本發(fā)明涉及一種帶立體成像探頭的雙曲面條狀功率超聲裝置，屬于醫(yī)療器械技術領域。

背景技術：

功率超聲在醫(yī)療領域的應用，常見的一種方式就是從人體外向人體內(nèi)發(fā)射聚焦功率超聲波，在人體內(nèi)特定區(qū)域形成較大的能量聚集而改變該區(qū)域內(nèi)的組織生物特性，實現(xiàn)治療疾病的目的。其中的超聲換能器用于將電能轉換成聲能并發(fā)射到人體中，當前常用的超聲換能器一般采用單個換能器、多個換能器陣列、數(shù)百個換能器陣列等組成形式。不管是何種方式，基本都采用球冠形狀，在球冠底部中心位置設有通孔放置成像引導超聲探頭。

球冠狀超聲換能器與人體接觸的時候，底部與人體表面有一定距離，在治療前使用成像探頭時需要將成像探頭伸出一段距離盡量縮短與人體間距離，進行治療時，為了不擋住功率超聲，成像探頭要縮回來，與靶區(qū)距離加大，影響實時觀察效果，本發(fā)明所述凹型結構可以和人體貼合，成像探頭不用伸出縮回。

對于多個換能器陣列、數(shù)百個換能器陣列，當采用球冠狀的排列方式時，其中的單個換能器一般采用圓形、多邊形、梯形等形狀。這些形狀的換能器在使用相控陣控制電路進行聲束電子偏轉時，其可實現(xiàn)360度全向偏轉，但因其在每個方向上的尺寸均比較大，依據(jù)聲學一般原理，其在每個方向上的可偏轉角度均比較小，影響了實用性。本發(fā)明所述凹形結構采用了以復合材料制作條形換能器陣列的方式，單個換能器呈細長條凹形，一是在換能器單元的寬度方向尺寸很小，具有很好的聲束可偏轉性，從而在該方向上進行聲束電子偏轉具備了實用性，二是在長條方向成凹型，使能量更好的向中心平面聚焦。

技術實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提供了一種帶立體成像探頭的雙曲面條狀功率超聲裝置。

本發(fā)明采取的技術方案如下：

一種帶立體成像探頭的雙曲面條狀功率超聲裝置，其包括超聲聚焦換能器、支撐結構件、水囊和超聲成像探頭，所述超聲聚焦換能器通過防水膠水密封在支撐結構件內(nèi)部的左右兩側，所述支撐結構件的四周設有作為防水全包結構件的水囊，所述水囊與支撐結構件之間的空隙填充滿耦合劑，所述支撐結構件的上表面為圓弧狀的單曲面，并且支撐結構件中心位置設有方形通孔，在該方形通孔內(nèi)放置有所述超聲成像探頭，所述超聲成像探頭設在方形固定件中, 方形固定件與方形通孔的內(nèi)壁相互貼合；所述超聲聚焦換能器包括薄背襯組件，厚背襯和保護層，所述厚背襯和保護層的上表面均為圓弧曲面，所述薄背襯組件的內(nèi)部開有切槽，薄背襯組件通過膠水粘貼在厚背襯的曲面上，外匹配層通過膠水粘貼在薄背襯組件的曲面上，所述保護層保護層為內(nèi)凹結構并套裝在外匹配層和厚背襯上方保護層隔離換能器內(nèi)部組件與耦合劑。

所述超聲聚焦換能器的中心頻率為0.2MHz-5MHz，相對帶寬不小于50%；；所述厚背襯的聲學阻抗范圍2MRayl到15MRayl，表面曲率半徑為5cm-25cm，其曲面為雙曲面。

所述切槽內(nèi)灌滿膠水或膠水混合物，該膠水為絕緣類膠水。所述保護層保護層其中聲速大于水中聲速，中心最大厚度為0.5mm-5mm。

所述薄背襯組件包括薄背襯，以及依次設在薄背襯上表面的FPC正電極層、壓電材料層、內(nèi)匹配層，F(xiàn)PC導電銅箔一側用導電膠水粘貼到壓電材料層上，F(xiàn)PC絕緣一側用膠水粘貼到薄背襯上，壓電材料層另一側用膠水粘貼內(nèi)匹配層，并通過劃片機切割出多條切槽。

所述薄背襯聲學阻抗范圍2MRayl到15MRayl；所述壓電材料層采用以發(fā)射型壓電陶瓷為基底的1-3結構的壓電復合材料；所述FPC正電極層為帶銅導電層的軟板；所述內(nèi)匹配層聲學阻抗范圍3MRayl-15MRayl，其寬度小于壓電材料層。

所述切槽的深度為切穿壓電材料層，并深入薄背襯，深度至少達到薄背襯厚度的1/2，切槽寬度0.05mm-0.2mm，切槽數(shù)目大于20，陣元間距為0.5mm-2mm，或者在每個切槽之間附加深度與壓電材料層厚度一樣的次級切槽,形成基元,基元數(shù)為1-3個。

所述支撐結構件材料為不銹鋼或鋁，其內(nèi)部掏長方體區(qū)域用于鑲嵌所述超聲聚焦換能器，圍繞超聲聚焦換能器的四個面方向可調，使鑲嵌的兩換能器焦點可重合到一點或兩個不同的點，支撐結構件表面曲率半徑為5cm-25cm，匹配治療區(qū)域體表曲面，其可通過上部機械結構進行平移運動；超聲聚焦換能器可以通過電子通道延時控制焦點深淺位置和偏轉位置；所述超聲成像探頭為二維面陣，基元總數(shù)為64-16384個，中心頻率為3MHz-8MHz；所述水囊中裝載耦合劑充當換能器與水囊之間的聲傳播過渡介質，水囊材料為符合生物相容性材料；所述耦合劑為脫氣水，其可以通過外部蠕動泵進行循環(huán)流動。

所述方形固定件，其內(nèi)表面形狀與超聲成像探頭外殼表面形狀互補以確保完全貼合，并采用硅橡膠粘合超聲成像探頭到方形固定件內(nèi)部，其外表面與支撐結構件緊密貼合并密封。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明聚焦換能器的基元空間尺寸小，更容易控制聲束大角度偏轉。球冠狀治療裝置中每個換能器在各方向的尺寸均較大，可實現(xiàn)的聲束電子偏轉角度較小，實用性很差。

本發(fā)明支撐結構表面曲率可變來匹配體表曲面，支撐結構件掏空長方體區(qū)域方向可變，與超聲聚焦換能器焦點合成總焦點，使總焦點位置更方便調節(jié)，另一方面擴大了換能器參數(shù)的設計范圍。

本發(fā)明利用超聲聚焦產(chǎn)生的熱量來處理相關區(qū)域，使此區(qū)域溫度上升到一定數(shù)值并持續(xù)一段時間來達到治療目的。其中裝載耦合劑充當換能器與水囊之間的過渡介質并散除超聲換能器產(chǎn)生的熱量。

本發(fā)明的超聲成像探頭采用面陣方式，其相較于采用轉動和平移的方式，沒有機械控制，裝配更簡單，合成圖像時分辨率一致性好。

本發(fā)明采用的雙曲面是直接把超聲聚焦換能器做成寬度方向也是凹形曲面狀的，其靠機械結構來聚焦，取消了聚焦透鏡，大大降低了損耗。而單曲面在寬度方向的聚焦靠的是聚焦透鏡的折射來實現(xiàn)聚焦的，然而在透鏡里的損耗卻是比較大的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結構示意圖。

圖2A為二維面陣影像探頭典型外觀圖。

圖2B為面陣探頭內(nèi)部的發(fā)射陣列結構示意圖。

圖3為超聲裝置頂視圖。

圖4為超聲裝置剖面圖。

圖5為超聲聚焦換能器內(nèi)部剖面圖。

圖6為超聲裝置治療時應用場景圖。

圖中：1-超聲聚焦換能器，2-水囊，3-耦合劑，4-支撐結構件，5-超聲成像探頭，6-保護層， 8-薄背襯，9-厚背襯，10-內(nèi)匹配層，11-壓電材料層，12-切槽，13-FPC正電極層，14-方形固定件。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

如圖1至圖4所示，一種帶立體成像探頭的雙曲面條狀功率超聲裝置，其包括超聲聚焦換能器1、支撐結構件4、水囊2和超聲成像探頭5，所述超聲聚焦換能器1通過硅橡膠對稱密封在支撐結構件4內(nèi)部的左右兩側，所述支撐結構件4的四周設有作為防水全包結構件的水囊2，所述水囊2與支撐結構件4之間的空隙填充滿耦合劑3，所述支撐結構件4的上表面為圓弧狀的單曲面，并且支撐結構件4中心位置設有方形通孔，在該通孔內(nèi)放置有所述超聲成像探頭5，所述超聲成像探頭5放置在方形固定件14中,固定件14的左右兩端與方形通孔的內(nèi)壁相互貼合。

如圖5所示，所述超聲聚焦換能器1包括薄背襯組件，厚背襯9和保護層6，所述厚背襯9和保護層6的A方向和B方向均為圓弧曲面，所述薄背襯組件的內(nèi)部開有切槽12，薄背襯組件通過膠水粘貼在厚背襯9的曲面上，所述保護層6為內(nèi)凹弧形結構并完全包裹住薄背襯組件和厚背襯9上部隔離換能器內(nèi)部組件與耦合劑3。

本雙曲面換能器，A方向和B方向都依靠機械彎曲聚焦，前端只需要加一層薄的保護層隔離內(nèi)部組件與外部耦合劑即可，保護層中的衰減很小。根據(jù)焦點的遠近可自由選擇兩個不同方向的彎曲半徑，焦點位置選擇范圍大。而與其相對的單曲面換能器，A方向依靠機械彎曲聚焦，B方向依靠透鏡聚焦，由于B方向尺度大，目標焦點越近需要透鏡厚度越厚，透鏡中衰減越大，目標焦點越遠透鏡聚焦聲場越發(fā)散，聚焦效果很差，限制了焦點選擇范圍。

作為本實施例的優(yōu)選，所述超聲聚焦換能器1的中心頻率為0.2MHz-5MHz，相對帶寬不小于50%；所述厚背襯9的聲學阻抗范圍2MRayl到15MRayl，表面曲率半徑為5cm-25cm，其曲面為圓弧雙曲面。所述切槽12內(nèi)灌滿膠水或膠水混合物，該膠水為絕緣類膠水。

作為本實施例的優(yōu)選，所述保護層6其中聲速大于水中聲速，中心最大厚度為0.5mm-5mm。

作為本實施例的優(yōu)選，所述薄背襯組件包括薄背襯8，以及依次設在薄背襯8上表面的FPC正電極層13、壓電材料層11、內(nèi)匹配層10，F(xiàn)PC導電銅箔一側用導電膠水粘貼到壓電材料層上，F(xiàn)PC絕緣一側用膠水粘貼到薄背襯8上，壓電材料層11另一側用膠水粘貼內(nèi)匹配層10，并通過劃片機切割出多條切槽12。

作為本實施例的優(yōu)選，所述薄背襯8聲學阻抗范圍2MRayl到15MRayl；所述壓電材料層11采用發(fā)射型壓電陶瓷或以其為基底的1-3/2-2結構的壓電復合材料；所述FPC正電極層13為帶銅導電層的軟板；所述內(nèi)匹配層10聲學阻抗范圍3MRayl-15MRayl，其寬度小于壓電材料層。

作為本實施例的優(yōu)選，所述切槽12的深度為切穿壓電材料層11，并深入薄背襯8，深度至少達到薄背襯厚度的1/2，切槽12寬度0.05mm-0.2mm，切槽數(shù)目大于20，陣元間距為0.5mm-2mm，或者在每個切槽12之間附加深度與壓電材料層11厚度一樣的次級切槽,形成基元,基元數(shù)為1-3個。

作為本實施例的優(yōu)選，所述支撐結構件4材料為不銹鋼或鋁，其內(nèi)部掏長方體區(qū)域用于鑲嵌所述超聲聚焦換能器1，圍繞超聲聚焦換能器1的四個面方向可調，支撐結構件4表面曲率半徑為5cm-25cm，匹配治療區(qū)域體表曲面，其可通過上部機械結構進行平移運動；所述超聲聚焦換能器1可通過電子通道延時控制焦點深淺位置和偏轉位置；所述超聲成像探頭5為面陣，基元總數(shù)為64-16384個，中心頻率為3MHz-8MHz；所述水囊2中裝載耦合劑充當換能器與水囊之間的聲傳播過渡介質，水囊2材料為符合生物相容性材料；所述耦合劑3為脫氣水，其可以通過外部蠕動泵進行循環(huán)流動。

作為本實施例的優(yōu)選，所述方形固定件14，其內(nèi)表面形狀與超聲成像探頭5外殼表面形狀互補以確保完全貼合，并采用硅橡膠粘合超聲成像探頭5到方形固定件14內(nèi)部，其外表面與支撐結構件4緊密貼合并密封。

本發(fā)明中，制作所述的聚焦換能器的方法，其制作方法為：

（1）首先制作厚背襯，通過模具預先制作長方體型材料后通過車削模具加工弧形表面；再制作薄背襯，通過模具預先制作長方體型材料后通過車床精磨到0.3mm-2mm，然后制作內(nèi)匹配層后車床精磨到0.2mm-2mm；

（2）膠合薄背襯、壓電材料層、FPC以及內(nèi)匹配層構成權利要求9中所述的薄背襯組件，之后精磨此組件中的薄背襯層，使組件整體厚度為2.0mm-5.0mm，通過劃片機加工此組件中的切槽，之后通過成型模具將切割完成后薄背襯組件內(nèi)凹成型并貼合于厚背襯的曲面上，之后使用膠水填充切槽，使用導電膠水粘和細導線到壓電材料層兩側露出部分，導電膠水固化后其上再使用環(huán)氧膠水固化保護，其凸起高度不能超過內(nèi)匹配層高度；

（3）使用模具澆注形成保護層。

如圖6所示，本帶立體成像探頭的雙曲面條狀功率超聲裝置的使用方法為：首先在水囊下表面涂抹醫(yī)用耦合劑（B超檢查時通用的凝膠狀物質），通過外部機械結構壓到病灶區(qū)上部大概區(qū)域，開啟成像探頭探測病灶區(qū)，手動控制外部機械結構調整治療探頭位置，使病灶區(qū)基本位于成像探頭中軸位置，啟動成像探頭三維功能，通過主機軟件合成3D圖形，整體掌握病灶區(qū)三維信息，在電腦顯示圖形上劃定治療區(qū)域，后臺軟件自動生成治療方案，制定治療靶點位置和數(shù)目，自動規(guī)劃機械運動方式和每個靶點電子延遲來控制焦點深淺位置和偏轉位置，開始治療，能量在每個靶點處持續(xù)一段時間，同時使用算法實時監(jiān)控靶點處溫升，達到閾值后即跳轉到下一個靶點，持續(xù)直到所有靶點治療完成，整個治療過程中，水囊中耦合劑通過外部蠕動泵進行循環(huán)帶走治療中治療探頭產(chǎn)生的熱量。完成治療后通過成像探頭評估治療初步效果。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本領域的普通技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明的保護范圍，凡采用等同替換等方式所獲得的技術方案，均落于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。