CN219289510U - 一种超声换能器及绑带式诊疗一体装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超声换能器及绑带式诊疗一体装置。所述超声换能器及绑带式诊疗一体装置包括超声换能器本体和绑带结构。所述超声换能器本体包括由底向上依次设置的背衬层、反匹配层、压电层、匹配层。所述反匹配层增加输出声压和输出声功率，解决了功率超声换能器的发热问题，从而增加了操作的安全性并延长了超声换能器的使用寿命。所述匹配层可使得诊疗一体超声换能器具有大带宽和一定的成像功能，可在超声治疗的同时进行成像定位。所述绑带结构设置在换能器本体的两侧，可以将换能器长时间固定在受检者身体某一部位，以提高诊断和治疗效果。

Description

一种超声换能器及绑带式诊疗一体装置

技术领域

本实用新型涉及超声诊疗器械领域，具体涉及一种超声换能器及绑带式诊疗一体装置包括诊疗一体超声换能器本体和绑带结构。

背景技术

目前肿瘤的临床治疗方法主要包括:通过切除肿瘤组织的手术治疗、通过药物抑制肿瘤生长的化疗、通过放射线抑制肿瘤生长的放疗、以及免疫治疗和靶向治疗等。但是，这些方法存在一些缺点比如：存在许多副作用、对健康组织存在影响以及费用高等。超声治疗是一种肿瘤治疗的新型方法，其优点包括：1、无创性：不需要切开组织，没有手术的风险；2、安全性：不会对肿瘤周围的正常组织造成损害；3、无副作用：相比其他肿瘤治疗方法，超声治疗通常没有副作用；4、便利性：超声治疗不需要长期住院，是一种高效的治疗方法；5、价格较低：相比其他治疗方法，超声治疗更经济，适合更多患者。

在超声治疗过程中，精确定位病灶位置的能力将直接影响超声治疗的质量。医护人员一般使用多模态系统同时进行病灶的定位及超声治疗，但是多模态解决方案增加了系统的复杂性，增加了治疗过程中的成本。相比多模态解决方案，诊疗一体超声换能器将治疗及成像集中到一个探头，降低了系统的复杂性，降低了成本，并能对病灶区域进行实时成像。与传统的治疗超声换能器相比，诊疗一体的超声换能器的优点主要是：1、提高治疗的准确性：成像和治疗功能的整合使治疗过程得到实时监控；2、改善治疗效果：通过对治疗过程的实时监测可以使得换能器提高疗效和效率。目前的诊疗一体换能器大多缺少固定装置，在进行长时间治疗时造成不便，无法达到很好的治疗效果。

针对上述问题，本实用新型为了满足诊疗一体的应用场景，提出了一种超声换能器及绑带式诊疗一体装置。超声换能器的基本结构包括声匹配层、压电层及背衬层，每一层在不同应用下需要选择合适的材料和厚度。其换能器有发射出大功率声压的能力，并具有高带宽特性，同时通过配套的绑带结构可以将换能器与受检者身体长时间固定在一起，增强诊断和治疗效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种超声换能器及绑带式诊疗一体装置，使其相比传统治疗超声换能器具有更大的输出声压和更高的输出功率，并拥有更大的带宽以利于成像和定位，与超声换能器配套绑带结构可以将换能器长时间固定在病灶区域以提高诊断和治疗的效果。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种超声换能器及绑带式诊疗一体装置，包括超声换能器本体和绑带结构，绑带结构设置在换能器本体的两侧，可以将换能器固定在受检者身体某一部位。所述换能器本体结构包括由底向上依次设置的背衬层、反匹配层、压电层、匹配层。

所述压电层用于接收电压激励信号并产生超声波；所述超声波包括前向超声波和后向超声波；所述压电层还用于接收组织或介质中反射和散射的超声信号；所述前向超向波为由所述压电层向所述匹配层传输的超声波；所述后向超向波为由所述压电层向所述背衬层传输的超声波。所述压电层具有治疗模式和成像定位两种模式，在治疗模式时用于产生高输出声压的超声波，在成像定位模式时用于产生和接收高带宽的超声波信号。

所述背衬层用于反射大部分后向超声波以增强前向超声波，当背衬层声阻抗与压电层声阻抗相差越大时，后向超声波的反射程度也越大；所述背衬层还能衰减进入背衬层的后向超声波，以热量的形式散发出去。

所述反匹配层用于增加背衬层和压电层之间的不匹配程度，从而增大后向超声波的反射系数并减少超声换能器的发热。

所述匹配层用于增大超声波在介质和压电层之间的透射程度，合理的匹配层设计可以达到接近百分百的透射。所述匹配层的材料和厚度选择并不以最大输出声压为目标，而以最大带宽为主要优化目标。

所述绑带结构设置在换能器本体两侧，通过换能器本体两侧的连接件与换能器本体相连。

可选的，所述背衬层可以选择声阻抗低于压电层的材料，也可以选择声阻抗高于压电层的材料。所述背衬层可以是单一材料组成的单层结构或采用多种不同材料组成的多层结构。

可选的，所述反匹配层可以是单一材料组成的单层结构或采用多种不同材料组成的多层结构。

可选的，所述匹配层可以是单一材料组成的单层结构或采用多种不同材料组成的多层结构。

可选的，所述压电层材料包括但不限于不限于压电陶瓷、压电单晶和/或压电复合材料。

可选的，所述诊疗一体超声换能器的形状和类型包括但不限于单振元平面式、单振元聚焦式、平面阵列式和曲面阵列式。

可选的，所述绑带结构包括一种弹性材料制成的弹性构件。弹性材料构件的弹性较好，能够对不同人群、不同治疗部位进行使用，提高诊断及治疗效果。

可选的，所述绑带结构可以穿过换能器本体两侧的连接件，使用魔术贴以及粘接层进行固定，也可以使用卡扣件进行固定。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型公开了一种超声换能器及绑带式诊疗一体装置，包括换能器本体和绑带结构。换能器结构包括由底向上依次设置的背衬层、反匹配层、压电层、匹配层。换能器本体两侧设置有连接件。绑带结构通过换能器本体两侧的连接件与换能器本体相连。该诊疗一体超声换能器通过插入反匹配层，增加背衬层和压电层的不匹配程度，以达到提高前向超声波声压和功率的目的，并通过改善匹配层的设计增加超声换能器的带宽。通过加入绑带结构将换能器固定在受检者身体上，增加诊断和治疗的效果。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的超声换能器及绑带式诊疗一体装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型图1中A处放大图；

图3为本实用新型实施例提供的阵列示意图；

图4为本实用新型实施例提供的工作示意图；

图5为本实用新型实施例提供的工作序列图；

图中：1、诊疗一体换能器本体；11、连接件；2、绑带结构；21、弹性绑带；22、魔术贴；23、粘接层；31、背衬层；32、第二层反匹配层；33、第一层反匹配；34、压电层；35、第一层匹配层；36、第二层匹配层；41、探头示意图；42、组织示意图；43、聚焦声束示意图；44、病灶区域示意图；51、成像发射序列；52、成像接收序列；53、治疗序列。

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。

本实用新型的目的是提供一种超声换能器及绑带式诊疗一体装置，使其相比传统治疗超声换能器具有更大的输出声压和更高的输出功率，并拥有更大的带宽以利于成像和定位，与超声换能器配套绑带结构可以将换能器长时间固定在病灶区域以提高诊断和治疗的效果。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例提供的超声换能器及绑带式诊疗一体装置的整体结构示意图。如图1所示，本实施例中的超声换能器本体1，包括设置在换能器本体两侧的连接件11。本实施例中的绑带结构2包括弹性绑带21、魔术贴22、粘接层23。

图2为本实用新型图1中A处放大图。如图2所示，其中魔术贴22和粘接层23都设置在弹性绑带21的一侧。使用者可以将弹性绑带21穿过连接件11，且可以通过术贴22和粘接层21的配合使用，将换能器固定在使用者身体某处，以提高诊断和治疗的效果。

可选的，对弹性绑带进行固定的装置可选择魔术贴和粘接层，也可以选择卡扣件等具有相同效果的构件。

图3为本实用新型实施例提供的阵列示意图。如图3所示，阵列中由底向上依次设置的背衬层31、第二反匹配层32、第一反匹配层33、压电层34、第一匹配层35、第二匹配层36。

所述反匹配层在此实施例中选择两种材料组成双层结构，分别为第一反匹配层与第二反匹配层。第二反匹配层可以选择高声阻抗材料，使背衬层与第二反匹配层的等效声阻抗变得更高，在此具体实施方式中选择铁单质制作成的一定厚度的铁片，声阻抗为40.9MRayl；第一反匹配层可以选择低声阻抗材料，使背衬层与第二反匹配层及第一反匹配层的等效声阻抗变得极低，在此具体实施方式中选择环氧树脂，声阻抗为2.9MRayl。

所述压电层在此实施例中选择PZT-4陶瓷材料，以满足低衰减和高品质因子的要求，其声阻抗为34MRayl。

所述匹配层在此实施例中选择两种材料组成的双层结构，分别为第一匹配层与第二匹配层。第一和第二匹配层用于增加压电层和介质之间声波的透射，提升所述诊疗一体超声换能器的带宽和透射效率，在此具体实施方式中第一匹配层选择钨粉混环氧树脂的混合物材料，声阻抗为8.9MRayl，第二匹配层选择环氧树脂材料，声阻抗为2.9MRayl，厚度均为0.24λ。

可选的，背衬层材料声阻抗与压电层材料声阻抗比值一般低于0.2:1，背衬层声阻抗越低，其与压电层的不匹配程度越高。

可选的，反匹配层可使用单层反匹配结构和双层反匹配结构；单层反匹配结构较为简单，但是制造误差会对单层反匹配效果起到较大的不利影响；虽然双反匹配结构较为复杂，但能量损耗几乎为零，且反匹配带宽较大，其反匹配效果受制作误差影响较小。

可选的，针对不同应用，所述压电层材料包括但不限于压电陶瓷、压电单晶和/或压电复合材料。

可选的，双层匹配的材料和厚度的选择可以遵循传统匹配理论。匹配层并不限于双层匹配，单层、多层和/或超材料制成的匹配层在满足大带宽的前提下也具有可行性。

图4为本实用新型实施例提供的诊疗一体装置工作示意图。在超声换能器41工作时，对准组织42中的病灶区域44进行成像以及治疗等操作，一般来说，在探头使用过程中，要始终保持在病灶区域正上方，同时要保证探头41的聚焦声束43要对准病灶区域44。

图5为本实用新型实施例提供的工作序列图。在一次成像治疗任务中，先对病灶区域实施成像发射序列51，对病灶区域发射成像脉冲，然后实施成像接收序列52，收集从病灶区域反射回的回波信号，从而对病灶区域进行成像以确定治疗区域的具体位置，最后再对病灶区域实施治疗序列53，对病灶区域进行一段时间的治疗。

本文中应用了具体个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 (7)

1.一种超声诊疗一体装置，其特征在于，包括换能器本体和绑带结构；换能器结构包括由底向上依次设置的背衬层、反匹配层、压电层、匹配层；换能器本体两侧设置有连接件；绑带结构通过换能器本体两侧的连接件与换能器本体相连；

所述压电层用于接收电压激励信号并产生超声波；所述压电层还用于接收组织或介质中反射和散射的超声信号；所述超声波包括由所述压电层向所述匹配层传输的前向超声波和由所述压电层向所述背衬层传输的后向超声波；所述压电层具有治疗模式和成像定位两种模式，在治疗模式时用于产生高输出声压的超声波，在成像定位模式时用于产生和接收高带宽的超声波信号；

所述背衬层用于反射大部分后向超声波以增强前向超声波，当背衬层声阻抗与压电层声阻抗相差越大时，后向超声波的反射程度也越大；所述背衬层还能衰减进入背衬层的后向超声波，以热量的形式散发出去；

所述反匹配层用于增加背衬层和压电层之间的不匹配程度，从而增大后向超声波的反射系数并减少超声换能器的发热；

所述匹配层用于增大超声波在介质和压电层之间的透射程度，合理的匹配层设计可以达到接近百分百的透射；所述匹配层的材料和厚度选择并不以最大输出声压为目标，而以最大带宽为主要优化目标；

所述绑带结构设置在换能器本体两侧，通过换能器本体两侧的连接件与换能器本体相连。

2.根据权利要求1所述的一种超声诊疗一体装置，其特征在于，根据不同应用，所述压电层材料包括但不限于压电陶瓷、压电单晶和压电复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种超声诊疗一体装置，其特征在于，反匹配层和匹配层材料的选择包括但不限于陶瓷材料、金属材料、有机物材料和混合物材料，且反匹配层和匹配层采用单一材料组成的单层结构或采用多种不同材料组成的多层结构。

4.根据权利要求1所述的一种超声诊疗一体装置，其特征在于，背衬层包括但不限于声阻抗低于压电层的材料和声阻抗高于压电层的材料；所述背衬层是单一材料组成的单层结构或采用多种不同材料组成的多层结构。

5.根据权利要求1所述的一种超声诊疗一体装置，其特征在于，换能器形状不受约束，包括但不限于单振元的平面、球面和其他曲面形状，以及阵列式的平面、球面和其他曲面形状。

6.根据权利要求1所述的一种超声诊疗一体装置，其特征在于，绑带结构中的所使用的绑带材料，包括但不限于橡胶、乳胶弹性材料。

7.根据权利要求1所述的一种超声诊疗一体装置，其特征在于，用于固定绑带的构件包括但不限于魔术贴和粘接层以及卡扣件装置。

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