專利名稱：超聲波導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲設(shè)備領(lǐng)域，并且更具體地涉及一種超聲波導(dǎo)。
背景技術(shù)：
US5, 443， 068公開了一種用于磁共振(MR)手術(shù)系統(tǒng)的定位器， 所述定位器定位超聲換能器(ultrasound transducer)的焦點(diǎn)，以 選擇性地破壞病人體內(nèi)的區(qū)域中的組織，超聲換能器位于病人體外， 并且由換能器發(fā)射的超聲波通過病人的皮膚傳播進(jìn)入病人的身體。由 于超聲波在其通過病人組織的路徑上被吸收，所以換能器必須提供比 在病人身體中的焦點(diǎn)處實(shí)際所需要的能量更多的能量。

發(fā)明內(nèi)容
在結(jié)合了超聲和MR技術(shù)的治療設(shè)備中，希望使用高強(qiáng)度聚焦超 聲(HIFU)波，其聚焦在病人體內(nèi)的特定選擇的點(diǎn)。另外，在治療、 診斷和成像中，還存在超聲技術(shù)的其他應(yīng)用，這要求在MR環(huán)境中提 供超聲波進(jìn)入病人的路徑。然而，所有前述應(yīng)用不必然需要高強(qiáng)度超 聲波，而是可以使用較低的強(qiáng)度來實(shí)施。因此，必須為超聲波到達(dá)病 人體內(nèi)的特定點(diǎn)提供引導(dǎo)。
有益的是，提供一種在MR環(huán)境中可以在病人體內(nèi)使用的超聲波 導(dǎo)。還希望具有一種柔性且可彎曲的超聲波導(dǎo)。
為了更好地處理這些關(guān)注的問題中的一個(gè)或多個(gè)，在本發(fā)明的笫 一方面，提供一種超聲波導(dǎo)，其包括至少一個(gè)具有第一聲阻抗Zi的電 傳導(dǎo)部分和至少一個(gè)具有第二聲阻抗Z2的電絕緣部分。
在其中，固體的阻抗(或更精確地說，塊體材料中的聲場阻抗) 由其密度p與其聲速v的乘積給出，即，Z-pv。
MR技術(shù)使用高頻電磁波，以確定磁場中分子的自旋取向。超聲 波導(dǎo)由金屬導(dǎo)線制成，其耦合到超聲換能器，以沿著導(dǎo)線縱軸提供超 聲波導(dǎo)。然而，在MR環(huán)境的高頻電磁場中， 一定延伸的電傳導(dǎo)材料 經(jīng)歷熱力升溫，這是由于金屬部件電磁耦合到高頻電磁場，即由于共 振效應(yīng)和渦流。然而，加熱在病人體內(nèi)的金屬部件可能導(dǎo)致嚴(yán)重的損 傷。
3通過電絕緣部件或部分沿著至少一維來限制超聲波導(dǎo)的電傳導(dǎo) 部件或部分減少了高頻電磁場到電傳導(dǎo)波導(dǎo)的耦合。由于超聲波導(dǎo)由 導(dǎo)線形成，(該導(dǎo)線沿著其縱軸的尺寸比在垂直于其縱軸的方向上的 其直徑或厚度更大)因此希望限制導(dǎo)電線或波導(dǎo)部分沿其縱軸的長 度。電傳導(dǎo)部分聲耦合到電絕緣部分，以提供通過電傳導(dǎo)部分并且進(jìn) 一步通過電絕緣部分的聲波傳輸。
所希望的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在電絕緣部分與電傳導(dǎo)部分
之間的分界面處不存在強(qiáng)度或能量的任何反射損失。在相對于所述分
界面的垂直傳播期間，在分界面處的超聲強(qiáng)度的傳輸系數(shù)由
4Z,Z，
(Z, +Z2)2
給出，其中Z,和Z2分別是電絕緣部分和電傳輸部分的阻抗， 一旦電
傳導(dǎo)部分和電絕緣部分理想地阻抗匹配，使得4Z'Z2、2=1，即分別為
(z, +z2)'
電傳導(dǎo)部分和電絕緣部分的阻抗的Z,和Z2相等，實(shí)現(xiàn)了穿過兩部分
之間分界面的超聲波的理想傳輸。如果達(dá)到了阻抗匹配條件，在電傳 導(dǎo)部分與電絕緣部分之間的分界面處不發(fā)生聲波的任何內(nèi)反射，
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，導(dǎo)致耦合進(jìn)入波導(dǎo)的超聲強(qiáng)度10% 反射的阻抗錯(cuò)配是可接受的。然而，低于4%的反射是所希望的。
通過將鋁(ZA1-13400 )和熔融硅(Zfs=13100)分別用作電傳導(dǎo) 部分和電絕緣部分可以實(shí)現(xiàn)適用于實(shí)際應(yīng)用的阻抗匹配，在可替代實(shí) 施例中，銦(ZIn=16206 )和玻璃(Zgl-15702. 5 )的組合或鉛 (ZPb=24600 )和藍(lán)寶石(Zsa=25480 )的組合也可以分別用作電傳導(dǎo) 部分和電絕緣部分。
在另一個(gè)可替代實(shí)施例中，多個(gè)電傳導(dǎo)部分和電絕緣部分交替布 置。利用該設(shè)計(jì)，可以提供一種長的超聲波導(dǎo)，其超過單個(gè)電傳導(dǎo)波 導(dǎo)部分的臨界長度，而不需要過量的熱力加熱。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述電傳導(dǎo)部分的長度等于波導(dǎo)的 超聲波長的整數(shù)倍加上所述波長的四分之一。這樣，在電傳導(dǎo)部分與
相消干涉(destructive interference)來消除,理想地，為了減少對電傳導(dǎo)部分的加熱，所述電傳導(dǎo)部分具有
20cm或更小的長度。在特定實(shí)施例中，電傳導(dǎo)部分具有15cm的長度。 該長度更好地處理了偶發(fā)(incidental)高頻電磁波到超聲波導(dǎo)的電 磁耦合問題。
在另一個(gè)實(shí)施例中，電絕緣部分具有從0. 05mm到10mm的范圍內(nèi) 的長度，并且在另一個(gè)實(shí)施例中，電絕緣部分具有l(wèi)mm的長度.這可 能增強(qiáng)了由導(dǎo)電材料的長度提供的超聲波導(dǎo)的柔性不由剛性電絕緣 部分干擾。
所希望的是，存在在其中電傳導(dǎo)部分和電絕緣部分彼此壓裝配合 的本發(fā)明實(shí)施例。這樣，提供了超聲波經(jīng)不同部分之間的分界面、沿 著波導(dǎo)的良好傳輸。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，超聲波導(dǎo)可以用在醫(yī)療儀器中。所希望的 是，波導(dǎo)用在設(shè)計(jì)用于治療、診斷和成像的各種類型醫(yī)療儀器中。那 些醫(yī)療儀器包括但不限于，導(dǎo)管(catheter)、用于熱破壞或消融組織 的超聲設(shè)備、超聲成像設(shè)備或超聲內(nèi)診鏡。
所希望的將是，超聲波導(dǎo)應(yīng)用在用于消除房顫的超聲設(shè)備中，其 中，電傳導(dǎo)的心臟組織由超聲破壞或消融，以恢復(fù)病人心臟的正常的 正弦波節(jié)奏。在所描述的操作中，將使用MR成像技術(shù)來引導(dǎo)超聲波 導(dǎo)，以滿足用于超聲波破壞效應(yīng)的準(zhǔn)確點(diǎn)。
關(guān)于超聲成像，可期望的是，在用于在MR引導(dǎo)下對神經(jīng)血管結(jié) 構(gòu)(比如動(dòng)脈瘤)成像的超聲成像設(shè)備中使用所述超聲波導(dǎo)。
通過參照下面所描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將是顯 然的并被闡明。


圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的超聲波導(dǎo)的剖視圖。 圖2示出使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的超聲波導(dǎo)的超聲系統(tǒng)的示 意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的超聲波導(dǎo)的剖視 圖。所示出的波導(dǎo)元件包括由鋁制成的兩個(gè)導(dǎo)電部分1、 2。當(dāng)電傳 導(dǎo)部分1具有19cm的長度時(shí)，電傳導(dǎo)部分2具有15cm的長度.在導(dǎo) 電的波導(dǎo)部分1、 2之間，插入了電絕緣部分3。電絕緣部分由lmm厚的熔融硅薄片制成。
由于鋁(ZA產(chǎn)134000 )和熔融硅(Zf,131000 )幾乎理想阻抗匹配， 因此在超聲波導(dǎo)的不同部分1、 2、 3之間的分界面處幾乎不存在任何 反射.
如由粗體點(diǎn)所示，圖l示例地示出剖視圖。實(shí)際的波導(dǎo)包括兩個(gè) 以上的電傳導(dǎo)部分和電絕緣部分。由于電絕緣部分3在長度方面保持 相當(dāng)短，所以整個(gè)波導(dǎo)關(guān)于撓度和柔度的特性主要由電傳導(dǎo)的鋁部分 1、 2的屬性限定。
在圖2中，示意性示出使用根據(jù)本發(fā)明的超聲波導(dǎo)的實(shí)施例的超 聲系統(tǒng)。超聲波從超聲換能器4，耦合進(jìn)入波導(dǎo)，且在波導(dǎo)的另一端， 超聲波耦合進(jìn)入超聲接收器5，，在當(dāng)前情況下，該接收器5，是用于 治療目的的超聲波尖端(tip)。位于換能器4，與接收器5，之間的波 導(dǎo)包括由銦制成的電傳導(dǎo)部分l，和交替地由玻璃制成的電絕緣部分 3，。
電絕緣部分3，的長度選擇為lflim，以在不對由電絕緣的銦部分1， 提供的波導(dǎo)柔度產(chǎn)生不利影響的情況下，提供仍然可以操控的厚度。 波導(dǎo)的不同部分l'、 3，提供周期性結(jié)構(gòu)。選擇電傳導(dǎo)部分l，的長度， 使得其對應(yīng)于由換能器4，所發(fā)射的超聲波長的整數(shù)加上該波長的四 分之一。
雖然已經(jīng)在附圖和前述描述中詳細(xì)示出和描迷了本發(fā)明，但是這 些圖示和描述被認(rèn)為是說明性的或典型的而非限制性的；本發(fā)明不限 于所公開的實(shí)施例。
在實(shí)踐所要求保護(hù)的本發(fā)明過程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過研究附 圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求可以理解并實(shí)現(xiàn)對所公開的實(shí)施例進(jìn)行 的其他改變。在權(quán)利要求中，單詞"包括"不排除其他元件或步驟， 并且不定冠詞"一"不排除多個(gè)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述 某些方法的僅有事實(shí)不表示不能有利地使用這些方法的組合。權(quán)利要 求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制范圍。
權(quán)利要求
1.超聲波導(dǎo)，其包括-至少一個(gè)具有第一聲阻抗Z1的電傳導(dǎo)部分(1，1’，2)，和-至少一個(gè)具有第二聲阻抗Z2的電絕緣部分(3，3’)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波導(dǎo)，其中0. 9￡,74Z'，,
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波導(dǎo)，其中多個(gè)電傳導(dǎo)部分(l, l，， 2) 和電絕緣部分(3, 3，)交替布置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波導(dǎo)，其中多個(gè)電傳導(dǎo)部分(l， 1，， 2) 和電絕緣部分(3， 3，)周期性地布置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波導(dǎo)，其中，所述電傳導(dǎo)部分(l, 1，， 2)的長度等于波導(dǎo)的超聲波長的整數(shù)倍加上波長的四分之一。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波導(dǎo)，其中所述電傳導(dǎo)部分(l, 1，， 2) 具有20cm或更小的長度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波導(dǎo)，其中所述電絕緣部分(3， 3，) 具有從0. 05mm到10mm的范圍內(nèi)的長度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波導(dǎo)，其中所述電傳導(dǎo)部分(l， 1，， 2) 包括鋁，電絕緣部分(3， 3，)包括熔融硅。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波導(dǎo)，其中所述電傳導(dǎo)部分(l， 1，， 2) 和所述電絕緣部分(3, 3，)彼此壓緊配合。
10. 醫(yī)療儀器，其包括根據(jù)權(quán)利要求1的超聲波導(dǎo)。
全文摘要
在藥物治療或診斷系統(tǒng)中，使用磁共振(MR)技術(shù)，以相對于病人身體確定超聲波的焦點(diǎn)位置。因此本發(fā)明的目的是提供一種能夠在磁共振環(huán)境中使用的超聲波導(dǎo)。為了更好地處理這些關(guān)注的問題，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種包括電傳導(dǎo)部分和電絕緣部分的超聲波導(dǎo)。減小電絕緣部分的長度可能降低在MR環(huán)境中高頻電磁場到電傳導(dǎo)部分的電磁耦合。
文檔編號B06B3/00GK101541442SQ200780043247
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者J·F·休弗, N·C·范德瓦爾特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司