本發(fā)明涉及一種帶中心平移成像探頭的多發(fā)射單元陣列分布式功率超聲裝置，屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

功率超聲在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)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(shí)現(xiàn)治療疾病的目的。其中的超聲換能器用于將電能轉(zhuǎn)換成聲能并發(fā)射到人體中，當(dāng)前常用的治療裝置基本都將超聲換能器分布到球冠形支撐結(jié)構(gòu)上，在球冠底部中心位置設(shè)有通孔放置成像引導(dǎo)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(jìn)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(shí)時觀察效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種帶中心平移成像探頭的多發(fā)射單元陣列分布式功率超聲裝置。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種帶中心平移成像探頭的多發(fā)射單元陣列分布式功率超聲裝置，其包括水囊、支撐結(jié)構(gòu)件、換能器、超聲成像探頭和耦合劑，所述支撐結(jié)構(gòu)件的四周設(shè)有作為防水全包結(jié)構(gòu)件的水囊，所述水囊與支撐結(jié)構(gòu)件之間的空隙填充滿耦合劑，所述支撐結(jié)構(gòu)件的上表面為曲面，曲面上分布有柱形通孔，柱形通孔呈傾斜狀，其中心軸線指向支撐結(jié)構(gòu)件的內(nèi)側(cè)指定位置，換能器通過防水膠水密封在該柱形通孔內(nèi),所述支撐結(jié)構(gòu)件的中心位置設(shè)有矩形通孔，并且在該矩形通孔內(nèi)放置有所述超聲成像探頭，所述超聲成像探頭與矩形通孔的內(nèi)壁相互貼合并可滑動接觸，在超聲成像探頭的后端端部設(shè)有可帶動超聲成像探頭平移的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)件后部帶密封殼結(jié)構(gòu)裝載主動齒輪和從動齒條，馬達(dá)傳動軸穿過與殼體密切接觸的密封圈連接主動齒輪。

所述換能器包括匹配層、柱形支撐、負(fù)電極、壓電材料層和正電極。

所述換能器的中心頻率為0.2mhz-5mhz，相對帶寬不小于50%；所述匹配層的聲學(xué)阻抗范圍2mrayl到15mrayl，所述柱形支撐材料為不銹鋼、鋁等金屬材料或環(huán)氧等非金屬材料，所述負(fù)電極和正電極采用帶絕緣外皮金、銀或銅導(dǎo)線，所述壓電材料層采用以發(fā)射類壓電陶瓷或以其為基底的1-3/2-2結(jié)構(gòu)的壓電復(fù)合材料，其上下表面鍍金、銀、銅或鎳，所述背襯層的聲學(xué)阻抗范圍2mrayl到15mrayl。

所述正電極通過導(dǎo)電膠水粘接或焊接到壓電材料層的一側(cè)，負(fù)電極通過導(dǎo)電膠水粘接或焊接到壓電材料層的另一側(cè)，負(fù)電極的上方通過膠水粘接匹配層，整個裝置再通過膠水固定到柱形支撐內(nèi)部。

所述支撐結(jié)構(gòu)件材料為不銹鋼、鋁等金屬材料或環(huán)氧等非金屬材料，其內(nèi)部掏多個柱形通孔用于鑲嵌所述換能器，所述柱形通孔排列方式為隨機(jī)分布或均勻分布；所述換能器可通過電子通道延時控制焦點(diǎn)深淺位置和偏轉(zhuǎn)位置。

所述支撐結(jié)構(gòu)件曲面中準(zhǔn)線曲率半徑為5cm-25cm，匹配治療區(qū)域體表曲面，支撐結(jié)構(gòu)件曲面中母線為直線或相對中心呈對稱狀的折線，當(dāng)曲面中母線為折線時，所述柱形通孔分布在折線形成折面上。

所述超聲成像探頭為線陣、凸陣或相控陣，基元總數(shù)為64-256個，中心頻率為3mhz-8mhz，其可通過機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行移動；所述水囊中裝載耦合劑充當(dāng)換能器與水囊之間的聲傳播過渡介質(zhì)，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循環(huán)流動。

所述機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)包括馬達(dá)，主動齒輪和從動齒條，所述主動齒輪與從動齒條相互嚙合，主動齒輪與馬達(dá)傳動軸連接，從動齒條與超聲成像探頭連接，所述馬達(dá)接受控制裝置的控制并通過主動齒輪帶動從動齒條再帶動超聲成像探頭進(jìn)行移動。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明支撐結(jié)構(gòu)件表面其一方向?yàn)閮?nèi)凹結(jié)構(gòu)，其曲率可變來匹配不同體表曲面。

本發(fā)明支撐結(jié)構(gòu)件表面內(nèi)凹結(jié)構(gòu)更近距離貼合人體，治療時成像探頭不用縮回。

本發(fā)明支撐結(jié)構(gòu)件柱形通孔傾斜，不用彎曲即可調(diào)節(jié)此方向不同幾何焦點(diǎn)位置。

本發(fā)明支撐結(jié)構(gòu)件內(nèi)部掏空多個柱形通孔方向可變，可任意調(diào)節(jié)空間幾何焦點(diǎn)。

本發(fā)明支撐結(jié)構(gòu)件內(nèi)部掏空多個柱形通孔位置分布可隨機(jī)可均勻，有利于降低旁瓣。

本發(fā)明利用超聲聚焦產(chǎn)生的熱量來處理相關(guān)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(dá)到治療目的。其中裝載可循環(huán)流動耦合劑充當(dāng)換能器與水囊之間的過渡介質(zhì)并帶走換能器產(chǎn)生的熱量。

本發(fā)明的超聲成像探頭采用平移方式，其克服了采用旋轉(zhuǎn)方式的探頭在采集圖像合成時離軸心越遠(yuǎn)處分辨率越差的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a為成像探頭典型外觀圖，所示為線陣探頭。

圖2b為本文中成像探頭工作方式示意圖。

圖2c為線陣探頭內(nèi)部的發(fā)射陣列結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3a為柱形通孔規(guī)則排列下母線為直線且合成一個幾何焦點(diǎn)時支撐結(jié)構(gòu)件頂視圖。

圖3b為圖3a結(jié)構(gòu)剖面圖，其中圖3b（a）為a-a面剖視圖，圖3b（b）為b-b面剖視圖。

圖3c為圖3a結(jié)構(gòu)下柱形通孔處剖面圖，所示為傾斜結(jié)構(gòu)。

圖3d為3a結(jié)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3e為3a結(jié)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)局部放大示意圖。

圖3f為圖3a結(jié)構(gòu)下?lián)Q能器安裝圖。

圖3g為圖3a結(jié)構(gòu)下部分換能器空間幾何焦點(diǎn)合成圖。

圖4a為柱形通孔隨機(jī)排列下母線為折線且合成多個幾何焦點(diǎn)時支撐結(jié)構(gòu)頂視圖。

圖4b為圖4a結(jié)構(gòu)剖面圖，其中圖4b（a）為a-a面剖視圖，圖4b（b）為b-b面剖視圖。

圖4c為圖4a結(jié)構(gòu)下?lián)Q能器安裝圖。

圖4d為圖4a結(jié)構(gòu)下部分換能器空間幾何焦點(diǎn)合圖，示例為兩個幾何焦點(diǎn)。

圖5為換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖6為電路控制下在空間形成多焦點(diǎn)治療圖，示例為兩個焦點(diǎn)。

圖中：1-水囊，2-支撐結(jié)構(gòu)件，3-換能器，4-超聲成像探頭，5-耦合劑，6-圓柱形固定件，7-密封圈，8-主動齒輪，9-從動齒輪，10-馬達(dá)，301-匹配層，302-柱形支撐，303-負(fù)電極，304-壓電材料層，305-正電極。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種帶中心平移成像探頭的多發(fā)射單元陣列分布式功率超聲裝置，其包括水囊1、支撐結(jié)構(gòu)件2、換能器3、超聲成像探頭4和耦合劑5，所述換能器3通過防水膠水密封在支撐結(jié)構(gòu)件2內(nèi)部挖好的圓孔內(nèi)，所述支撐結(jié)構(gòu)件的四周設(shè)有作為防水全包結(jié)構(gòu)件的水囊2，所述水囊1與支撐結(jié)構(gòu)件2之間的空隙填充滿耦合劑5，所述支撐結(jié)構(gòu)件2的上表面為曲面，曲面上分布有柱形通孔，換能器3通過防水膠水密封在該柱形通孔內(nèi)，支撐結(jié)構(gòu)件2中心位置設(shè)有矩形通孔，并且在該矩形通孔內(nèi)放置有所述超聲成像探頭4，所述超聲成像探頭4與矩形通孔的內(nèi)壁相互貼合并可滑動接觸，在超聲成像探頭4的后端端部設(shè)有可帶動超聲成像探頭4平移的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)件2后部帶密封殼結(jié)構(gòu)裝載主動齒輪7和從動齒條8，馬達(dá)9傳動軸穿過與殼體密切接觸的密封圈6連接主動齒輪7。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述超聲成像探頭4為線陣、凸陣或相控陣，基元總數(shù)為64-256個，中心頻率為3mhz-8mhz，其可通過機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行移動；所述水囊1中裝載耦合劑5充當(dāng)換能器3與水囊1之間的聲傳播過渡介質(zhì)，水囊1材料為符合生物相容性材料；所述耦合劑5為脫氣水，其可以通過外部蠕動泵進(jìn)行循環(huán)流動。

如圖2a到圖2c所示，示例一種凸陣成像探頭，由發(fā)射陣列可知凸陣成像探頭探測區(qū)域?yàn)樘筋^前端錐形區(qū)域，通過機(jī)械控制使成像探頭平移，采集多個二維切面，使用后臺3d重建功能，合成錐體形探測區(qū)域。

如圖3a-3b所示，示例一種表面為柱形，其上分布多個排列均勻，中心軸線都經(jīng)過同一點(diǎn)的柱形通孔，通過橫截面可知示例為標(biāo)準(zhǔn)圓柱形結(jié)構(gòu)。

如圖3c所示，切面顯示每個柱形通孔的中軸線都通過同一點(diǎn)，所示為其中一行的截面，其他行與此類似。

如圖3d-3e所示，機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)由馬達(dá)主控，通過主動齒輪和從動齒條控制超聲成像探頭作平移運(yùn)動。

如圖3f所示，柱形換能器卡進(jìn)支撐結(jié)構(gòu)件開好的圓孔中，所示為標(biāo)準(zhǔn)圓柱形，其母線為直線，柱形換能器卡進(jìn)去后只有柱形支撐上的一點(diǎn)與支撐結(jié)構(gòu)件接觸，裝配比較困難，尺寸難把握。

如圖3g所示，所有換能器聲線經(jīng)過同一點(diǎn)，此點(diǎn)也為幾何焦點(diǎn)。

如圖4a-4b所示，支撐結(jié)構(gòu)件母線方向（b-b方向）為關(guān)于中心呈對稱狀的折線，本圖中示例為階梯狀結(jié)構(gòu)。

如圖4c所示，柱形換能器卡進(jìn)支撐結(jié)構(gòu)件開好的圓孔中，所示圓孔正好開在臺階面上，換能器正好與臺階面卡住，相較于圖3c所示方式，此延伸方案更容易裝配，尺寸更好掌控。

如圖4d所示，柱形通孔隨機(jī)排列和軸線方向可調(diào)下可以合成多個幾何焦點(diǎn)，圖中舉例為兩個幾何焦點(diǎn)的情況，其他多個幾何焦點(diǎn)方法類推。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述支撐結(jié)構(gòu)件2材料為不銹鋼、鋁等金屬材料或環(huán)氧等非金屬材料，其內(nèi)部掏多個柱形通孔用于鑲嵌所述換能器3，所述柱形通孔排列方式為隨機(jī)分布或均勻分布；所述換能器3可通過電子通道延時控制焦點(diǎn)深淺位置和偏轉(zhuǎn)位置。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述支撐結(jié)構(gòu)件2曲面中準(zhǔn)線曲率半徑為5cm-25cm，匹配治療區(qū)域體表曲面，支撐結(jié)構(gòu)件2曲面中母線為直線或相對中心呈對稱狀折線，當(dāng)曲面中母線為折線時，所述柱形通孔分布在折面上。

如圖5所示，所述換能器3包括匹配層301、柱形支撐302、負(fù)電極303、壓電材料層304和正電極305。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述換能器3的中心頻率為0.2mhz-5mhz，相對帶寬不小于50%；所述匹配層301的聲學(xué)阻抗范圍2mrayl到15mrayl，所述柱形支撐302材料為不銹鋼、鋁等金屬材料或環(huán)氧等非金屬材料，所述負(fù)電極303和正電極305采用帶絕緣外皮金、銀或銅導(dǎo)線，所述壓電材料層304采用以發(fā)射類壓電陶瓷或?yàn)槠浠椎?-3/2-2結(jié)構(gòu)的壓電復(fù)合材料，其上下表面鍍金、銀、銅或鎳，所述背襯層306的聲學(xué)阻抗范圍2mrayl到15mrayl。

作為本實(shí)施例的優(yōu)選，所述正電極305通過導(dǎo)電膠水粘接或焊接到壓電材料層304的一側(cè)，負(fù)電極303通過導(dǎo)電膠水粘接或焊接到壓電材料層304的另一側(cè)，負(fù)電極303的上方通過膠水粘接匹配層301，整個裝置再通過膠水固定到柱形支撐302內(nèi)部。

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）壓電材料層上下兩面電鍍或真空濺射導(dǎo)電層。

（2）制作匹配層，通過模具預(yù)先制作圓柱型材料后通過車床精磨到上下表面使兩面平行。

（3）膠合或焊接正電極和負(fù)電極到壓電材料層的上下表面。

（4）膠合匹配層到負(fù)電極一側(cè)。

（5）將上述組件通過膠水固定到柱形支撐件中。

如圖6所示，本帶中心平移成像探頭的多發(fā)射單元陣列分布式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(zhì)），通過外部機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整治療探頭位置，使病灶區(qū)基本位于成像探頭中軸位置，啟動成像探頭平移功能，采集多個切面，通過主機(jī)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(diǎn)位置和數(shù)目，自動規(guī)劃每個靶點(diǎn)電子延遲來控制焦點(diǎn)深淺位置和偏轉(zhuǎn)位置，開始治療，能量在每個靶點(diǎn)位置持續(xù)一段時間，同時使用算法實(shí)時監(jiān)控靶點(diǎn)處溫升，達(dá)到閾值后即跳轉(zhuǎn)到下一個靶點(diǎn)，持續(xù)直到所有靶點(diǎn)治療完成，整個治療過程中，水囊中耦合劑通過外部蠕動泵循環(huán)帶走治療中換能器產(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(diǎn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡采用等同替換等方式所獲得的技術(shù)方案，均落于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

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