ITMI20070034U1 - Dispositivo di onde sonore a convergenza elettromagnetica - Google Patents

Description

Descrizione del modello di utilità dal titolo:

"DISPOSITIVO DI ONDE SONORE A CONVERGENZA ELETTROMAGNETICA"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Il presente trovato riguarda in generale la generazione e la convergenza di onde sonore, e nello specifico la generazione e la convergenza di onde sonore con energia elettromagnetica.

Delle onde sonore focalizzate (o onde d'urto, i termini essendo del tutto utilizzati in maniera intercambiabile) vengono utilizzate sempre più in applicazioni mediche. Ad esempio, onde sonore vengono utilizzate per asportazione di tessuto, visualizzazione diagnostica, distribuzione di farmaci, frantumazione di calcoli nel corpo come calcoli renali, trattamento di malattie ortopediche, lotta a disturbi e dolori di tessuti molli, ed altre terapie che impiegano calore, cavitazione, onde d'urto, o altri effetti termici e/o meccanici a scopi terapeutici .

La tecnica anteriore converte 1'energia elettrica in onde sonore, come tramite generazione di un impulso forte di un campo elettrico o magnetico, in genere tramite scarica di condensatore, convertendo il campo elettromagnetico in energia acustica, e dirigendo l'energia verso un bersaglio tramite un apparecchio di convergenza associato.

Sorgenti a punto per la generazione di onde sonore in un litotritore sono descritte in diversi brevetti, come il brevetto statunitense US 3,942,531 a nome Hoff ed altri, ed il 4,539,989 a nome Forsemann ed altri. Una sorgente piana per generazione di onde sonore viene descritta, ad esempio, nel brevetto statunitense 4,674,505 a nome Pauli ed altri.

Sorgenti cilindriche per generazione di onde sonore vengono descritte, ad esempio, nel brevetto statunitense 5,058,569 a nome Hassler ed altri, ed il 5,174,280 a nome Gruenwald ed altri. Sorgenti sferiche vengono citate anche nella discussione del brevetto statunitense numero 5,174,280.

Una sorgente di onde sonore a tronco di cono viene descritta nel brevetto statunitense 6,869,407 a nome Ein-Gal, la descrizione del quale viene inserita in questo documento come riferimento. La sezione di discussione del brevetto statunitense 6,869,407 include una breve descrizione della maniera in cui onde sonore vengono prodotte da sorgenti a punto, sferiche, planari, e cilindriche ed una descrizione delle limitazioni di ciascuna di questi apparecchi di generazione delle onde sonore della tecnica anteriore.

È scopo di alcuni aspetti del presente trovato prevedere una generazione di onde sonore ed un dispositivo di convergenza comprendente un trasduttore di onde acustiche ed una lente acustica che fornisce una migliorata capacità di convergenza per diffusione dell'energia ultrasonica nel tessuto corporeo, e fornisce un apparecchio più efficace ed economica per la diffusione di energia ultrasonica.

Delle onde sonore possono essere generate in una varietà di modi. Come esempio e non limitativo, onde sonore possono essere generate tramite un trasduttore di area, come un trasduttore d'area tronco conica. Un avvolgimento può respingere o far vibrare una membrana conica per produrre onde sonore. In un altro esempio, un elettrodo a superficie conduttrice può essere montato sul bordo interno del trasduttore conico. Un isolante perforato può almeno parzialmente coprire l'elettrodo di superficie, e può essere incastrato fra l'elettrodo di superficie ed un elettrodo di ritorno. Una molteplicità di correnti elettriche può fluire attraverso le perforazioni dell'isolante perforato, che dà vita a sorgenti a punto di energia ultrasonica nella forma dì onde sferiche che emanano dalle perforazioni.

Viene in questo modo fornita un dispositivo di onde sonore in conformità di una realizzazione non limitativa del presente trovato trasduttore di onde sonore atto a generare un'onda sonora in un liquido di propagazione, detto trasduttore di onda sonora presentando un bordo interno definito ruotando una curva attorno ad un asse di simmetria, in cui la curva e l'onda sonora non sono parallele all'asse di rotazione di simmetria, ed una lente di convergenza disposta rispetto a detto trasduttore di onde sonore in modo da far convergere l'onda sonora che emana da detto trasduttore di onde sonore in un punto focale. La lente di convergenza può avere un bordo interno che definisce un volume interno assialsimmetrico attorno all'asse di rotazione di simmetria ed almeno parzialmente riempito con il liquido di propagazione, i volumi interno ed esterno essendo separati da una membrana .

Viene anche fornito in conformità di una realizzazione non limitativa del presente trovato, un apparecchio per generare onde sonore altamente focalizzate che include una membrana conduttrice assialsimmetrica non planare ed un avvolgimento elettromagnetico associato ottenuto ruotando un segmento di membrana attorno ad un asse di rotazione. Detto asse di rotazione interseca il punto focale verso il quale le onde acustiche verranno fatte convergere. La superficie della membrana conduttrice è monotona (incrementando in maniera monotona nell'asse di simmetria per incrementare la distanza radiale dall'asse di simmetria) e la distanza da un punto qualsiasi della membrana ad un piano perpendicolare all'asse di rotazione ed intersecante il punto focale è inversamente proporzionale alla distanza di detto punto della membrana all'asse di rotazione. Una superficie di lente acustica assialsimmetrica associata con detta membrana si ottiene ruotando un segmento in sezione trasversale della lente attorno a detto asse di rotazione. Detto segmento in sezione trasversale della lente viene determinato dalle velocità di propagazione relative nel materiale della lente acustica ed il liquido di propagazione soggetto al requisito che le onde prodotte dalla membrana vibrante vengono fatte convergere dalla lente sulla regione focale.

In alcune realizzazioni del presente trovato, il punto focale è posto più vicino alla base più ampia del cono di una superficie di membrana troncoconica. Detta superficie viene prodotta dalla rotazione di un segmento lineare di membrana attorno ad una asse di rotazione in cui detto segmento di membrana e detto asse di rotazione sono sullo stesso piano e non sono ortogonali così da non formare una membrana planare. Una lente associata con detta superficie conica di membrana viene ricavata ruotando un segmento in sezione trasversale di lente circolare generalmente concava attorno a detto asse di rotazione. Detto segmento in sezione trasversale di lente è generalmente concavo dal momento che la velocità di propagazione della lente è maggiore di quella del liquido di propagazione.

In altre realizzazioni del presente trovato, una superficie di membrana non conica può essere ottenuta ruotando un segmento di membrana sostanzialmente circolare attorno ad un asse di rotazione. La lente acustica associata con detta superficie di membrana non conica si ottiene tramite rotazione di una sezione trasversale di lente circolare attorno a detto asse di rotazione.

Si prevede anche in conformità di una realizzazione del presente trovato, un dispositivo di onde acustiche che include un elemento elettrico disponibile su un bordo interno di un supporto di un trasduttore di onde sonore, il bordo interno presentando una forma non cilindrica e non piana, l'elemento elettrico essendo in termini di area configurato sul bordo interno per irradiare onde sonore all'indentro dal bordo interno.

Inoltre, in conformità di una realizzazione di questo trovato, l'elemento elettrico include un avvolgimento montabile su un bordo interno di un supporto di un trasduttore di onde sonore ed una membrana conformata per adattarsi al bordo interno, in cui l'avvolgimento è atto a spostare la membrana all'interno rispetto al supporto.

Inoltre in conformità di una realizzazione di questo trovato l'elemento elettrico include un avvolgimento montabile su un bordo interno di un supporto di un trasduttore di onde sonore ed un magnete disponibile sul supporto atto a generare un campo magnetico che respinga l'avvolgimento all'interno rispetto al supporto .

Inoltre ancora in conformità di una realizzazione di questo trovato l'elemento elettrico include un elettrodo a superficie conduttrice montabile sul bordo interno, un isolante perforato che copre almeno parzialmente l'elettrodo a superficie conduttrice, ed un elettrodo di ritorno disposto su un lato dell'isolante perforato opposto all'elettrodo a superficie conduttrice.

Viene anche previsto in conformità di una realizzazione del trovato un dispositivo di onde sonore che include un elemento elettrico disponibile su un bordo interno di un supporto di un trasduttore di onde sonore, l'elemento elettrico essendo in termini di area configurato sul bordo interno per irradiare onde sonore all'indentro dal bordo interno, ed un magnete disponibile sul supporto atto a generare un campo magnetico che respinge l'elemento elettrico all'interno rispetto al supporto. L'elemento elettrico può essere un avvolgimento, ad esempio. Il supporto può essere non cilindrico e non piatto.

Viene anche previsto in conformità di una realizzazione di questa invenzione un dispositivo di onde sonore che include un elemento elettrico disponibile su un bordo interno di un supporto di un trasduttore di onde sonore, l'elemento elettrico essendo in termini di area configurato sul bordo interno per irradiare onde sonore all'indentro rispetto al bordo interno, ed un isolante perforato che copre almeno parzialmente l'elemento elettrico. Il supporto può essere non cilindrico e non piatto.

In conformità di una realizzazione del trovato l'elemento elettrico include un elettrodo a superficie conduttrice montabile sul bordo interno, ed un elettrodo di ritorno disposto su un lato dell'isolante perforato opposto all'elettrodo di superficie conduttrice.

La fig. 1 è una illustrazione semplificata parzialmente in sezione di un dispositivo di onde sonore, costruito e funzionante in conformità di una realizzazione del trovato;

la fig. 2 è una illustrazione semplificata parzialmente in sezione di un dispositivo di onde sonore, costruito e funzionante in conformità di un'altra realizzazione del trovato; e

la fig. 3 è una illustrazione semplificata parzialmente in sezione di un dispositivo di onde sonore simile a quello delle fig. 1 e 2, ma con un trasduttore piezoelettrico o magnetostrittivo come il generatore di onde d'urto, costruito e funzionante in conformità di un'altra realizzazione del trovato.

Si fa ora riferimento alla fig. 1, che illustra un dispositivo 10 di onde sonore costruito e funzionante in conformità di una realizzazione del presente trovato.

Nella realizzazione illustrata, un dispositivo 10 di onde sonore include un trasduttore 12 di onde sonore, che può essere a forma di tronco di cono con un asse 14 di simmetria {asse di rotazione di simmetria). Il volume interno del dispositivo 10 di generazione di onde sonore può essere riempito con un fluido 16 di propagazione. Una lente 18 di convergenza può essere disposta rispetto ad un trasduttore 12 così da far convergere un'onda sonora che emana dal trasduttore 12 verso un punto 22 focale, che può giacere sull'asse 14 di simmetria. La lente 18 è atta a soddisfare la condizione che le onde generate dal trasduttore vengono fatte convergere sul punto 22 focale. Tale adattamento è una funzione delle velocità di propagazione dell'onda relative nel materiale della lente 18 e del fluido 16 di propagazione.

Il dispositivo 10 di generazione delle onde sonore a forma di cono mostrato in fig. 1 è a livello esemplificativo e non limitativo ed è noto che il presente trovato non è limitato al dispositivo a forma di cono e può essere realizzato ugualmente con altre forme.

La faccia di estremità del dispositivo 10 di onde sonore nella direzione del punto 22 focale può essere coperta con una membrana 20. Un dispositivo 10 di onde sonore può essere posto contro o vicino ad un bersaglio 24 che si desidera sottoporre a trattamento . Onde sonore 15 generate dal trasduttore 12 possono propagarsi verso il punto 22 focale posto sull'obiettivo 24 attraverso la lente 18 di convergenza, il fluido 16 di propagazione, ed attraverso la membrana 20. Il trasduttore 12 di onde sonore presenta un bordo interno definito facendo ruotare una curva (ad esempio, la linea sghemba sul bordo del cono) attorno all'asse 12 di rotazione di simmetria, in cui la curva e l'onda acustica 15 non sono parallele all'asse 14 di rotazione di simmetria .

Onde acustiche possono essere generate in una varietà di modi. Nella realizzazione non limitativa di fig. 1, il trasduttore 12 è un trasduttore d'area, come un trasduttore troncoconico. Il trasduttore d'area comprende un elemento 18 elettrico, come un avvolgimento o una pluralità di segmenti corti di un avvolgimento elettricamente connessi in parallelo, montati su una superficie interna di un supporto 3 0 tronco conico . Una membrana 32 conduttrice è conformata per adattarsi al bordo interno del supporto 30 conico ed è disposta sull'elemento 28 elettrico. L'elemento 28 elettrico è atto a spostare (ad esempio respingere o far vibrare) una membrana 32 all'interno rispetto al supporto 30 conico. Onde acustiche generate in questo modo si propagheranno in una direzione verso l'interno rispetto al bordo del trasduttore 12 in una parte del liquido 16 di propagazione disposta fra la membrana 32 e la lente 18 di convergenza. Le onde generate in questa maniera attraverseranno la lente 18 e verranno fatte convergere verso il punto 22 focale nel bersaglio 24.

È noto che le lenti di convergenza della tecnica anteriore sono sostanzialmente perpendicolari all'asse di simmetria. Al contrario, nel presente trovato, la lente 18 di convergenza almeno parzialmente (o completamente) circoscrive l'asse 14 di rotazione ed ha un bordo interno che definisce un volume 25 interno, che è assialsimmetrico rispetto all'asse 14 ed almeno parzialmente riempito con il liquido 16 di propagazione. Un volume 23 esterno definito dallo spazio fra il bordo esterno della lente 18 di convergenza e l'elemento trasduttore vibrante (ad esempio, la membrana 32) è almeno parzialmente riempito di liquido 16 di propagazione .

In termini matematici, la membrana 32 può comprendere una membrana conduttrice assìalsimmetrica non piana (assìalsimmetrica rispetto all'asse 14 di simmetria) ottenuta ruotando un segmento 34 di membrana attorno ad un asse di rotazione {l'asse 14) che interseca il punto 22 focale verso il quale le onde sonore saranno indirizzate. La superficie conduttrice della membrana è monotona (crescendo in maniera monotona nella direzione dell'asse 14 come una decresce ulteriormente in senso radiale dall'asse 14). La distanza da un punto qualsiasi della membrana ad un piano 26 perpendicolare all'asse di rotazione (l'asse 14) ed intersecante il punto 22 focale è inversamente proporzionale alla distanza di quel punto della membrana dall'asse di rotazione (l'asse 14).

La lente 18 può comprendere una superficie di lente acustica assialsimmetrica ottenuta ruotando un segmento 36 in sezione trasversale della lente attorno all'asse di rotazione (l'asse 14). Il segmento 36 in sezione trasversale della lente è determinato dalle velocità relative di propagazione nel materiale della lente acustica e nel lìquido dì propagazione soggetto al requisito che le onde prodotte dalla membrana vibrante siano fatte convergere dalla lente sulla regione focale. Il segmento 36 in sezione trasversale della lente è generalmente concava affacciandosi verso l'asse 14 dal momento che la velocità di propagazione della lente 18 è maggiore di quella del liquido 16 di propagazione. Ad esempio, la forma della lente 18 (ed del segmento 36 in sezione trasversale della lente) che si affaccia all'asse 14 può essere concava e la faccia opposta può essere dritta o concava affacciandosi verso la superficie interna del supporto 30 conico.

Un dispositivo 38 di visualizzazione, come ma non limitato a, una sonda a raggi X o una sonda ultrasonica, può essere posto in un foro 40 lungo l'asse 14 di simmetria per visualizzare il punto 22 focale nel bersaglio 24. Una guarnizione 42 anulare o un'altra chiusura ermetica adatta possono essere utilizzate per chiudere ermeticamente il dispositivo 38 di visualizzazione rispetto al volume 25 interno.

Si fa ora riferimento alla fig. 2, che illustra un dispositivo 50 di onde sonore costruito e funzionante in conformità di una realizzazione del presente trovato. Il dispositivo 50 di onde sonore è costruttivamente simile al dispositivo 10 di onde sonore, con elementi simili che sono indicati da numeri simili. Il dispositivo 50 di onde sonore differisce dal dispositivo 10 di onde sonore per la maniera in cui vengono generate le onde sonore. Nella realizzazione non limitativa illustrata, un elettrodo 53 a superficie conduttrice può essere montato sul bordo interno del trasduttore 30 conico. Un isolante 54 perforato può almeno in parte coprire l'elettrodo 52 di superficie, è può essere incastrato fra l'elettrodo 52 di superficie ed un elettrodo 56 di ritorno. Una molteplicità di correnti elettriche può fluire attraverso le perforazioni dell'isolante 54 perforato, che da vita a sorgenti a punto di energia ultrasonica nella forma di onde sferiche che emanano dalle perforazioni. La lente 18 di convergenza può far convergere l'energia delle onde al punto 22 focale come descritto in precedenza .

Di fa ora riferimento alla fig. 3. Invece del trasduttore di area con avvolgimento mostrato in fig. 1 ed invece degli elettrodi di fig. 2, un trasduttore differente può essere utilizzato per produrre onde d'urto. Ad esempio, un pluralità di trasduttori 60 piezoelettrici o magnetostrittivi può essere montata su un supporto (ad esempio, i1 supporto 30 conico) e genera onde che possono essere fatte convergere da una lente acustica, come la lente 18 descritta in precedenza. I trasduttori piezoelettrici per generare onde d'urto sono commercialmente disponibili presso molti produttori, come la Physik Instrumente (PI) Gmbh a Karlsruhe/Palmbach, in Germania. Trasduttori magnetostrittivi possono essere costruiti con materiali intelligenti come il Terfenol-D, commercialmente disponibile, ad esempio, presso la Etrema Products, Ine., ad Ames, Iowa. Terfenol-D sta per Terbio (TER), ferro (FE), Laboratori della Marina Militare (NOL), e Disprosio {-D) ed ha la magnetostrizione alla temperatura ideale maggiore di un qualsiasi materiale noto. Sarà apprezzato dalla persone esperte nella tecnica che il presente trovato non è limitato a quanto è stato mostrato in particolare e descritto in precedenza. Piuttosto, l'ambito del presente trovato include entrambe le combinazioni e sotto-combinazioni delle varie caratteristiche descritte in precedenza, così come varianti e modifiche di esso che non si trovano nella tecnica anteriore, che potrebbero presentarsi alle persone esperte nella tecnica alla lettura della precedente descrizione.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1 .Dispositivo di onde sonore comprendente: un trasduttore di onde sonore atto a generare un'onda sonora in un liquido di propagazione, detto trasduttore di onda sonora presentando un bordo interno definito ruotando una curva attorno ad un asse di rotazione di simmetria, in cui la curva e l'onda sonora non sono parallele all'asse di rotazione dì simmetria; e una lente di convergenza disposta rispetto a detto trasduttore di onda sonora in modo da far convergere l'onda sonora che emana dal trasduttore di onda sonora ad un punto focale.
2. 2. Dispositivo di onde sonore in conformità della rivendicazione 1, in cui detta lente di convergenza presenta un bordo interno che definisce un volume interno assialsimmetrico attorno all'asse di rotazione di simmetria ed almeno parzialmente riempito con il liquido di propagazione, in cui un volume esterno definito fra un bordo esterno di detta lente dì convergenza e detto trasduttore di onde sonore è almeno parzialmente riempito con il liquido di propagazione, i volumi interno ed esterno essendo separati da una membrana.
3. 3. Dispositivo di onde sonore in conformità della rivendicazione 1 , in cui detto punto focale giace sull'asse di rotazione di simmetria.
4. 4.Dispositivo di onde sonore in conformità della rivendicazione 1, in cui detto trasduttore dì onde sonore è a forma di tronco di cono.
5. 5 .Dispositivo di onde sonore in conformità della rivendicazione 1, in cui detto trasduttore di onde sonore comprende un elemento elettrico montato su una superficie interna di un supporto conico, ed una membrana conduttrice conformata per adattarsi alla superficie interna di detto supporto conico e disposta su detto elemento elettrico, detto elemento elettrico essendo atto a spostare detta membrana all'interno rispetto a detto supporto conico così da generare onde sonore che si propagano in una direzione interna rispetto a detto supporto conico in una parte del liquido di propagazione disposto fra detta membrana e detta lente di convergenza, dette onde attraversando detta lente di convergenza ed essendo fatte convergere verso detto punto focale.
6. 6. Dispositivo di onde sonore in conformità della rivendicazione 5, in cui detto elemento elettrico comprende un avvolgimento elettrico.
7. 7. Dispositivo di onde sonore in conformità della rivendicazione 5, in cui detto elemento elettrico comprende una pluralità di segmenti di avvolgimento elettricamente connessi in parallelo.
8. 8. Dispositivo di onde sonore in conformità della rivendicazione 1, in cui detta lente di convergenza risulta concava affacciandosi a detto asse di simmetria.
9. 9.Dispositivo di onde sonore in conformità della rivendicazione 1, in cui detto trasduttore di onde sonore comprende un elettrodo a superficie conduttrice montato su un bordo interno di un trasduttore conico, ed in cui un isolante perforato copre almeno in parte detto elettrodo di superficie ed è incastrato fra detto elettrodo di superficie ed un elettrodo di ritorno, in cui una molteplicità di correnti elettriche scorre attraverso le perforazioni di detto isolante perforato.
10. 10. Dispositivo dì onde sonore in conformità della rivendicazione 1, in cui detto trasduttore di onde sonore comprende un trasduttore piezoelettrico.
11. 11. Dispositivo di onde sonore in conformità della rivendicazione 1, in cui detto trasduttore di onde sonore comprende un trasduttore magnetostrittivo.