一種帶中心旋轉成像探頭的多發射單元陣列分布式功率超聲裝置的制作方法

本發明涉及一種帶中心旋轉成像探頭的多發射單元陣列分布式功率超聲裝置，屬于醫療器械技術領域。

背景技術：

功率超聲在醫療領域的應用，常見的一種方式就是從人體外向人體內發射聚焦功率超聲波，在人體內特定區域形成較大的能量聚集而改變該區域內的組織生物特性，實現治療疾病的目的。其中的超聲換能器用于將電能轉換成聲能并發射到人體中，當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構上，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，與靶區距離加大，影響實時觀察效果。

技術實現要素：

為克服上述現有技術存在的不足，本發明提供了一種帶中心旋轉成像探頭的多發射單元陣列分布式功率超聲裝置。

本發明采取的技術方案如下：

一種帶中心旋轉成像探頭的多發射單元陣列分布式功率超聲裝置，其包括水囊、支撐結構件、換能器、超聲成像探頭和耦合劑，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構件的內側指定位置，換能器通過防水膠水密封在該柱形通孔內,所述支撐結構件的中心位置設有圓形通孔，并且在該圓形通孔內放置有所述超聲成像探頭，所述超聲成像探頭設在圓柱形固定件中,圓柱形固定件與圓形通孔的內壁相互貼合并通過密封圈密封且可滑動接觸，在超聲成像探頭的后端端部設有可帶動超聲成像探頭360度轉動的機械傳動結構。

所述換能器包括匹配層、柱形支撐、負電極、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、鋁等金屬材料或環氧等非金屬材料，所述負電極和正電極采用帶絕緣外皮金、銀或銅導線，所述壓電材料層采用以發射類壓電陶瓷或以其為基底的的1-3/2-2結構的壓電復合材料，其上下表面鍍金、銀、銅或鎳，所述背襯層的聲學阻抗范圍2mrayl到15mrayl。

所述正電極通過導電膠水粘接或焊接到壓電材料層的一側，負電極通過導電膠水粘接或焊接到壓電材料層的另一側，負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部。

所述支撐結構件材料為不銹鋼、鋁等金屬材料或環氧等非金屬材料，其內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深淺位置和偏轉位置。

所述支撐結構件曲面中準線曲率半徑為5cm-25cm，匹配治療區域體表曲面，支撐結構件曲面中母線為直線或相對中心呈對稱狀的折線，當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，基元總數為64-256個，中心頻率為3mhz-8mhz，其可通過機械傳動結構進行360度轉動；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循環流動。

所述機械傳動結構包括馬達，主動齒輪和從動齒輪，所述主動齒輪與從動齒輪相互嚙合，主動齒輪與馬達傳動軸連接，從動齒輪與超聲成像探頭連接，所述馬達接受控制裝置的控制并通過主動齒輪帶動從動齒輪再帶動超聲成像探頭進行轉動。

所述圓形固定件，其內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圓形固定件內部，其外表面與支撐結構件緊密貼合并密封；在圓形固定件外表面設有密封圈，該密封圈卡在圓形固定件的外表面開好的槽中并壓進支撐結構件中心的圓形通孔中，過量配合保證可滑動和密封。

本發明的有益效果是：

本發明支撐結構件表面其一方向為內凹結構，其曲率可變來匹配不同體表曲面。

本發明支撐結構件表面內凹結構更近距離貼合人體，治療時成像探頭不用縮回。

本發明支撐結構件柱形通孔傾斜，不用彎曲即可調節此方向不同幾何焦點位置。

本發明支撐結構件內部掏空多個柱形通孔方向可變，可任意調節空間幾何焦點。

本發明支撐結構件內部掏空多個柱形通孔位置分布可隨機可均勻，有利于降低旁瓣。

本發明利用超聲聚焦產生的熱量來處理相關區域，使此區域溫度上升到一定數值并持續一段時間來達到治療目的。其中裝載可循環流動耦合劑充當換能器與水囊之間的過渡介質并帶走換能器產生的熱量。

本發明的超聲成像探頭采用旋轉方式，其相較于采用平移的方式，機械控制更簡便。

附圖說明

圖1為本發明整體結構示意圖。

圖2a為成像探頭典型外觀圖，所示為凸陣探頭。

圖2b為本文中成像探頭工作方式示意圖。

圖2c為凸陣探頭內部的發射陣列結構示意圖。

圖3a為柱形通孔規則排列下母線為直線且合成一個幾何焦點時支撐結構件頂視圖。

圖3b為圖3a結構剖面圖，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結構下柱形通孔處剖面圖，所示為傾斜結構。

圖3d為圖3a結構下換能器安裝圖。

圖3e為圖3a結構下部分換能器空間幾何焦點合成圖。

圖4a為柱形通孔隨機排列下母線為折線且合成多個幾何焦點時支撐結構頂視圖。

圖4b為圖4a結構剖面圖，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結構下換能器安裝圖。

圖4d為圖4a結構下部分換能器空間幾何焦點合圖，示例為兩個幾何焦點。

圖5為換能器內部結構剖面圖。

圖6為電路控制下在空間形成多焦點治療圖，示例為兩個焦點。

圖中：1-水囊，2-支撐結構件，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，301-匹配層，302-柱形支撐，303-負電極，304-壓電材料層，305-正電極。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

如圖1所示，一種帶中心旋轉成像探頭的多發射單元陣列分布式功率超聲裝置，其包括水囊、支撐結構件、換能器、超聲成像探頭和耦合劑，所述換能器通過防水膠水密封在支撐結構件內部挖好的圓孔內，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，述支撐結構件的上表面為曲面，曲面上分布有柱形通孔，換能器通過防水膠水密封在該柱形通孔內，支撐結構件中心位置設有圓形通孔，在該圓形通孔內放置有所述超聲成像探頭，所述超聲成像探頭設在在圓柱形固定件中,圓柱形固定件與圓形通孔的內壁相互貼合并可滑動接觸，在超聲成像探頭的后端端部設有可帶動超聲成像探頭360度轉動的機械傳動結構。其中機械傳動結構包括馬達10，主動齒輪8和從動齒輪9，所述主動齒輪8與從動齒輪9相互嚙合，主動齒輪8與馬達10傳動軸連接，從動齒輪9與超聲成像探頭連接，所述馬達10接受控制裝置的控制并通過主動齒輪8帶動從動齒輪9再帶動超聲成像探頭4進行轉動。

作為本實施例的優選，所述超聲成像探頭4為線陣、凸陣或相控陣，基元總數為64-256個，中心頻率為3mhz-8mhz，其可通過機械傳動結構進行360度轉動；所述水囊1中裝載耦合劑5充當換能器3與水囊1之間的聲傳播過渡介質，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行循環流動。

作為本實施例的優選，所述圓形固定件6，其內表面形狀與超聲成像探頭4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4到圓形固定件6內部，其外表面與支撐結構件2緊密貼合并密封；在圓形固定件6外表面設有密封圈7，該密封圈7卡在圓形固定件6的外表面開好的槽中并壓進支撐結構件2中心的圓形通孔中，過量配合保證可滑動和密封。

如圖2a到圖2c所示，示例一種凸陣成像探頭，由發射陣列可知凸陣成像探頭探測區域為探頭前端錐形區域，通過機械控制使成像探頭旋轉，沿旋轉軸采集多個二維切面，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，中心軸線都經過同一點的柱形通孔，通過橫截面可知示例為標準圓柱形結構。

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，所示為其中一行的截面，其他行與此類似。

如圖3d所示，柱形換能器卡進支撐結構件開好的圓孔中，所示為標準圓柱形，其母線為直線，柱形換能器卡進去后只有柱形支撐上的一點與支撐結構件接觸，裝配比較困難，尺寸難把握。

如圖3e所示，所有換能器聲線經過同一點，此點也為幾何焦點。

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

如圖4c所示，柱形換能器卡進支撐結構件開好的圓孔中，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，柱形通孔隨機排列和軸線方向可調下可以合成多個幾何焦點，圖中舉例為兩個幾何焦點的情況，其他多個幾何焦點方法類推。

作為本實施例的優選，所述支撐結構件2材料為不銹鋼、鋁等金屬材料或環氧等非金屬材料，其內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深淺位置和偏轉位置。

作為本實施例的優選，所述支撐結構件2曲面中準線曲率半徑為5cm-25cm，匹配治療區域體表曲面，支撐結構件2曲面中母線為直線或相對中心呈對稱狀折線，當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、負電極303、壓電材料層304和正電極305。

作為本實施例的優選，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、鋁等金屬材料或環氧等非金屬材料，所述負電極303和正電極305采用帶絕緣外皮金、銀或銅導線，所述壓電材料層304采用以發射類壓電陶瓷或為其基底的1-3/2-2結構的壓電復合材料，其上下表面鍍金、銀、銅或鎳，所述背襯層306的聲學阻抗范圍2mrayl到15mrayl。

作為本實施例的優選，所述正電極305通過導電膠水粘接或焊接到壓電材料層304的一側，負電極303通過導電膠水粘接或焊接到壓電材料層304的另一側，負電極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內部。

本發明中，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電層。

（2）制作匹配層，通過模具預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電極到壓電材料層的上下表面。

（4）膠合匹配層到負電極一側。

（5）將上述組件通過膠水固定到柱形支撐件中。

如圖6所示，本帶中心旋轉成像探頭的多發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上部大概區域，開啟成像探頭探測病灶區，手動控制外部機械結構調整治療探頭位置，使病灶區基本位于成像探頭中軸位置，啟動成像探頭旋轉功能，采集多個切面，通過主機軟件合成3d圖形，整體掌握病灶區三維信息，在電腦顯示圖形上劃定治療區域，后臺軟件自動生成治療方案，制定治療靶點位置和數目，自動規劃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，能量在每個靶點位置持續一段時間，同時使用算法實時監控靶點處溫升，達到閾值后即跳轉到下一個靶點，持續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循環帶走治療中換能器產生的熱量。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明的基本原理、主要特征和優點。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，均落于本發明的保護范圍內。

本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。