专利名称：高强度聚焦超声聚焦器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及医疗器械，具体涉及医用超声波治疗机中的一种高强度聚焦超声(HIFU)的聚焦部件一一聚焦器。
技术背景超声医学在现代医学中占有重要的地位。超声医学从机制而言，主要是将 超声辐射至人体组织，利用其相互作用，达到医疗上的作用，有以下两方面 运用 一是超声诊断，即利用组织细胞的反作用，即反射、散射及透射等规 律，提取其超声信号，加以显示；二是超声治疗，即利用超声辐射到组织细 胞而产生的生物效应来达到治疗效果。超声诊断，在上世纪末就得到了临床广泛的重视与应用。超声影像也从一 维、二维向三维及立体、动态显示过渡，目前已从观察人的大体解剖学发展 到可以观察人体组织内的细微结构。超声影像已成为如今应用得十分广泛的X 光及CT拍片、超声显像、核磁共振成像和核医学显像被称为影像医学"四大 金刚"中的重要一员。而超声治疗方面，在21世纪初，高强度聚焦超声(height intension focus ulterasond HIFU)技术才发生了突破性的发展，彻底改变了超声治疗一度徘 徊不前的局面，近年来超声治疗的方法种类也是日益增多，超声治疗展现出 广阔的发展前景。从超声治疗上说，超声的强度在0.1\￥/ 112以上时，才会引起人体组织发 生功能性和器质性变化。低强度超声治疗一般为0.2-2.5 W/cm2,为非损伤性 治疗，而高强度聚焦超声(HIFU),其超声强度超过3 \￥/ 112以上，为高强 度损伤性超声治疗，高的可达20000 W/cm2。高强度聚焦超声(HIFU)治疗 是应用超声波具有良好的生理组织穿透性和定位性的特点，将体外发射的超 声波穿过软组织而聚焦到体内病变组织(靶区)，由于聚焦部位的强大能量的 存积，使局部组织内的温度即可上升到65C以上，其结果会导致蛋白变性及 组织细胞凝固性坏死，从而达到把区破坏病变的目的，而周围组织以及超声 波通过的组织则没有损伤。高强度聚焦超声(HIFU)治疗由于其治疗的无创 性，及其无放射性与无化学毒副作用，带来了肿瘤治疗方法的革命性创新， 被誉为"绿色治疗"，代表着21世纪医学的发展方向。高强度聚焦超声(HIFU)治疗的核心技术就是如何将发出的高强度超声波聚焦，因此在高强度聚焦超声(HIFU)治疗机中，超声波聚焦器是核心部 件。现有技术中，高强度聚焦超声(HIFU)聚焦器主要有一支撑体(或支架)， 支撑体(或支架)的上面向前设有布置成内凹球冠形的超声换能器，超声换 能器是一种能把高频电能转化为机械能的一种装置， 一般有磁致伸缩式和压 电陶瓷式；在球冠形的超声换能器的冠顶处设一 B超探头定位孔,用以固定B 超探头。具体超声换能器的布置细分有如下几种一、 单片曲面聚焦型；就是将超声换能器直接做成一球冠状，超声波发出 后直接聚焦于球心处。这是HIFU技术发展时最原始的一种设计。存在的问 题有1、 球冠状超声换能器的加工难度很大；2、 超声换能器的材料有较大的脆性，在球冠的厚度有较薄要求时，较大 球冠的加工在制作上将是件难事，使超声换能器尺寸受限，并且，在使用和 运输中也易损坏；3、 由于这种设计在加工上存在尺寸的限制，使得发射强度的进一步提高 受到限制；4、 由于这种设计在加工上存在尺寸的限制，使得超声波在传播过程中能 量过于集中，临床中患者有疼痛感，使得治疗中需要实施麻醉。二、 多片曲面聚焦型；这是在单片曲面式聚焦型^f出上的改进，它是将多 片曲面型的超声换能器(如"瓦片"或圓冠片)按球冠的几何面固定，使各 曲面型的超声换能器的各自的焦点再汇聚于一点上。这种改进减小了各片曲 面型超声换能器的尺寸，分散了超声波在到达焦点前的能量密度，有效地减 少了患者的疼痛，治疗中一般不再用麻醉。但这种设计仍存在的问题有1、 各曲面型超声换能器的加工为曲面加工，仍较困难，比平面加工要难 得多；2、 各曲面型超声换能器按球冠的几何面的组装固定与安装检验仍有一定 的复杂性，以及现场安装调试与定期校正也将存在相当的难度，而这些直接 影响到治疗的有效性与患者的安全性。三、 平圓片曲面阵列聚焦型；就是将几十 几百片平面圆片型的超声换能 器安装于一球冠面上，将各片发出的超声波都指向球心。这种设计虽然使各 片平面圓片型的超声换能器好制作了，但是仍带来以下问题1、将几十 几百片平面圆片指向一点，工艺上将有^ L大的难度。2、 使用中如有几片坏了，维修难度较大，主要是校准，如整体更换，则 成本较大。3、 每一圆片型的超声换能器发出的一圓柱形超声波，在理论上是不可能 将几十 几百个圓柱形超声波汇聚于一点的。实践上这种设计导致聚焦器的焦 点较大，超声强度降低， 一般只有几百W/cm2，而其他设计一般可达几千 W/cm2,也有上万W/cm2。综上所述，现有的高强度聚焦超声(HIFU)聚焦器都为直接聚焦型，都 是将超声换能器直接布置成球冠形状，以此保证超声换能器发出的超声波直 接聚焦到一点上，即要么将超声换能器本身需制作成曲面，这样加工较困难， 要么将超声换能器本身设计为平面，再将其按球冠形状布置，这样虽超声换 能器本身制作方便了，可是其聚焦性能也随之变差了，超声强度明显降低。 发明内容本实用新型目的是提供了一种由平面型超声换能器发射出超声波后经反 射聚焦的超声聚焦器，从根本上改变现有的聚焦器是超声波发射后直接聚焦 的结构形式，既保证聚焦性能和超声强度，又使制作难度大大降低。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是 一种高强度聚焦超声聚 焦器，包括一支撑体，支撑体上设有至少一个超声换能器；所述超声换能器 为平面片状体，并面朝前在一平面内沿环形布置；在超声换能器的前侧，相 对设有一内凹反射面；该内凹反射面是从一冠部朝前的旋转抛物面上，以前、 后两个垂直于对称轴的截取平面截取出的部分旋转抛物面；该部分旋转抛物 面的对称轴与超声换能器所处平面相垂直；并且，所述后截取平面位于旋转 抛物面的焦点的后方。上述技术方案中的有关内容解释如下1、 上述方案中，所述"前"、"后，，方向是按聚焦器中超声换能器发出超 声波后聚焦的朝向来定的，聚焦器发出超声波并聚焦的焦点的朝向的方向即 为"前"，相反即为"后"，如附图1中，附图的右方向即是上述方案中所述 的"前"方向，而左方向即为"后"方向。当然，使用时，可将聚焦器前端向上放置，从下向上作用于人体，也可将 其前端向下^t置，从上下向作用于人体。2、 上述方案中，所述支撑体是用于支撑超声换能器的部件，具体可以是 一座形部件，也可以是支架形部件。3、 上述方案中，所述前截取平面也位于旋转抛物面的焦点的后方，以此使焦点露于内凹反射面的前端口外，便于焦点瞄准人体内部的病变组织(靶 区)作用。4、 上述方案中，所述超声换能器具体有以下两种情况a、数量为l个， 它为一整体的平面圓环片；b、数量为2个以上，它们为方形、圆形、椭圓形 或异形的片状体，它们在一平面上呈环形均布。5、 上述方案中，所述内凹反射面前端设有水嚢，水嚢与超声换能器之间 形成一腔体，该腔体中充满传导介质，该介质一般为液体(如水)；所述超 声波聚焦点位于该腔体中，以此使超声波在传导介质中传播，最大限度得减 少传播损耗；上述设计，也使高强度聚焦超声(HIFU)聚焦器上置式(即从 上向下)作用于人体成为可能。6、 上述方案中，所述水嚢4应采用透声材料，最佳为天然橡胶或硅橡胶。7、 上述方案中，所述部分旋转抛物面的对称轴穿过超声换能器环形布置 的环形中心，此为伞支佳布置方案。8、 上述方案中，还可在支撑体上沿部分旋转抛物面的对称轴设有B超探 头定位机构，以此将B超探头沿部分旋转抛物面的对称轴安装固定，使B超 探头能避开超声波的传播，正对着焦点。9、 上述方案中，所述内凹反射面为金属镜面， 一是便于加工，二是聚焦 效果也更好。本实用新型工作原理是参见附图1所示，本实用新型工作时，超声换 能器2发出超声波，这些超声波以平行于内凹反射面的对称轴z的方向射向内 凹反射面3，经内凹反射面3反射(由旋转抛物面特性决定)聚焦于焦点f。 使用时，即是直接将焦点f对准人体中的病变组织(靶区)作用。由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点1、 由于本实用新型中超声换能器为平面片状体，并在一平面中布置，使 超声换能器本身的加工工艺易于现有曲面的超声换能器的加工工艺，其加工 成本和维修成本均低于曲面超声换能器的加工成本和维修成本。2、 同样由于本实用新型中超声换能器为平面片状体，并在一平面中布置， 使超声换能器本身的加工准确度也高于现有曲面的超声换能器的加工准确 度，超声换能器平面安装的精确度也明显高于现有将超声换能器在一曲面中 安装的精确度；换句话说，即是本实用新型平面片状的超声换能器平面安装 后发出的超声波，比现有曲面超声换能器或按曲面安装的平面超声换能器发 出的超声波都更接近于设计要求。3、 由于本实用新型采用内凹反射面对超声换能器发出超声反射聚焦，其 内凹反射面的加工精度在现今的机械加工要求中是有保障的，也就是讲这种 聚焦器的设计将有相当好的聚焦效果。4、 由于本实用新型釆用平面超声换能器发出平行的超声波，再经内凹反 射面反射聚焦，平面超声换能器和内凹反射面相对的安装位置易于保证，基 本不受安装人员和维护人员水平的高低、责任心的高低、身体状态的好坏、 心理和情绪的好坏等因素的影响，使得产品的性能与质量有很好的保障。5、 由于本实用新型在内凹反射面前端加有一水嚢，使得水嚢至超声换能 器之间腔体内可以充满用于传输超声波的液体介质，使得治疗头可以从下部 向上治疗(也叫下置式)，也可以使得治疗头可以从上部向下治疗(也叫上置 式)，还可以根据病情灵活进行斜向治疗，这样可以使得患者取更舒服的体姿、 可以选择超声更有利的通道进行治疗，提高了治疗的舒适度、有效性和安全 性。
附图1为本实用新型整体结构示意图； 附图2为本实用新型实施例一的超声换能器平面布置示意图； 附图3为本实用新型实施例二的超声换能器平面布置示意图； 附图4为本实用新型实施例三的超声换能器平面布置示意图； 附图5为本实用新型上置式使用状态示意图。以上附图中1、支撑体；2、超声换能器；3、内凹反射面；B、超声换能 器平面；Ll、旋转抛物面；z、对称轴；C、前截取平面；D、后截取平面；f、 焦点；4、水嚢；5、 B超探头定位孔；6、 B超探头；7、反射器；8、本实用 新型聚焦器。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例一参见附图l所示， 一种高强度聚焦超声聚焦器8，包括一支撑 体l,支撑体1前端上连接有一反射器7，反射器7的前端口上再箍设一水嚢 4。所述支撑体1为一座体(形状不限，这里举例为圆柱形)，而反射器7为 一金属制环状体，水嚢4为天然橡胶或硅胶制成的弹性皮嚢体。参见附图l所示，所述支撑体1前端的平面B上沿外周一圏面朝前布置有 一片平面圆环形的超声换能器2 (见附图2所示)，反射器7上相对超声换能 器2设有一内凹反射面3,该内凹反射面3是从一冠部朝前的旋转抛物面Ll上，以前、后两个垂直于对称轴z的截取平面C、 D截取出的环形的部分旋转 抛物面；该部分旋转抛物面的对称轴z与超声换能器2所处平面B相垂直； 并且，所述前截取平面C和后截取平面D均位于旋转抛物面Ll的焦点f的后 方，以此使焦点f外露于内凹反射面3的前端口外，作为超声波聚焦作用点。参见附图l所示，水嚢4与超声换能器2之间形成一腔体，该腔体中使用 时可充满传导介质——水；所述部分旋转抛物面的对称轴z还正好穿过超声换 能器2的环形中心。参见附图1所示，所述支撑体1上沿部分旋转抛物面的对称轴z开设有B 超探头定位孔5，使用时可将B超探头6如图中虛线所示，嵌在B超探头定 位孔5中，探头6头部向前微凸于支撑体1前端平面(即超声换能器平面B) 上，正对准焦点f。上述内凹反射面3具体是经机械加工成形的金属镜面。本实施例使用时，可如附图5所示，将聚焦器8设在治疗床上方(也叫上 置式)，从上向下作用于人体，患者采用仰卧姿，背部是一块完整的床板，闭 上眼，躺上1~2小时是件轻松的事。并且，在实际使用中还可以才艮据病情灵 活进行斜向治疗，这样可以使得患者取更舒服的体姿、可以选择超声更有利 的通道进行治疗，提高了治疗的舒适度、有效性和安全性。上述实施例中，举例聚焦器8中的内凹反射面3是设在一独立部件——反 射器7上的，组装时再将反射器7与支撑体1前端拼装，这样的好处是装配 超声换能器2和加工内凹反射面3均很方便。当然，实例中直接将支撑体l 与反射器7—体制作，也是可行的。上述实施例中，举例所述前截取平面C和后截取平面D均位于旋转抛物面 Ll的焦点f的后方，以此使焦点f外露于内凹反射面3的前端口外，此是最 佳方案。在实际中仅后截取平面D位于旋转抛物面Ll的焦点f的后方也可， 即焦点f位于内凹反射面3的内腔中，这样也是一可行方案，只是使用时，人 体的治疗部位需伸入内凹反射面3的内腔中。上述实施例中，举例参见附图l所示，图中的所示后截取平面D与超声换 能器平面B很接近，基本重合，实际中后截取平面D与超声换能器平面B是 可以相隔一段距离的。实施例二，参见附图l所示， 一种高强度聚焦超声聚焦器8,包括一支撑 体l,支撑体1前端上连接有一反射器7,反射器7的前端口上再箍设一水嚢 4,与实例一的不同之处在于参见附图3所示，所述超声换能器2数量为8 片，它们是将平面环形片八等分切割形成的片状体，它们在平面B中拼合成一环形。其它同实施例一，这里不再赘述。实施例三，参见附图l所示， 一种高强度聚焦超声聚焦器8,包括一支撑 体l，支撑体1前端上连接有一反射器7,反射器7的前端口上再箍设一水嚢 4,与实例一的不同之处在于参见附图4所示，所述超声换能器2为8片平 面圆片，它们在平面B中沿环形均布。其它同实施例一，这里不再赘述。上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此 项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实 用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都 应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种高强度聚焦超声聚焦器，包括一支撑体(1)，支撑体(1)上设有至少一个超声换能器(2)，其特征在于所述超声换能器(2)为平面片状体，并面朝前在一平面(B)内沿环形布置；在超声换能器(2)的前侧，相对设有一内凹反射面(3)；该内凹反射面(3)是从一冠部朝前的旋转抛物面(L1)上，以前、后两个垂直于对称轴(z)的截取平面(C、D)截取出的部分旋转抛物面；该部分旋转抛物面的对称轴(z)与超声换能器(2)所处平面(B)相垂直；并且，所述后截取平面(D)位于旋转抛物面(L1)的焦点(f)的后方。
2、 根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于所述前 截取平面(C)也位于旋转抛物面(Ll)的焦点(f)的后方，以此使焦点(f) 露于内凹反射面(3)的前端口外。
3、 根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于所述超 声换能器(2)数量为l个，它为一整体的平面圆环片。
4、 根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于所述超 声换能器数量(2)为2个以上，它们为方形、圓形、椭圆形或异形的片状体， 它们在一平面上呈环形均布。
5、 根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于所述内 凹反射面(3)的前端设有水嚢(4)，水嚢(4)与超声换能器(2)之间形成 一腔体，该腔体中充满传导介质；所述内凹反射面(3)的焦点(f)位于水嚢(4)内腔中。
6、 根据权利要求5所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于所述水 嚢(4)采用天然橡胶或硅橡胶。
7、 根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于所述部 分旋转抛物面的对称轴(z)穿过超声换能器(2)环形布置的环形中心。
8、 根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于所述支 撑体(1)上沿部分旋转抛物面的对称轴(z)设有B超探头定位机构。
9、 根据权利要求1所述的高强度聚焦超声聚焦器，其特征在于所述内 凹反射面(3)为金属镜面。
专利摘要一种高强度聚焦超声聚焦器，包括一支撑体(1)，支撑体(1)上设有超声换能器(2)，其特征在于超声换能器(2)为平片体在一平面(B)内环形布置；超声换能器(2)的前侧设有一内凹反射面(3)；该内凹反射面(3)是从一旋转抛物面(L1)上，以前、后两个垂直于对称轴(z)的截取平面(C、D)截取出部分旋转抛物面；该部分旋转抛物面的对称轴(z)与超声换能器(2)所处平面(B)相垂直；后截取平面(D)位于旋转抛物面(L1)的焦点(f)的后方。本实用新型以平面型超声换能器发射出超声波后，经内凹反射面反射聚焦，从根本上改变现有的聚焦器是超声波发射后直接聚焦的结构形式，既保证聚焦性能和超声强度，又使制作难度大大降低。
文档编号A61N7/00GK201101823SQ200720046688
公开日2008年8月20日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者正 孙 申请人:孙 正;李成春