述线圈之间产生拉力和/或推力的依次脉冲，从而向声学传导界面产生并发送稀疏声波和压缩声波的依次脉冲。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，将更充分地理解和明白本实用新型，在附图中：
图1是根据本实用新型的实施例构造和操作的电磁冲击波换能器的简化绘图图示(simplified pictorial illustration)。
图2是所述电磁冲击波换能器的简化边缘视图图示(simplified edge-viewillustration)。
图3是所述电磁冲击波换能器的简化绘图图示，其中，一个或两个线圈面被附接到声学传导界面上。
图4是根据本实用新型的其它实施例的、包括磁体的电磁冲击波换能器的另一变型的简化边缘视图图示。
图5和图6是线圈面大体为非平面的电磁冲击波换能器的其它变型的简化边缘视图图示。
图7是根据本实用新型的实施例的用于产生稀疏冲击波或者压缩冲击波与稀疏冲击波的组合的电磁冲击波换能器的简化图示。
具体实施方式
现在参考图1和图2，其示出了根据本实用新型的非限制性实施例构造和操作的电磁冲击波换能器10。
换能器10包括缠绕在绝缘体14上的金属丝构成的线圈12，使得线圈12是双面的，即，线圈12在绝缘体14的相对侧上具有两个面16和18。因而，线圈12是导电线圈，包括紧邻的两个线圈面16和18。每个线圈面16和18都由大体平行的线圈段制成(但是可选地是，它们可以是不平行的)。两个线圈端部20和22被电耦合到电流源24，该电流源24在线圈12中产生电流脉冲，以便在线圈面16和18之间产生力(伦兹力)。
在图1和图2的所示出的实施例中，绝缘体14是由电绝缘材料制成的薄的扁平绝缘体，该绝缘体可以是软的或硬的，柔性的或坚硬(stiff)的。如图2中的箭头所示，各个线圈面16和18中的电流沿相反方向流动。如上所述，如果线圈12的绕组金属丝被充分绝缘，则可能不需要额外的绝缘体14；金属丝绝缘体(wire insulation)充当了所述绝缘体。
现在参考图3。声学传导界面25邻近一个或两个线圈面，例如用于与患者组织相接合。该一个或两个线圈面可以被附接到声学传导界面25。声学传导界面25优选地是由电安全且生物相容的材料制成的，这种材料表现出与患者组织和生物相容材料的相应的声阻抗的机械高效匹配。优选地是，换能器界面25的生物相容材料的声阻抗不低于患者组织的声阻抗并且不高于线圈12的声阻抗，并且最优选地是，接近这两个的几何平均值(在20％以内)。
材料的声阻抗(Z)被定义为该材料的密度(ρ)和声速(V)的乘积，即Z＝ρ*V，单位为Rayls(千克/(秒·平方米))或者更方便地为MegaRayls(MRayls)。
现在再次参考图1。在另一种形式的电磁冲击波换能器中，该双面线圈可以被构造成彼此面对的两个或更多个串联连接(例如，扁平的)的子线圈26。(换句话说，不是一个线圈，而是两个或多个单独的线圈缠绕在绝缘体上。)子线圈26的线圈面的定位确定了电流是在各个面上沿相同方向还是沿相反方向流动，从而使得这些面分别彼此吸引或排斥。
现在参考图4，其示出了另一种形式的换能器10，该换能器包括双面线圈12并且还包括磁体28，该磁体可以由任何合适的磁性材料制成，诸如但不限于稀土材料，例如钕铁硼或钐钴等，或非稀土材料，例如不同的铁合金。磁体28可以是永磁体或电磁体等。磁体28产生大体垂直于每个线圈面的线圈段的磁场。磁体28可以在线圈12的内部或在线圈12的外部(如虚线所示)。
在上述实施例中，线圈面大体是平面的。现在参考图5和图6，图5和图6示出了其它形式的换能器，在这些换能器中，线圈面16、18和/或绝缘体14是大体非平面的，诸如凸形(图5)或凹形(图6)。
作为适用于本文中所述的任何实施例的另一选项，如图5中所示，可以与换能器一起使用声学透镜34和/或声学反射器36。
现在参考图7，其示出了根据本实用新型的实施例的用于产生稀疏冲击波或压缩冲击波与稀疏冲击波的组合的电磁冲击波换能器70。
电磁稀疏冲击波换能器70包括两个形状相似且平行的扁平线圈72，它们由薄的恢复绝缘体74隔开。线圈72与电流源76电连通，电流源76可操作用以将相同极性的电流脉冲传输到线圈72，以便产生拉力脉冲，该拉力脉冲将线圈72朝向彼此拉动。线圈72的位置可以通过恢复绝缘体74来恢复，该恢复绝缘体消除了电流脉冲结束之后的任何电磁力。每个线圈都可以包括两个或更多个子线圈。
如针对图3的实施例类似地描述的那样，电磁稀疏冲击波换能器70还可以包括与该两个线圈面中的一个线圈面或两个线圈面相邻的声学传导界面25，并且力通过该声学传导界面25产生稀疏声波。声学传导界面可以被附接到线圈面中的一个线圈面或两个线圈面。
作为另一选项，如上文参考图5类似地描述的那样，可以与换能器70一起使用声学透镜34和/或声学反射器36。
再次，如上文参考图4类似地描述的那样，磁体28可以产生大体垂直于每个线圈72的线圈段的磁场。线圈72和/或绝缘体74可以是大体平面的或非平面的。
换能器70可以被构造为电磁冲击波双极换能器，其中，电流源76将相同极性和/或相反极性的电流脉冲依次传输到各个线圈72，以便在线圈72之间产生拉力和/或推力的依次脉冲，从而产生并发送稀疏声波和压缩声波的依次脉冲(发送到声学传导界面)。
Claims (13)
1.一种电磁冲击波换能器，包括：
缠绕在绝缘体上的金属丝构成的双面线圈，所述线圈具有处在所述绝缘体的一侧上的第一线圈面和处在所述绝缘体的相对侧上的第二线圈面，其中，所述线圈的线圈端部被电耦合到电流源，所述电流源在所述线圈中产生电流脉冲，以便在所述线圈面之间产生力。
2.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述电磁冲击波换能器还包括声学传导界面，所述声学传导界面与所述线圈面中的一个线圈面或两个线圈面相邻，所述力通过所述声学传导界面产生声波。
3.根据权利要求2所述的电磁冲击波换能器，其中，所述声学传导界面被附接到所述线圈面中的一个线圈面或两个线圈面。
4.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述第一线圈面中的电流在与所述第二线圈面中的电流相反的方向上流动。
5.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述线圈面中的每一个线圈面都包括大体平行的线圈段。
6.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述双面线圈包括两个或更多个串联连接的子线圈。
7.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述电磁冲击波换能器还包括磁体，所述磁体被构造用以产生大体垂直于每个所述线圈面的线圈段的磁场。
8.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述线圈面和/或所述绝缘体是大体平面的。
9.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述线圈面和/或所述绝缘体是大体非平面的。
10.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述电磁冲击波换能器还包括声学透镜和/或声学反射器。
11.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述绝缘体是平面绝缘体。
12.根据权利要求1所述的电磁冲击波换能器，其中，所述绝缘体包括所述金属丝构成的绝缘体。
13.一种电磁冲击波换能器，包括：
由恢复绝缘体隔开的两个形状相似且平行的扁平线圈，所述线圈与电流源电连通，其中，所述电流源具有可操作构造，以将相同极性的电流脉冲传输到所述线圈，以便产生将所述线圈朝向彼此拉动的拉力脉冲，所述拉力产生稀疏冲击波。
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