RU2333023C2 - Пьезоэлемент для фокусирующего ультразвукового излучателя - Google Patents
Пьезоэлемент для фокусирующего ультразвукового излучателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2333023C2 RU2333023C2 RU2006124170/14A RU2006124170A RU2333023C2 RU 2333023 C2 RU2333023 C2 RU 2333023C2 RU 2006124170/14 A RU2006124170/14 A RU 2006124170/14A RU 2006124170 A RU2006124170 A RU 2006124170A RU 2333023 C2 RU2333023 C2 RU 2333023C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- diameter
- spherical
- piezoelement
- thickness
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицинской технике, в частности для применения в ингаляторах. Пьезоэлемент для фокусирующего ультразвукового излучателя выполнен из пьезокерамики в виде части сферической оболочки с углом раскрытия до 180°. В вершине части сферической оболочки пьезоэлемента выполнен плоский участок, толщина которого совпадает с толщиной части сферической оболочки, а соотношение диаметра плоского участка и диаметра части сферической оболочки составляет 15-25% для обеспечения максимального акустического давления в фокальном пятне на резонансной частоте. Использование изобретения позволяет эффективно фокусировать акустическое излучение в зоне геометрического фокуса пьезоэлемента. 7 ил.
Description
Изобретение относится к медицинской технике, в частности к ингаляторам, к медицинской диагностике и т.д.
Известно применение пьезоэлектрического фокусирующего излучателя ультразвука, выполненного в виде чаши, соединенного с генератором переменного напряжения ультразвуковой частоты, в устройстве для воздействия ультразвуком на внутренние участки организма человека (патент Ru №2086178, МПК А61В 8/00, А61В 17/225). При этом фокусирующий излучатель ультразвука выполнен с постоянным фокусным расстоянием при переменной толщине пьезоэлемента, причем отношение его максимальной толщины к минимальной равно 1,01-1,15, а генератор переменного напряжения ультразвуковой частоты выполнен с возможностью регулирования по частоте с соотношением максимальной частоты к минимальной в диапазоне 0,01-1,15. Технический результат: расширение возможности повышения дозы ультразвуковой энергии в пределах онкологически пораженных участков биологической ткани. Недостатком данного изобретения является жесткое требование к соотношению толщин пьезоэлемента, которые невозможно обеспечить при высокотемпературных обработках керамики.
В ультразвуковом устройстве для визуализации и исследования состояния структур (заявка Ru №96112975, МПК А61В 8/14 приоритет от 27.06.1996 г.) для фокусировки акустического излучения используется фокусирующая линза, выполненная из материалов с равными акустическими импедансами. Недостатком данного решения является применение дополнительных устройств в виде акустических линз, которые сильно удорожают и усложняют устройство фокусировки акустического излучения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является пат. RU №2139745, МПК А61N 7/00.
Устройство для воздействия ультразвуком на внутренние участки организма человека, содержащее фокусирующий пьезоэлектрический излучатель ультразвука, выполненный в виде чаши, толщина и радиус кривизны которой изменяются в зависимости от угла раскрытия, причем максимальное отношение радиуса кривизны к минимальному равно 2, а отношение максимальной толщины пьезоэлемента к минимальной равно 1,01-1,2.
Недостатком данного устройства является сложная форма пьезоэлемента, которую сложно воспроизвести и сохранить в технологическом процессе его изготовления во время высокотемпературных обработок. Если пьезоэлемент изготавливать с помощью механической обработки, он получится очень дорогим. Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в эффективной фокусировке акустического излучения в зоне геометрического фокуса пьезоэлемента, имеющего форму сферической оболочки, и в увеличении акустической энергии в фокальном пятне. Поставленная задача решается с помощью пьезоэлемента для фокусирующего ультразвукового излучателя, выполненного из пьезокерамики в виде части сферической оболочки с углом раскрытия до 180°, характеризующегося тем, что в вершине части сферической оболочки пьезоэлемента выполнен плоский участок, толщина которого совпадает с толщиной части сферической оболочки, а соотношение диаметра плоского участка и диаметра части сферической оболочки составляет 15-25% для обеспечения максимального акустического давления в фокальном пятне на резонансной частоте.
Достижение технического результата проводилось за счет оптимизации геометрической формы пьезоэлемента с помощью математического моделирования с использованием программы ANSYS. Для работы была создана программа Men Water lien. txt, которая применяется для расчета характеристик ультразвукового излучения в жидкости и определения параметров фокального пятна.
Рассмотрены и рассчитаны математические модели пьезокерамических фокусирующих излучателей и зависимость акустического давления в фокальной области от формы пьезоэлемента.
Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что в вершине части сферической оболочки пьезоэлемента выполнен плоский участок, толщина которого совпадает с толщиной части сферической оболочки, а соотношение диаметра плоского участка и диаметра части чферической оболочки составляет 15-25% для обеспечения максимального акустического давления в фокальном пятне на резонансной частоте.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в эффективной фокусировке акустического излучения в зоне геометрического фокуса пьезоэлемента, имеющего форму сферической оболочки, и в увеличении акустической энергии в фокальном пятне. Таким образом, появляется новое техническое средство для достижения технического результата.
Изобретение поясняется фиг.1-7, полученными при математическом моделировании пьезоэлемента с различными размерами плоского участка в вершине сферического пьезоэлемента. Расчет показывает, что максимальное акустическое давление в фокальном пятне на резонансной частоте наблюдается при соотношении диаметра плоской части и диаметра сферической части пьезоэлемента 15-25%. При увеличении диаметра плоской части до 60% и более пьезоэлемент излучает параллельный акустический пучок с малой расходимостью.
На фиг.1 показан результат математического моделирования акустического излучения на резонансной частоте сферическим пьезоэлементом. Акустическое давление в фокальной зоне 12,5 МПа.
На фиг.2 показан результат математического моделирования модуля давления акустического излучения на резонансной частоте сферическим пьезоэлементом с плоской частью в вершине, диаметр которой равен 1 мм или ≈5% от диаметра его сферической части. Акустическое давление в фокальной зоне 40,2 МПа.
На фиг.3 показан результат математического моделирования модуля давления акустического излучения на резонансной частоте сферическим пьезоэлементом с плоской частью, размер которой равен 3 мм или ≈16% от радиуса кривизны его сферической части. Акустическое давление в фокальной зоне - 47,2 МПа.
На фиг.4 показан результат математического моделирования модуля давления акустического излучения на резонансной частоте сферическим пьезоэлементом с плоской частью, размер которой равен 11 мм или ≈61% от диаметра его сферической части. Акустическое давление в фокальной зоне - 11,9 МПа.
На фиг.5 показана зависимость уровня акустического давления в фокальной зоне сферического пьезоэлемента на резонансной частоте fr=2,64 МГц в зависимости от диаметра плоского участка.
Параметры фокального пятна: акустическое давление, интенсивность звуковых колебаний и их энергия зависят от частоты приложенного к пьезоэлементу переменного напряжения и соотношения размеров плоского участка и радиуса кривизны сферической части пьезоэлемента.
Анализ фиг.1-6 показывает, что наибольшее акустическое давление в фокальной зоне сферического пьезоэлемента достигается при наличии в вершине пьезоэлемента плоского участка, размер которой составляет 15-25% от диаметра сферической части.
Пример функционирования пьезоэлемента.
Внешний вид пьезоэлемента с плоской частью изображен на фиг.6. На фиг.7 показан разрез пьезоэлемента, где 1 - сферическая часть пьезоэлемента диаметром ⌀, 2 - плоский участок, d - диаметр плоского участка, R1,2 - радиусы кривизны сферической части пьезоэлемента.
Функционирование пьезоэлемента с соотношением d/⌀~22% подтверждается при его возбуждении переменным напряжением от генератора в составе медицинского ингалятора.
Скорость испарения жидкости (воды) таким пьезоэлементом превосходит скорость испарения жидкости сферическим пьезоэлементом без плоской части в 1,3 раза. Это свидетельствует о более эффективной фокусировке акустического излучения пьезоэлементом с плоской частью и обеспечивает технический результат.
Claims (1)
- Пьезоэлемент для фокусирующего ультразвукового излучателя, выполненный из пьезокерамики в виде части сферической оболочки с углом раскрытия до 180°, отличающийся тем, что в вершине части сферической оболочки пьезоэлемента выполнен плоский участок, толщина которого совпадает с толщиной части сферической оболочки, а соотношение диаметра плоского участка и диаметра части сферической оболочки составляет 15-25% для обеспечения максимального акустического давления в фокальном пятне на резонансной частоте.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124170/14A RU2333023C2 (ru) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | Пьезоэлемент для фокусирующего ультразвукового излучателя |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124170/14A RU2333023C2 (ru) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | Пьезоэлемент для фокусирующего ультразвукового излучателя |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006124170A RU2006124170A (ru) | 2008-01-20 |
| RU2333023C2 true RU2333023C2 (ru) | 2008-09-10 |
Family
ID=39108164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006124170/14A RU2333023C2 (ru) | 2006-07-06 | 2006-07-06 | Пьезоэлемент для фокусирующего ультразвукового излучателя |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2333023C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553496C2 (ru) * | 2009-11-09 | 2015-06-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования |
-
2006
- 2006-07-06 RU RU2006124170/14A patent/RU2333023C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Применение ультразвука в медицине. Физические основы. Под ред. К.ХИЛЛА. - М.: Мир, 1989, с.60-90. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2553496C2 (ru) * | 2009-11-09 | 2015-06-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006124170A (ru) | 2008-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20180317950A1 (en) | Ultrasonic transducer assembly | |
| US10245449B2 (en) | Systems and methods for coupling an ultrasound source to tissue | |
| JP6749108B2 (ja) | ヒト表面組織の制御された熱処理のための方法およびシステム | |
| KR102068728B1 (ko) | 초음파 치료를 위한 방법 및 시스템 | |
| US8257282B2 (en) | Pressure pulse/shock wave apparatus for generating waves having plane, nearly plane, convergent off target or divergent characteristics | |
| CA2718440C (en) | Patterned ultrasonic transducers | |
| JP6078343B2 (ja) | 高周波数衝撃波を発生させるための装置およびシステム、ならびに使用方法 | |
| US20040162508A1 (en) | Shock wave therapy method and device | |
| US20170209201A1 (en) | Ultrasound treatment device and methods of use | |
| JP2008522783A (ja) | 可変な焦点領域を有する超音波医療機器 | |
| JP5619827B2 (ja) | 組織治癒用途における音波モードの制御 | |
| KR20160100946A (ko) | 조직 처리 장치 동작 방법 및 조직 처리 장치 | |
| KR20140047709A (ko) | 조직에 초음파원을 연결하는 시스템 및 방법 | |
| US20090216128A1 (en) | Broadband Ultrasonic Probe | |
| CN115227992A (zh) | 多频超声换能器 | |
| DK2152367T3 (en) | SYSTEM FOR COMBINED ENERGY THERAPY PROFILE | |
| RU2333023C2 (ru) | Пьезоэлемент для фокусирующего ультразвукового излучателя | |
| Dalecki et al. | Thresholds for intestinal hemorrhage in mice exposed to a piezoelectric lithotripter | |
| JP2012005602A (ja) | 超音波照射装置 | |
| US20240366467A1 (en) | Device for Deflecting and Focusing Shock Waves; Use of a Device for Deflecting and Focusing Shock Waves; Method for Focusing and Deflecting a Shock Wave | |
| RU28605U1 (ru) | Нейрохирургическое ультразвуковое устройство | |
| Roy et al. | A high frequency CMUT ring array for small spot size HIFU | |
| KR200474381Y1 (ko) | 초음파치료기용 주사안내구 | |
| RU2086178C1 (ru) | Устройство для воздействия ультразвуком на внутренние участки организма человека | |
| JP6084100B2 (ja) | 超音波処置装置 |