專利名稱：一種超聲換能器及包含該超聲換能器的超聲波治療系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于超聲波治療技術領域，具體涉及一種超聲換能器及包含該超聲換能器的超聲波治療系統(tǒng)。
背景技術：
高強度超聲治療技術是近年來發(fā)展起來的一種實用臨床超聲治療技術，應用該技術的設備主要是高強度超聲換能器，由于超聲換能器(一般采用壓電陶瓷換能器)輸出的能量大，產(chǎn)生的熱量多，內(nèi)部的溫度高，使其輸出的穩(wěn)定性差，甚至因溫度超過其材料的居里溫度而喪失超聲發(fā)射能力。
目前國內(nèi)外的高強度超聲換能器形式多樣，如透鏡式聚焦換能器、凹球面自聚焦壓電陶瓷片換能器、平板壓電陶瓷片球面布置換能器以及平板壓電陶瓷片平面布置相控聚焦換能器等，這些超聲換能器的冷卻方式，有的僅憑聲發(fā)射面散熱，有的通過設置金屬管道穿過超聲換能器通過水或氣體散熱，這些降溫方法效率低，無法帶走超聲換能器工作時產(chǎn)生的大量熱量，在大于最大標稱功率的高熱量環(huán)境下工作時，由于壓電陶瓷片發(fā)熱迅速，導致壓電陶瓷片參數(shù)變化，發(fā)熱加快，聲功率輸出快速下降，甚至導致整個超聲換能器損壞。因此，為了保證超聲換能器能穩(wěn)定工作，一般情況下，超聲換能器通常不得不在降低額定功率的條件下使用，或者先連續(xù)使用一段時間，待其冷卻后再繼續(xù)使用，從而影響了治療效果，延長了治療時間，同時也縮短了超聲換能器的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種能夠在高功率輸出條件下長時間、連續(xù)穩(wěn)定工作的超聲換能器及超聲波治療系統(tǒng)。
解決本發(fā)明技術問題所采用的技術方案是該超聲換能器包括外殼，外殼內(nèi)有超聲波發(fā)射單元，其中，外殼內(nèi)還有超聲波發(fā)射單元的冷卻單元。所述冷卻單元包括超聲波發(fā)射單元下方的儲冷片、制冷片、散熱片，制冷片位于儲冷片和散熱片之間，制冷片的制冷面與儲冷片貼合，制冷片的另一面即散熱面與散熱片貼合。
優(yōu)選的是，所述冷卻單元還可包括有水循環(huán)單元，該水循環(huán)單元包括進水管和排水管，進水管和排水管穿過外殼與外界水循環(huán)系統(tǒng)相連通。
進一步優(yōu)選的是，該超聲換能器還可包括有冷卻單元的控制單元，該控制單元包括位于儲冷片和超聲波發(fā)射單元之間的溫度傳感器、與溫度傳感器相連的預放大器、與制冷片相連的第一比較器以及與超聲波發(fā)射單元相連的第二比較器，第一比較器和第二比較器分別與預放大器相連。在該智能控制單元中設定有一既定較低溫度值，當溫度傳感器測量到溫度達到既定較低設定值時，智能控制單元會啟動制冷片工作。同時，為了防止因溫度過高對超聲發(fā)射單元造成損傷，本發(fā)明控制單元中還可設定有一既定較高溫度值，當溫度傳感器測量到溫度達到所述既定較高設定值時，在控制單元的控制下，超聲波發(fā)射單元停止工作。
為了加強超聲波發(fā)射單元所產(chǎn)生熱量的循環(huán)，使超聲波發(fā)射單元與儲冷片之間能充分進行熱交換，儲冷片的上方和/或其間隙間還可置有多個散熱風扇。
為了防止散熱片溫度過高(會損壞電路的信號線)以及儲冷片和散熱片之間進行熱交換，儲冷片與散熱片之間和/或散熱片的孔柱周圍有隔熱層。
為了防止儲冷片溫度降低時出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，各儲冷片的間隙內(nèi)還可置有干燥劑。
為了方便本發(fā)明超聲換能器與成像監(jiān)控設備結(jié)合使用，在外殼底面的中部和超聲波發(fā)射單元的中部可開有成像監(jiān)控設備通過的孔路。成像監(jiān)控設備優(yōu)選B超探頭。
本發(fā)明還提供一種包含上述超聲換能器的超聲波治療系統(tǒng)，該超聲波治療系統(tǒng)的其他部分結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術中相同。
使用本發(fā)明治療系統(tǒng)時，冷卻單元能夠迅速帶走超聲波發(fā)射單元所產(chǎn)生的熱量，在采用控制單元的基礎上，整個超聲波發(fā)射單元能夠在高功率輸出條件下長時間、穩(wěn)定的工作，且還有超溫控制功能，在溫度過高時，超聲波發(fā)射單元停止工作，保證了超聲換能器不受損傷，因此本發(fā)明治療系統(tǒng)較現(xiàn)有超聲波治療系統(tǒng)治療效果好，同時縮短了治療時間，減輕了病人的痛苦。


圖1為本發(fā)明實施例1中超聲換能器的結(jié)構(gòu)剖視2為本發(fā)明實施例1中超聲換能器的俯視3為本發(fā)明實施例2中超聲換能器的結(jié)構(gòu)剖視4為本發(fā)明實施例2中控制單元的結(jié)構(gòu)框中1-壓電陶瓷片 2-風扇 3-儲冷片 4-制冷片 5-散熱片 6-進水管 7-控制單元 71-預放大器 72-第一比較器 73-第二比較器 8-隔熱層 9-溫度傳感器 10-聚焦單元 11-干燥劑 12-排水管 13-導線管 14-外殼 15-孔路具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明內(nèi)容作進一步詳細描述。
以下實施例為本發(fā)明的非限定性實施例。
實施例1如圖1、2所示，本發(fā)明超聲換能器包括外殼14，外殼14的上部為超聲波發(fā)射單元、外殼14內(nèi)有用于冷卻超聲波發(fā)射單元的冷卻單元，冷卻單元位于超聲波發(fā)射單元的下方。本實施例中，超聲波發(fā)射單元包括壓電陶瓷片1和其上的聚焦單元10。聚焦單元10采用透鏡，利用透鏡折射方式進行超聲波聚焦。
如圖2所示，外殼14底面的中部和超聲波發(fā)射單元的中部有成像監(jiān)控設備可以通過的孔路15，本實施例中，成像監(jiān)控設備采用B超探頭。
冷卻單元以螺釘或粘接的方式固定到外殼14的側(cè)壁上。冷卻單元包括儲冷片3、制冷片4、散熱片5、水循環(huán)管路(即進水管6和排水管12)。其中，制冷片4采用半導體制冷片。儲冷片3位于壓電陶瓷片1下方，半導體制冷片4位于儲冷片3與散熱片5之間，三者緊貼半導體制冷片4的熱面與散熱片5緊貼，半導體制冷片4的制冷面與儲冷片3緊貼，接觸面均勻的涂上導熱硅脂，以螺釘壓緊。進水管6和排水管12的兩端穿過外殼14與外界水循環(huán)系統(tǒng)相連通。排水管12外接小水泵(圖中未示出)，以方便在使用的時候冷水進入、熱水流出。
在儲冷片3上方均勻分布有2-4個散熱風扇2。
同時，散熱片5與儲冷片3間的間隙以隔熱層8填充，該隔熱層8采用石棉、泡沫聚笨乙烯等材料，防止儲冷片3與散熱片5間產(chǎn)生熱交換。另外，在儲冷片3的間隙中放置有少量干燥劑11(以不影響空氣流動為前提)，用以防止儲冷片3溫度降低時出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。
采用上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明超聲換能器可以對壓電陶瓷片1所產(chǎn)生的熱量進行冷卻循環(huán)。
在使用本發(fā)明超聲換能器時，首先將其放置在冷卻水中，給壓電陶瓷片1、風扇2、半導體制冷片4提供電信號，使其開始工作，壓電陶瓷片1發(fā)射超聲波并通過透鏡進行聚焦，在產(chǎn)生超聲波的過程中所產(chǎn)生的熱量傳遞給儲冷片3，儲冷片3通過制冷片4將熱量傳輸給散熱片5，進水管6中的冷卻水遇熱迅速升溫，通過排水管12將加熱后的水排出。
在整個超聲換能器工作過程中，風扇2持續(xù)工作使壓電陶瓷片1與儲冷片3間進行充分的熱交換，以便迅速將壓電陶瓷片1的熱能散發(fā)出去，從而使壓電陶瓷片1工作在正常的溫度范圍內(nèi)。同時，隔熱層8、干燥劑11的使用也使得超聲換能器整個的工作過程更加有效。
實施例2如圖3所示，本實施例超聲換能器與實施例1相比增加了控制單元7。
如圖3、4所示，控制單元7包括位于儲冷片3和超聲波發(fā)射單元之間的溫度傳感器9、與溫度傳感器9相連的預放大器71、與制冷片4相連的第一比較器72以及與超聲波發(fā)射單元相連的第二比較器73，第一比較器72和第二比較器73分別與預放大器71相連。
其中，溫度傳感器9是以粘接的方式固定到儲冷片3和超聲波發(fā)射單元的間隙內(nèi)。冷卻單元內(nèi)還有穿過外殼14與大氣相連的導線管13，壓電陶瓷片1、風扇2、制冷片4、溫度傳感器9的信號線都通過導線管13引到超聲換能器外部的控制單元7上，同時所有信號線都外裹絕熱材料以防止散熱片5溫度高時會損壞信號線。此外，散熱片5與儲冷片3之間以隔熱層8填充也可以防止損壞信號線。
智能控制單元7可用計算機軟件、電子線路的方式來實現(xiàn)對超聲換能器的控制的。第一比較器72中設置有一既定較低溫度值，第二比較器73中設置有一既定較高溫度值，由于預放大器71與溫度傳感器9相連，第一比較器72兩端分別與預放大器71和半導體制冷片4相連，第二比較器73兩端分別與預放大器71和超聲波發(fā)射單元中的壓電陶瓷片1相連，由第一比較器72比較溫度傳感器9測量到的溫度是否達到既定較低設定值，若達到，則智能控制單元7啟動半導體制冷片4工作，第二比較器73比較溫度傳感器9測量到的溫度是否達到既定較高設定值，若達到，則在控制單元7的控制下，超聲波發(fā)射單元停止工作，對本發(fā)明超聲換能器進行保護。
所述溫度的既定較低設定值一般為70℃以上，所述溫度的既定較高設定值一般為所用壓電材料(比如壓電陶瓷片)居里溫度的20％以下(達到居里溫度后壓電陶瓷片將不會有壓電效應，也就不能夠產(chǎn)生超聲波)，因此一般情況下保守設置為所用壓電材料居里溫度的20％以下，具體的溫度設定值可以根據(jù)使用環(huán)境等因素由用戶自己設置。
當所述控制單元7采用電子線路的方式工作時，控制單元7可以固定在超聲換能器的內(nèi)部也可固定在超聲換能器的外部，當所述智能控制單元采用軟件的方式進行設計時，所述控制單元7位于超聲換能器的外部，為了方便與外部的計算機等設備進行連接，在超聲換能器的底部還有具有封水功能的過線孔，柔性導線管13通過該過線孔水密封，以防止冷卻水進入超聲換能器內(nèi)(水導電會產(chǎn)生觸電的危險)，同時，若冷卻水進入超聲換能器，也會造成對其內(nèi)各部件的水腐蝕，影響各部件的壽命。過線孔上包裹有柔性材料，這樣柔性導線管13和其水密封連接后，不管導線管位置如何移動，也不會造成對導線的磨損，保護導線不會被損壞。
本實施例在實施例1的基礎上進行了智能化設計，增加了控制單元7，因此本發(fā)明的冷卻單元不但能夠迅速的降低超聲換能器內(nèi)的溫度，而且工作人員也不必擔心壓電陶瓷片1因為長時間工作而降低性能或損壞，從而能夠提高治療效果、縮短治療時間。
本實施例其他的工作過程與實施例1相同。
權利要求
1.一種超聲換能器，包括外殼(14)，外殼內(nèi)有超聲波發(fā)射單元，其特征在于外殼(14)內(nèi)還有超聲波發(fā)射單元的冷卻單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲換能器，其特征在于所述冷卻單元包括超聲波發(fā)射單元下方的儲冷片(3)、制冷片(4)、散熱片(5)，制冷片(4)位于儲冷片(3)和散熱片(5)之間，制冷片(4)的制冷面與儲冷片(3)貼合，制冷片(4)的另一面即散熱面與散熱片(5)貼合。
3.根據(jù)權利要求2所述的超聲換能器，其特征在于所述冷卻單元還包括有水循環(huán)單元，該水循環(huán)單元包括進水管(6)和排水管(12)，進水管和排水管穿過外殼(14)與外界水循環(huán)系統(tǒng)相連通。
4.根據(jù)權利要求2所述的超聲換能器，其特征在于儲冷片(3)的上方和/或其間隙間有散熱風扇(2)。
5.根據(jù)權利要求2所述的超聲換能器，其特征在于儲冷片(3)與散熱片(5)之間和/或散熱片(5)的孔柱周圍有隔熱層(8)。
6.根據(jù)權利要求2所述的超聲換能器，其特征在于各儲冷片(3)的間隙內(nèi)置有干燥劑(11)。
7.根據(jù)權利要求2所述的超聲換能器，其特征在于外殼(14)底面的中部和超聲波發(fā)射單元的中部有成像監(jiān)控設備可以通過的孔路(15)。
8.根據(jù)權利要求2-7之一所述的超聲換能器，其特征在于該超聲換能器中還包括有冷卻單元的控制單元(7)，該控制單元包括位于儲冷片(3)和超聲波發(fā)射單元之間的溫度傳感器(9)、與溫度傳感器(9)相連的預放大器(71)、與制冷片(4)相連的第一比較器(72)，第一比較器(72)與預放大器相連。
9.根據(jù)權利要求8所述的超聲換能器，其特征在于冷卻單元的控制單元(7)還包括有與超聲波發(fā)射單元相連的第二比較器(73)，第二比較器(73)又與預放大器相連。
10.一種包含權利要求1-9所述超聲換能器的超聲波治療系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明屬于超聲波治療技術領域，具體涉及一種超聲換能器及包含該超聲換能器的超聲波治療系統(tǒng)。該超聲換能器包括外殼，外殼內(nèi)有超聲波發(fā)射單元，其中，外殼內(nèi)還有超聲波發(fā)射單元的冷卻單元。所述冷卻單元包括超聲波發(fā)射單元下方的儲冷片、制冷片、散熱片，制冷片位于儲冷片和散熱片之間，制冷片的制冷面與儲冷片貼合，制冷片的另一面即散熱面與散熱片貼合。本發(fā)明還提供了一種包含有上述超聲換能器的超聲波治療系統(tǒng)。本發(fā)明超聲換能器能夠在高功率輸出條件下長時間、連續(xù)穩(wěn)定工作，其治療效果好，同時縮短了治療時間。
文檔編號A61N7/00GK1990061SQ200510137439
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權日2005年12月30日
發(fā)明者王芷龍, 胡政, 林濤, 李三勇, 王智彪 申請人:重慶海扶(Hifu)技術有限公司