一种矩形阵列分布式功率超声装置的制作方法

本实用新型涉及一种矩形阵列分布式功率超声装置，属于医疗器械技术领域。

背景技术：

功率超声在医疗领域的应用，常见的一种方式就是从人体外向人体内发射聚焦功率超声波，在人体内特定区域形成较大的能量聚集而改变该区域内的组织生物特性，实现治疗疾病的目的。其中的超声换能器用于将电能转换成声能并发射到人体中，当前常用的治疗装置基本都将超声换能器分布到球冠形支撑结构上，在球冠底部中心位置设有通孔放置成像引导超声探头。

球冠状超声换能器与人体接触的时候，底部与人体表面有一定距离，在治疗前使用成像探头时需要将成像探头伸出一段距离尽量缩短与人体间距离，进行治疗时，为了不挡住功率超声，成像探头要缩回来，与靶区距离加大，影响实时观察效果。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种矩形阵列分布式功率超声装置。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种矩形阵列分布式功率超声装置，其特征在于包括支撑结构件、功率换能器阵列、超声成像探头和圆柱形固定件，所述支撑结构件的上表面为曲面，曲面上开有阶梯结构，功率换能器阵列通过胶水固定在阶梯结构面上,所述支撑结构件的中心位置设有圆形通孔，在该圆形通孔内放置有所述超声成像探头，所述超声成像探头设在圆柱形固定件中, 圆柱形固定件与圆形通孔的内壁通过防水胶水密封。

所述功率换能器呈条状，且其包括匹配层、支撑、负电极、压电材料层和正电极，所述支撑由长边以及长边两端的短边构成，所述匹配层、负电极、压电材料层和正电极均位于支撑内，所述负电极位于匹配层和压电材料层与支撑的一个短边之间，正电极位于压电材料层下方且与支撑的另一个短边相贴合。

所述功率换能器的中心频率为0.2MHz-5MHz，相对带宽不小于50%；所述匹配层的声学阻抗范围2MRayl到15MRayl，所述支撑材料为不锈钢、铝等金属材料或环氧等非金属材料，所述负电极和正电极采用带绝缘外皮金、银或铜导线，所述压电材料层采用以发射类压电陶瓷或以其为基底的1-3/2-2结构的压电复合材料，其上下表面镀金、银、铜或镍，所述背衬层的声学阻抗范围2MRayl到15MRayl。

所述正电极通过导电胶水粘接或焊接到压电材料层的一侧，负电极通过导电胶水粘接或焊接到压电材料层的另一侧，负电极的上方通过胶水粘接匹配层，整个装置再通过胶水固定到支撑内部。

所述支撑结构件材料为不锈钢、铝等金属材料或环氧等非金属材料；所述功率换能器可通过电子通道延时控制焦点深浅位置和偏转位置。

所述支撑结构件曲面中准线曲率半径为5cm-25cm，匹配治疗区域体表曲面，支撑结构件曲面中母线为相对中心呈对称状的折线。

所述超声成像探头为二维面阵，基元总数为64-16384个，中心频率为3MHz-8MHz。

所述圆柱形固定件，其内表面形状与超声成像探头外壳表面形状互补以确保完全贴合，并采用硅橡胶粘合超声成像探头到圆柱形固定件内部，其外表面与支撑结构件紧密贴合并密封。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型支撑结构件表面其一方向为内凹结构，其曲率可变来匹配不同体表曲面。

本实用新型支撑结构件表面内凹结构更近距离贴合人体，治疗时成像探头不用缩回。

本实用新型功率换能器采用矩形表面发射方式，相较于圆形发射片，波束开角更大，能覆盖的有效范围更大。

本实用新型的超声成像探头采用面阵方式，其相较于采用转动和平移的方式，没有机械控制，装配更简单，合成图像时分辨率一致性好。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2A为二维面阵成像探头典型外观图。

图2B为面阵探头内部的发射阵列结构示意图。

图3A为支撑结构件顶视图。

图3B为图3A结构剖面图，其中图3B（a）为A-A面剖视图，图3B（b）为B-B面剖视图。

图4为功率换能器内部结构剖面图。

图5A为圆形功率换能器和矩形功率换能器短边方向开角对比，同样尺度下，可以横向排列更多矩形功率换能器，图示为横向排列4只。

图5B为圆形功率换能器和矩形功率换能器长边方向开角对比。

图6为治疗应用图。

图中：1-支撑结构件，2-功率换能器，3-超声成像探头，4-圆柱形固定件，201-匹配层，202-支撑，203-负电极，204-压电材料层，205-正电极。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

一种矩形阵列分布式功率超声装置，其包括支撑结构件1、功率换能器2、超声成像探头3和圆柱形固定件4，所述支撑结构件1的上表面为曲面，曲面上开有阶梯结构，功率换能器2通过胶水固定在阶梯结构面上,所述支撑结构件1的中心位置设有圆形通孔，在该圆形通孔内放置有所述超声成像探头3，所述超声成像探头3设在圆柱形固定件4中, 圆柱形固定件4与圆形通孔的内壁通过防水胶水密封。

作为本实施例的优选，所述超声成像探头3为二维面阵，基元总数为64-16384个，中心频率为3MHz-8MHz。

作为本实施例的优选，所述圆柱形固定件4，其内表面形状与超声成像探头3外壳表面形状互补以确保完全贴合，并采用硅橡胶粘合超声成像探头3到圆柱形固定件4内部，其外表面与支撑结构件1紧密贴合并密封。

如图2A-2B所示，示例一种面阵成像探头，通过电子延迟控制不同通道可实现空间横纵切面扫描，最后合成锥体形探测区域。

如图3A-3B所示，支撑结构件顶视图和剖面图。

作为本实施例的优选，所述支撑结构件1材料为不锈钢、铝金属材料或环氧非金属材料；所述功率换能器2可通过电子通道延时控制焦点深浅位置和偏转位置。

作为本实施例的优选，所述支撑结构件1曲面中准线曲率半径为5cm-25cm，匹配治疗区域体表曲面，支撑结构件1曲面中母线为相对中心呈对称状的折线。

如图4所示，所述功率换能器2包括匹配层201、支撑202、负电极203、压电材料层204和正电极205。

作为本实施例的优选，所述功率换能器2的中心频率为0.2MHz-5MHz，相对带宽不小于50%；所述匹配层201的声学阻抗范围2MRayl到15MRayl，所述支撑202材料为不锈钢、铝金属材料或环氧非金属材料，所述负电极203和正电极205采用带绝缘外皮金、银或铜导线，所述压电材料层204采用以发射类压电陶瓷或以其为基底的1-3 /2-2结构的压电复合材料，其上下表面镀金、银、铜或镍。

作为本实施例的优选，所述正电极205通过导电胶水粘接或焊接到压电材料层204的一侧，负电极203通过导电胶水粘接或焊接到压电材料层204的另一侧，负电极203的上方通过胶水粘接匹配层201，整个装置再通过胶水固定到支撑202内部。

本实用新型中，制作所述的功率换能器的方法，其制作方法为：

压电材料层上下两面电镀或真空溅射导电层。

制作匹配层，通过模具预先制作方片形材料后通过车床精磨到上下表面使两面平行。

胶合或焊接正电极和负电极到压电材料层的上下表面，

胶合匹配层到负电极一侧。

将上述组件通过胶水固定到支撑中。

如图5A所示，矩形功率换能器有长边和短边（参照图4），在短边方向上，与相同尺度的圆形功率换能器相比，可以并列排布多个矩形功率换能器，图示例为4个，根据换能器声场理论，孔径越小开角越大，角度A大于角度C，从图中可以看出，上部并列排布的4个矩形功率换能器叠加出的能量覆盖区域比下部圆片功率换能器能量覆盖区域大。

如图5B所示，在长边方向上，矩形功率换能器与圆形功率换能器具有相同尺度，开角大小相同。

如图6所示，本带中心立体成像探头的多发射单元阵列分布式功率超声装置的使用方法为：开启成像探头探测病灶区，采集锥体区域图像，整体掌握病灶区三维信息，开始治疗，能量在靶点位置持续一段时间，同时使用算法实时监控靶点处温升，达到阈值后停止功率发射。完成治疗后通过成像探头评估治疗初步效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本实用新型的保护范围内。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。