超声空化云输运装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种超声空化云输运装置，该装置包括：换能器和反射面；换能器将电能转换为振动能，通过辐射面将振动能发送给流体，振动能与流体作用后生成第一超声波；反射面接收第一超声波，将第一超声波反射至流体，反射后的第一超声波与流体作用生成第二超声波，第二超声波与第一超声波形成驻波声场，驻波声场作用于流体形成空化云，从而使得进入空化云中的颗粒物沿驻波声场所确定的方向在空化云中运动。本实用新型的超声空化云输运装置实现了在周围流体静止的状态下仍然能完成颗粒物的输运，并且能准确地将颗粒物定向输运和定点释放到目的地，因此该装置能将药物输送到病灶处，在医疗领域具有重要的应用价值。
【专利说明】超声空化云输运装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及传质领域，尤其涉及一种超声空化云输运装置。
【背景技术】
[0002] 如今以实现药物的定向输送和定点释放为目的靶向治疗已经成为医学、尤其是对 肿瘤的介入治疗的研究热点，超声输运技术在以实现药物的定向输送和定点释放为目的靶 向治疗领域具有潜在的、巨大的应用前景。
[0003] 现有的是超声微泡造影剂与基因和药物相结合的方式。超声微泡造影剂是内含气 体的微泡，外壳成分可为白蛋白、脂类、表面活性剂和高分子多聚物等。基因和药物可以粘 附在微泡表面或者包裹在微泡内部。通过静脉注射，微泡可以达到靶器官或靶组织。在病灶 处进行超声照射，超声的空化效应使细胞膜的通透性增高，微泡携带的基因或药物进入组 织细胞，从而达到治疗的目的。但是这种方式定位性能不够强，因为超声照射的范围较广， 真正在病灶处发挥作用的微泡并不多。而利用空化云输运技术可以提高药物输送的定位精 度，增加作用于病灶处的微泡数量，提高药物输送效率，改善治疗效果。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种超声空化云输运装置，该装 置通过换能器将振动能发送到流体后的超声波与反射面反射的超声波形成的驻波声场，驻 波声场作用于流体形成的空化云，调节换能器和反射面的位置和相位来调整驻波声场的位 置和方向，从而使得进入空化云中的颗粒物沿驻波声场所确定的方向在空化云中运动，实 现了在周围流体静止的状态下仍然能完成颗粒物的输运，并且能准确地将颗粒物定向输运 和定点释放到目的地。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种超声空化云输运装置，该装置包括：换能 器和反射面；换能器将电能转换为振动能，通过辐射面将振动能发送给流体，振动能与流体 作用后生成第一超声波；反射面接收第一超声波，将第一超声波反射至流体，反射后的第一 超声波与流体作用生成第二超声波，第二超声波与第一超声波形成驻波声场，驻波声场作 用于流体形成空化云，从而使得进入空化云中的颗粒物沿驻波声场所确定的方向在空化云 中运动。
[0006] 优选地，换能器的工作频率为10kHz-50MHz。
[0007] 优选地，驻波声场的振幅为50kPa_200kPa。
[0008] 优选地，驻波声场作用于流体形成空化云具体包括：空化云的结构为声李庭博图 结构。
[0009] 优选地，颗粒物是固体颗粒、气泡、不溶于流体的液滴和超声造影剂。
[0010] 本实用新型带来的有益效果是：本实用新型提供的超声空化云输运装置实现了在 周围流体静止的状态下仍然能完成颗粒物的输运，并且能准确地将颗粒物定向输运和定点 释放到目的地，因此该装置能将药物输送到病灶处，在医疗领域具有重要的应用价值，对肿 瘤的介入治疗具有潜在的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本实用新型实施例一提供的超声空化云输运装置应用于靶向治疗的示意 图；
[0012] 图2为本实用新型实施例二提供的超声空化云输运装置示意图；
[0013] 图3为本实用新型实施例二提供的超声空化云输运装置产生空化云的原理图；
[0014] 图4为本实用新型实施例二中超声空化云输运装置形成空化云的原理图；
[0015] 图5为本实用新型实施例二中空化云的结构图；
[0016] 图6为本实用新型实施例二中颗粒物在空化云中的运动轨迹；
[0017] 图7为本实用新型实施例提供的超声空化云输运方法流程图。
【具体实施方式】
[0018] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0019] 本实用新型公开了一种超声空化云输运装置，本实用新型的超声空化云输运装置 通过换能器将振动能发送到流体后的超声波与反射面反射的超声波形成的驻波声场，驻波 声场作用于流体形成的空化云，调节换能器和反射面的位置和相位来调整驻波声场的位置 和方向，从而使得进入空化云中的颗粒物沿驻波声场所确定的方向在空化云中运动。实现 了在周围流体静止的状态下，该超声空化云输运装置仍然能完成颗粒物的输运。该装置广 泛应用于医疗领域，能将药物输送到病灶处。
[0020] 图1为本实用新型实施例一提供的超声空化云输运装置应用于靶向治疗的示意 图。如图1所示，实施例一中的流体13为血液，颗粒物为超声造影剂。换能器11将电能转 换为振动能，通过换能器11的辐射面将振动能发送给血液，振动能与血液作用后生成第一 超声波；反射面12接收第一超声波，将第一超声波反射至血液，反射后的第一超声波与血 液作用生成第二超声波，第二超声波与第一超声波形成驻波声场，驻波声场作用于血液形 成空化云，此时进入空化云中的造影剂沿驻波声场所确定的方向到达病灶处。
[0021] 图2为本实用新型实施例二提供的超声空化云输运装置示意图。如图2所示，换 能器11主要用于通过辐射面将振动能发送给流体13,振动能与流体13作用后生成第一超 声波，反射面12用于接收来自流体13的第一超声波，并将第一超声波反射至流体13的这 一过程。
[0022] 图3为本实用新型实施例二提供的超声空化云输运装置产生空化云的原理图。如 图3所示，本实用新型实施例二提供的超声空化云输运装置需要完全浸没在流体13里，一 个超声空化云输运装置里的换能器11至少一个，反射面12至少一个。
[0023] 结合图2和图3对超声空化云输运装置进行描述，该装置包括：换能器11和反射 面12。
[0024] 换能器11通过用护罩包裹后浸没在流体13里，护罩的作用是为了防止换能器11 漏电，换能器11的工作频率为10kHz-50MHz。当本实用新型提供的超声空化云输运装置工 作之前，需要先将换能器11完全浸没在流体13里，然后再启动换能器11，以防止换能器11 因为空载而烧坏。
[0025] 由于第二超声波能量太小会导致无法形成驻波，所以反射面12的边界最好为硬 边界，这样可以使第二超声波的能量衰减较少。根据具体情况换能器11可以是聚焦换能 器，反射面12可以为凹面，因为能量汇聚作用使得第一超声波和第二超声波能量增大。在 本实用新型实施例二提供的超声空化云输运装置中，反射面12可以是玻璃容器，换能器11 完全浸没在装有流体13的玻璃容器里，玻璃容器壁就是反射面12。
[0026] 流体13可以是水、血液等，类似具有流动性的液体，如果用于医疗领域进行药物 的定向输运，流体13多数为血液。在本实用新型实施例二中，流体13优选为水溶液。
[0027] 换能器11，用于将电能转换为振动能，通过辐射面将振动能发送给流体13,振动 能与流体13作用后生成第一超声波。
[0028] 具体地，换能器11具体还包括辐射面，换能器11用于将电能转换为振动能，通过 辐射面将振动能发送给水溶液，振动能与水溶液作用后生成第一超声波。换能器11的工作 频率为10kHz-50MHz。由于形成空化云的驻波声场振幅至少为50kPa，高压力振幅区域排斥 空泡的振幅至少为200kPa，所以驻波声场的振幅为50kPa_200kPa。
[0029] 反射面12,用于接收第一超声波，将第一超声波反射至流体13,反射后的第一超 声波与流体13作用生成第二超声波，第二超声波与第一超声波形成驻波声场，驻波声场作 用于流体13形成空化云，从而使得进入空化云中的颗粒物沿驻波声场所确定的方向在空 化云中运动。
[0030] 具体地，反射面12用于接收来自流体13的第一超声波，再将第一超声波反射至流 体13,此时，流体13中含有由换能器11发送的振动能作用于流体13后形成的第一超声波 和反射面12将第一超声波反射回流体13并与流体13作用后的第二超声波，接着第二超声 波与第一超声波叠加形成驻波声场，驻波声场作用于流体13形成空化云。
[0031] 图4为本实用新型实施例二中超声空化云输运装置形成空化云的原理图。图5为 本实用新型实施例二中空化云的结构图。如图4所示，驻波声场作用于流体13形成空化云， 具体地空化云的结构为声李庭博图结构。如图5所示，空化云的结构为声李庭博图结构，也 是枝状结构，在空化云外围的一点，如A点B点C点D点或E点中的任何一点，投放一个微 小的颗粒物，颗粒物在驻波声场的作用力下沿着空化云的枝状结构运动到F点。
[0032] 图6为本实用新型实施例二中颗粒物在空化云中的运动轨迹。如图6所示，颗粒 物在驻波声场的作用力下沿着空化云的枝状结构从A点运动到F点的轨迹图，进入到空化 云中的颗粒物沿着驻波声场所确定的方向在声李庭博图结构的空化云中运动，其中驻波声 场所确定的输运方向是从低压力振幅区域向高压力振幅区域运动，所以颗粒物从低压力振 幅区域向高压力振幅区域运动。颗粒物是固体、气体或液体等不溶于该超声空化云输运装 置中流体13的物质，例如：气泡，液滴，超声造影剂。所以该装置可以通过调节换能器11和 反射面12的位置和相位，从而调节第一超声波和第二超声波的相位和方向，由此确定第一 超声波和第二超声波形成驻波声场的位置和方向。
[0033] 在本实用新型实施例二提供的超声空化云输运装置中，换能器11至少一个，反射 面12至少一个，当换能器11和反射面12都为若干个时，通过调节若干个换能器11和若干 个反射面12的位置和相位，从而调节第一超声波和第二超声波形成驻波声场的位置和方 向，进一步确定进入空化$中的颗粒物的运动路径。
[0034] 同时，在超声空化云输运装置中，两个同频率的换能器11也可以形成空化云，两 个换能器11发出的超声波叠加形成驻波声场，此时调整两个换能器11的位置或相位实现 调节驻波声场的位置和方向，也可以加入多个同频率的换能器11多个反射面12实现对驻 波声场位置和方向的控制。
[0035] 例如，将换能器11贴在皮肤上，在皮肤上涂抹一些耦合剂，使更多超声波能传播 到体内，有两个或更多这样的同频率换能器11，这样在指定的血管内形成驻波，通过B超 等方式确定病灶位置和空化云节点位置，调整换能器11位置和相位来调整空化云节点位 置，使空化云节点位置与病灶位置重合。向血管内部注入超声造影剂，造影剂是许多微泡， 这些微泡在声场的作用下不断膨胀和收缩，因为声场的主Bjerknes力和微泡之间的二阶 Bjerknes力，即因为微泡所受的声场力和微泡之间的相互作用力形成空化云，空化云将微 泡连同粘附在微泡表面上或包裹在微泡内部的的DNA或药物输送到病灶处。
[0036] 因此，本实用新型实施例二提供的超声空化云输运装置，通过换能器11将振动能 发送到流体13后的超声波与反射面12反射的超声波形成的驻波声场，驻波声场作用于流 体13形成的空化云，通过调节换能器11和反射面12的位置和相位来调整驻波声场的位置 和方向，从而确定进入空化云中的颗粒物在空化云中运动的路径。这样在周围流体13静止 的状态下，颗粒物仍然能自动的到达目的地，该装置的定位性能准确。
[0037] 图7为本实用新型实施例提供的超声空化云输运方法流程图。该超声空化云输运 方法是基于本实用新型实施例提供的超声空化云输运装置。如图7所示，本实施例具体包 括以下步骤：
[0038] 步骤201、换能器11将电能转换为振动能，通过辐射面将振动能发送给流体13。
[0039] 具体地，流体13是流动性的液体，在本实用新型实施例中，流体13优选为水溶液。 换能器11具体还包括辐射面，换能器11将电能转换为振动能，通过辐射面将振动能发送给 水溶液，振动能与水溶液作用后生成第一超声波。
[0040] 步骤202、振动能与流体13作用后生成第一超声波。换能器11发送给水溶液的振 动能与水溶液作用生成第一超声波。
[0041] 步骤203、反射面12接收第一超声波，将第一超声波反射至流体13。
[0042] 具体地，在本实用新型实施例提供的装置中，换能器11完全浸没在装有水溶液的 玻璃容器里，玻璃容器壁就是反射面12。反射面12接收来自水溶液的第一超声波，再将第 一超声波反射至水溶液。
[0043] 步骤204、反射后的第一超声波与流体13作用生成第二超声波。玻璃容器壁将第 一超声波反射给水溶液，并与水溶液作用生成第二超声波。
[0044] 步骤205、第二超声波与第一超声波形成驻波声场。
[0045] 具体地，经过步骤203和204后，水溶液里有两个不同的超声波，第一超声波来自 换能器11发送的振动能作用于水溶液后形成的声波，第二超声波来自玻璃容器壁将第一 超声波反射回水溶液并与水溶液作用后的声波，接着第二超声波与第一超声波叠加形成驻 波声场。通过调节换能器11和反射面12的位置和相位，从而调节第一超声波和第二超声 波的相位和方向，由此确定第一超声波和第二超声波形成驻波声场的位置和方向。
[0046] 步骤206、驻波声场作用于流体13形成空化云，从而使得进入空化云中的颗粒物 沿驻波声场所确定的方向在空化云中运动。
[0047] 具体地，驻波声场作用于水溶液形成空化云，空化云的结构为声李庭博图结构。进 入到空化云中的颗粒物沿着驻波声场所确定的方向在声李庭博图结构的空化云中运动，其 中驻波声场所确定的输运方向是从低压力振幅区域向高压力振幅区域运动，所以颗粒物从 低压力振幅区域向高压力振幅区域运动。
[0048] 因此，本实用新型实施例提供的超声空化云输运方法，通过换能器将振动能发送 到流体13后的超声波与反射面12反射的超声波形成的驻波声场，驻波声场作用于流体13 形成的空化云，通过调节换能器和反射面12的位置和相位来调整驻波声场的位置和方向， 从而确定进入空化云中的颗粒物在空化云中运动的路径。该方法实现了在周围流体13静 止的状态下，颗粒物仍然能自动的到达目的地。该方法广泛应用于医疗领域，该方法定位性 能准确，能将药物定向输送和定点释放到病灶处，对肿瘤的介入治疗具有潜在的应用前景。 [0049] 专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的 单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬 件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。 这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。 专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现 不应认为超出本实用新型的范围。
[0050] 结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的 软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM)、内存、只读存储器 (ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或【技术领域】 内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0051] 以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进 一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于 限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替 换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种超声空化云输运装置，其特征在于，所述装置包括：换能器和反射面； 所述换能器将电能转换为振动能，通过辐射面将所述振动能发送给流体，所述振动能 与所述流体作用后生成第一超声波；所述反射面接收所述第一超声波，将所述第一超声波 反射至所述流体，反射后的所述第一超声波与所述流体作用生成第二超声波，所述第二超 声波与所述第一超声波形成驻波声场，所述驻波声场作用于所述流体形成空化云，从而使 得进入所述空化云中的颗粒物沿所述驻波声场所确定的方向在所述空化云中运动。
2. 根据权利要求1所述的超声空化云输运装置，其特征在于，所述换能器的工作频率 为 10kHz-50MHz。
3. 根据权利要求1所述的超声空化云输运装置，其特征在于，所述驻波声场的振幅为 50kPa-200kPa〇
4. 根据权利要求1所述的超声空化云输运装置，其特征在于，所述驻波声场作用于所 述流体形成空化云具体包括：所述空化云的结构为声李庭博图结构。
5. 根据权利要求1所述的超声空化云输运装置，其特征在于，所述颗粒物是固体颗粒、 气泡、不溶于所述流体的液滴和超声造影剂。
【文档编号】A61M37/00GK203861768SQ201420125638
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】白立新, 邓京军, 李超, 徐德龙 申请人:中国科学院声学研究所