本發(fā)明涉及一種用于聲動(dòng)力治療的遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭，屬于醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

心血管疾病是導(dǎo)致人類死亡的首要病因，而動(dòng)脈粥樣硬化是其根源。搭橋和支架治療技術(shù)創(chuàng)傷大、且還有很多出現(xiàn)術(shù)后再狹窄?；诔暭ぐl(fā)的聲動(dòng)力已被初步證實(shí)是一種無創(chuàng)治療動(dòng)脈粥樣硬化的新方法，聲動(dòng)力療法利用超聲波對(duì)生物組織有較強(qiáng)的穿透能力，尤其是聚焦超聲能無創(chuàng)傷地將聲能聚焦于深部組織，并激活一些聲敏藥物(如血卟啉)產(chǎn)生抗腫瘤效應(yīng)。由于世界上患有動(dòng)脈粥樣硬化的病人達(dá)十幾個(gè)億，而聲動(dòng)力治療方法簡單，花銷低，因此，聲動(dòng)力方法一旦引入臨床應(yīng)用將會(huì)有很大市場(chǎng)，可以創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

用于聲動(dòng)力治療的超聲探頭的核心部件為超聲換能器，通過壓電陶瓷晶片將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為相同頻率的超聲信號(hào)，然后通過超聲波實(shí)現(xiàn)激發(fā)治療藥物的功能。在聲動(dòng)力治療過程中，超聲聲場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)非常重要的治療參數(shù)。聲場(chǎng)過強(qiáng)，可能引起藥物分子或細(xì)胞壞死，促成局部炎癥使病情加重；聲場(chǎng)過弱，則療效不顯著或需要的治療時(shí)間過長。另一方面，靠近超聲換能器表面處的超聲信號(hào)為近場(chǎng)信號(hào)，近場(chǎng)區(qū)聲強(qiáng)度有劇烈的起伏變化，存在著許多聲強(qiáng)度為極小值的節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)可引起不希望有的盲點(diǎn)，對(duì)治療藥物進(jìn)行精確量化可控作用不足，無法明確聲動(dòng)力治療效果、建立精確超聲劑量治療效果數(shù)據(jù)間關(guān)系，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)聲強(qiáng)度變化趨于平穩(wěn)，所以需要研制超聲遠(yuǎn)場(chǎng)作用探頭，以實(shí)現(xiàn)提高聲動(dòng)力治療裝置的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提出了一種用于聲動(dòng)力治療的遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭，可用于粥樣動(dòng)脈硬化、心血管及腫瘤等疾病的生動(dòng)力治療，所采取的技術(shù)方案如下：

所述遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭包括超聲換能器1、上部超聲傳輸腔體2、電位移軸3、波紋伸縮器5、下部超聲傳輸腔體6、超聲吸聲層7和超聲耦合層8；所述上部超聲傳輸腔體2的一端與超聲換能器1固定相連，另一端與波紋伸縮器5的一端相連；所述波紋伸縮器5的另一端與下部超聲傳輸腔體6的一端相連；所述下部超聲傳輸腔體6的另一端固定有超聲耦合層8；所述電位移軸3分布于以波紋伸縮器5為中心的四方向上；所述超聲吸聲層7涂覆于下部超聲傳輸腔體6的內(nèi)表面。

優(yōu)選地，所述超聲換能器1由圓形壓電材料為核心構(gòu)成，并通過法蘭與上部超聲傳輸腔體2的一端相連；所述超聲換能器1上設(shè)有超聲換能器連線9。

優(yōu)選地，所述上部超聲傳輸腔體2采用有機(jī)玻璃圓管，并在上部超聲傳輸腔體2中部設(shè)有 進(jìn)水口10；所述下部超聲傳輸腔體6采用有機(jī)玻璃管，并且在下部超聲傳輸腔體6靠近超聲耦合層8一側(cè)設(shè)有出水口11。

優(yōu)選地，所述電位移軸3上設(shè)有電位移軸控制器連線4。

優(yōu)選地，所述波紋伸縮器5的兩端分別以套管方式與上部超聲傳輸腔體2和下部超聲傳輸腔體6相連。

優(yōu)選地，所述超聲吸聲層7采用JB型環(huán)氧樹脂基復(fù)合結(jié)構(gòu)，其材料聲特性阻抗為2.55MPa·s/m，聲衰減系數(shù)為16.5dB/cm。

優(yōu)選地，所述遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭還包括超聲信號(hào)發(fā)生模塊、水循環(huán)模塊和伸縮器控制模塊；所述超聲信號(hào)發(fā)生模塊通過超聲換能器連線9與超聲換能器1相連；所述水循環(huán)模塊通過進(jìn)水口10和出水口11分別與上部超聲傳輸腔體2和下部超聲傳輸腔體6相連；所述伸縮器控制模塊通過電位移軸控制器連線4與電位移軸3相連。

優(yōu)選地，所述超聲信號(hào)發(fā)生模塊包括信號(hào)發(fā)生模塊和功率放大模塊；所述信號(hào)發(fā)生模塊用于產(chǎn)生用于聲動(dòng)力治療不同頻率的電信號(hào)，同時(shí)控制所述電信號(hào)的占空比；所述功率放大模塊用于將信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)出的電信號(hào)進(jìn)行功率放大并調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度，輸出給所述超聲換能器1，使超聲換能器發(fā)出特定頻率和強(qiáng)度的超聲。

優(yōu)選地，所述水循環(huán)模塊包括水箱和水泵；所述水箱采用小型盛水容器，用于確保波紋伸縮器5在伸縮過程中超聲傳輸腔體內(nèi)注滿水；所述水泵用于超聲傳輸腔體進(jìn)行有效水循環(huán)。

優(yōu)選地，所述伸縮器控制模塊包括電位移控制器和計(jì)算機(jī)；所述電位移控制器用于控制電位移軸3同步精確轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使波紋伸縮器5精確縱向伸縮；所述計(jì)算機(jī)根據(jù)超聲換能器1參數(shù)計(jì)算超聲頻率及聲場(chǎng)焦點(diǎn)位置，傳輸程序至電位移控制器，控制波紋伸縮器5縱向伸縮。

本發(fā)明有益效果：

本發(fā)明提供一種用于聲動(dòng)力治療的遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭，能夠克服現(xiàn)有聲動(dòng)力治療中超聲換能器近場(chǎng)的聲場(chǎng)強(qiáng)度不均勻，無法對(duì)治療藥物進(jìn)行精確量化可控作用的不足，可提高聲動(dòng)力治療效果、建立精確超聲劑量治療效果數(shù)據(jù)間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)提高聲動(dòng)力治療裝置的可靠性，本發(fā)明提出的聲動(dòng)力治療的遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、使用安全、效率高、持續(xù)性強(qiáng)，對(duì)聲動(dòng)力治療領(lǐng)域有很高的工程應(yīng)用價(jià)值，在其他一些生物工程領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭原理示意框圖。

圖3為超聲波近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)及超聲分布示意圖。

(1，超聲換能器；2，上部超聲傳輸腔體；3，電位移軸；4，電位移軸控制器連線；5，波紋伸縮器；6，下部超聲傳輸腔體；7，超聲吸聲層；8，超聲耦合層；9，超聲換能器連線；10，進(jìn)水口；11，出水口)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不受實(shí)施例的限制。

一種用于聲動(dòng)力治療的遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭，該超聲探頭包括超聲換能器1、上部超聲傳輸腔體2、電位移軸3、電位移軸控制器連線4、波紋伸縮器5、下部超聲傳輸腔體6、超聲吸聲層7、超聲耦合層8、超聲換能器控制器連線9、進(jìn)水口10、出水口11。超聲換能器1由圓形壓電材料為核心構(gòu)成，可發(fā)出用于聲動(dòng)力治療不同頻率和強(qiáng)度超聲波，可用法蘭與所述上部超聲傳輸腔體2固定。

上部超聲傳輸腔體2、波紋伸縮器5和下部超聲傳輸腔體6整體構(gòu)成超聲傳輸腔體。其中，上部超聲傳輸腔體2采用有機(jī)玻璃圓管，一側(cè)與超聲換能器1連接，另一側(cè)采用套管形式與波紋伸縮器5的一端連接，在該腔體中部設(shè)有進(jìn)水口，其中，根據(jù)頻率和強(qiáng)度的需要可更換超聲換能器1。

波紋伸縮器5分別與所述上部超聲傳輸腔體2及下部超聲傳輸腔體6通過套管形式連接，該波紋伸縮器5可補(bǔ)償縱向位移，通過伸縮實(shí)現(xiàn)超聲傳輸腔體總長度的調(diào)節(jié)，其伸縮尺度由分布在四個(gè)方向的電位移軸3決定。

下部超聲傳輸腔體6材料為有機(jī)玻璃管，一側(cè)以套管形式與波紋伸縮器5的一端連接，另一側(cè)固定有超聲耦合層8，該超聲耦合層8可直接接觸治療部位。在靠近超聲耦合層8處設(shè)有出水口11。下部超聲傳輸腔體內(nèi)側(cè)表面涂覆有超聲吸聲層7。

電位移軸3通過橫向支桿支撐，以波紋伸縮器5為中心分布在其四個(gè)方向頂點(diǎn)上，由同一臺(tái)電位移控制器精確程序控制，保證伸縮長度一致。超聲吸聲層7為JB型環(huán)氧樹脂基復(fù)合結(jié)構(gòu)，該吸聲層可吸收輻射到下部超聲傳輸腔體6內(nèi)表面的超聲，防止超聲換能器1發(fā)射出的發(fā)散型超聲波界面反射破壞均勻遠(yuǎn)場(chǎng)。

同時(shí)，該遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭的超聲換能器1通過超聲換能器控制器連線9與超聲信號(hào)發(fā)生模塊連接，并由超聲信號(hào)發(fā)生模塊驅(qū)動(dòng)，該模塊包括信號(hào)發(fā)生模塊和功率放大模塊。其中，信號(hào)發(fā)生模塊：負(fù)責(zé)產(chǎn)生用于聲動(dòng)力治療不同頻率的電信號(hào)，同時(shí)可控制該電信號(hào)的占空比。功率放大模塊：負(fù)責(zé)將信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)出的電信號(hào)進(jìn)行功率放大并調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度，輸出給所 述超聲換能器1，使得超聲換能器發(fā)出特定頻率和強(qiáng)度的超聲。

電位移軸3通過電位移軸控制器連線4與伸縮器控制模塊連接，并由伸縮器控制模塊控制，該模塊包括電位移控制器和計(jì)算機(jī)。其中，電位移控制器：同時(shí)控制電位移軸同步精確轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使波紋伸縮器5精確縱向伸縮。計(jì)算機(jī)：可根據(jù)超聲換能器1參數(shù)計(jì)算超聲頻率及聲場(chǎng)焦點(diǎn)位置，從而傳輸程序至電位移控制器，控制波紋伸縮器5縱向伸縮，確保超聲耦合層處在遠(yuǎn)場(chǎng)位置。

上部超聲傳輸腔體2與下部超聲傳輸腔體6分別通過進(jìn)水口和出水口與水循環(huán)模塊連接。水循環(huán)模塊包括水箱和水泵。其中，水箱：小型盛水容器，確保波紋伸縮器5在伸縮過程中超聲傳輸腔體內(nèi)注滿水，所使用水為除泡水，避免超聲波在水中傳播產(chǎn)生空化氣泡，影響超聲均勻傳輸。水泵：確保超聲傳輸腔體進(jìn)行有效水循環(huán)，一方面使腔體始終注滿水，另一方面通過水循環(huán)對(duì)超聲換能器起到散熱作用。

實(shí)施例1：

圖1為本發(fā)明所述遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，該超聲探頭包括超聲換能器1、上部超聲傳輸腔體2、電位移軸3、電位移軸控制器連線4、波紋伸縮器5、下部超聲傳輸腔體6、超聲吸聲層7、超聲耦合層8、超聲換能器控制器連線9、進(jìn)水口10、出水口11。超聲換能器1、上部超聲傳輸腔體2、電位移軸3、波紋伸縮器5、下部超聲傳輸腔體6、超聲吸聲層7和超聲耦合層8；所述上部超聲傳輸腔體2的一端與超聲換能器1固定相連，另一端與波紋伸縮器5的一端相連；所述波紋伸縮器5的另一端與下部超聲傳輸腔體6的一端相連；所述下部超聲傳輸腔體6的另一端固定有超聲耦合層8；所述電位移軸3分布于以波紋伸縮器5為中心的四方向上；所述超聲吸聲層7涂覆于下部超聲傳輸腔體6的內(nèi)表面。超聲換能器1由圓形壓電材料為核心構(gòu)成，可發(fā)出用于聲動(dòng)力治療不同頻率和強(qiáng)度超聲波，可用法蘭與所述上部超聲傳輸腔體2固定。

上部超聲傳輸腔體2、波紋伸縮器5和下部超聲傳輸腔體6整體構(gòu)成超聲傳輸腔體。其中，上部超聲傳輸腔體2采用有機(jī)玻璃圓管，一側(cè)與超聲換能器1連接，另一側(cè)采用套管形式與波紋伸縮器5的一端連接，在該腔體中部設(shè)有進(jìn)水口，其中，根據(jù)頻率和強(qiáng)度的需要可更換超聲換能器1。

波紋伸縮器5分別與所述上部超聲傳輸腔體2及下部超聲傳輸腔體6通過套管形式連接，該波紋伸縮器5的伸縮尺度由分布在四個(gè)方向的電位移軸3決定。

下部超聲傳輸腔體6材料為有機(jī)玻璃管，一側(cè)以套管形式與波紋伸縮器5的一端連接，另一側(cè)固定有超聲耦合層8，該超聲耦合層8可直接接觸治療部位。在靠近超聲耦合層8處 設(shè)有出水口11。下部超聲傳輸腔體內(nèi)側(cè)表面涂覆有超聲吸聲層7。

電位移軸3通過橫向支桿支撐，以波紋伸縮器5為中心分布在其四個(gè)方向頂點(diǎn)上，由同一臺(tái)電位移控制器精確程序控制，保證伸縮長度一致。超聲吸聲層7為JB型環(huán)氧樹脂基復(fù)合結(jié)構(gòu)，其材料聲特性阻抗為2.55MPa·s/m，聲衰減系數(shù)為16.5dB/cm，該吸聲層可吸收輻射到下部超聲傳輸腔體6內(nèi)表面的超聲，防止超聲波反射破壞均勻聲場(chǎng)。

同時(shí)，該遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭的超聲換能器1通過超聲換能器控制器連線9與超聲信號(hào)發(fā)生模塊連接，并由超聲信號(hào)發(fā)生模塊驅(qū)動(dòng)，該模塊包括信號(hào)發(fā)生模塊和功率放大模塊。其中，信號(hào)發(fā)生模塊：負(fù)責(zé)產(chǎn)生用于聲動(dòng)力治療不同頻率的電信號(hào)，同時(shí)可控制該電信號(hào)的占空比。功率放大模塊：負(fù)責(zé)將信號(hào)發(fā)生模塊發(fā)出的電信號(hào)進(jìn)行功率放大并調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度，輸出給所述超聲換能器1，使得超聲換能器發(fā)出特定頻率和強(qiáng)度的超聲。

電位移軸3通過電位移軸控制器連線4與伸縮器控制模塊連接，并由伸縮器控制模塊控制，該模塊包括電位移控制器和計(jì)算機(jī)。其中，電位移控制器：同時(shí)控制電位移軸同步精確轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使波紋伸縮器5精確縱向伸縮。計(jì)算機(jī)：可根據(jù)超聲換能器1參數(shù)計(jì)算超聲頻率及聲場(chǎng)焦點(diǎn)位置，從而傳輸程序至電位移控制器，控制波紋伸縮器5縱向伸縮，確保超聲耦合層處在遠(yuǎn)場(chǎng)位置。

上部超聲傳輸腔體2與下部超聲傳輸腔體6分別通過進(jìn)水口和出水口與水循環(huán)模塊連接。水循環(huán)模塊包括水箱和水泵。其中，水箱：小型盛水容器，確保波紋伸縮器5在伸縮過程中超聲傳輸腔體內(nèi)注滿水，所使用水為除泡水，避免超聲波在水中傳播產(chǎn)生空化氣泡，影響超聲均勻傳輸。水泵：確保超聲傳輸腔體進(jìn)行有效水循環(huán)，一方面使腔體始終注滿水，另一方面通過水循環(huán)對(duì)超聲換能器起到散熱作用。

圖2為本發(fā)明所述遠(yuǎn)場(chǎng)超聲探頭原理示意框圖。如圖2所示，超聲信號(hào)發(fā)生模塊持續(xù)對(duì)超聲換能器1提供特定頻率、占空比及一定功率的周期性電信號(hào)，通過超聲換能器1的電聲轉(zhuǎn)換發(fā)射出具有特定頻率、占空比及一定聲強(qiáng)的超聲并形成連續(xù)聲場(chǎng)，靠近超聲換能器1為超聲近場(chǎng)，近場(chǎng)區(qū)聲強(qiáng)度有劇烈的起伏變化，存在著許多聲強(qiáng)度為極小值的節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)可引起不希望有的盲點(diǎn)。在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)聲強(qiáng)都變化趨于平穩(wěn)，單隨著距離的增加，聲強(qiáng)逐漸減弱。超聲先經(jīng)過上部超聲傳輸腔體2及波紋伸縮器5，然后進(jìn)入下部超聲傳輸腔體6。根據(jù)不同超聲換能器所形成焦點(diǎn)位置不同，調(diào)節(jié)波紋伸縮器5縱向長度，可確保下部超聲傳輸腔體6內(nèi)的超聲聲場(chǎng)始終為遠(yuǎn)場(chǎng)，以確保超聲耦合層8出為遠(yuǎn)場(chǎng)并具有均勻聲場(chǎng)。其中波紋伸縮器5長度由固定在其四周的四個(gè)電位移軸3轉(zhuǎn)動(dòng)控制，電位移軸由圖2中伸縮器控制模塊控制，伸縮器控制模塊采集超聲換能器1參數(shù)計(jì)算超聲頻率及聲場(chǎng)焦點(diǎn)位置，從而傳輸程序至電位 移控制器，控制波紋伸縮器5縱向伸縮，調(diào)節(jié)超聲耦合層8距離超聲換能器1位置，確保超聲耦合層8處在遠(yuǎn)場(chǎng)位置。在設(shè)備工作中，圖2中水循環(huán)模塊始終處于工作狀態(tài)，以確保波紋伸縮器5在伸縮過程中超聲傳輸腔體內(nèi)注滿水，其中水循環(huán)過程所使用水為除泡水，避免超聲波在水中傳播產(chǎn)生空化氣泡，影響超聲均勻傳輸。而水循環(huán)對(duì)超聲換能器1也起到散熱作用。治療時(shí)可在需要超聲輻照位置皮膚表面涂覆醫(yī)用超聲耦合劑，使用本發(fā)明超聲探頭直接通過耦合劑接觸皮膚進(jìn)行聲動(dòng)力治療。

圖3為超聲波近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)及超聲分布示意圖。如圖3所示，對(duì)于平面圓片換能器，在無吸收的介質(zhì)中其波束形狀有兩個(gè)不同的區(qū)域即圓柱形區(qū)和發(fā)散區(qū)或稱為近場(chǎng)區(qū)和遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)的長度與換能器內(nèi)陶瓷圓片直徑及超聲頻率有關(guān)，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，聲場(chǎng)發(fā)散角同樣與換能器內(nèi)陶瓷圓片直徑及超聲頻率有關(guān)，減小陶瓷片直徑可縮短近場(chǎng)長度并加寬了遠(yuǎn)場(chǎng)波束，增加頻率即減小波長時(shí)，加長了近場(chǎng)區(qū)，同時(shí)減少了發(fā)散角，可獲得較窄的波束。

本實(shí)施例中選取聲動(dòng)力治療時(shí)使用的頻率為1MHz，換能器內(nèi)陶瓷圓片直徑為4cm，發(fā)出超聲在水中傳播時(shí)，近場(chǎng)區(qū)長度約為27cm。此時(shí)，針對(duì)該換能器和治療所使用的超聲頻率，通過調(diào)節(jié)波紋伸縮器5的長度，使得超聲耦合層8處在距離超聲換能器1表面大于27cm的遠(yuǎn)場(chǎng)位置。

實(shí)施例2

實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同之處在于，使用的頻率為1.5MHz，換能器內(nèi)陶瓷圓片直徑為3.5cm，發(fā)出超聲在水中傳播時(shí)，近場(chǎng)區(qū)長度約為31cm。此時(shí)，針對(duì)該換能器和治療所使用的超聲頻率，通過調(diào)節(jié)波紋伸縮器5的長度，使得超聲耦合層8處在距離超聲換能器1表面大于31cm的遠(yuǎn)場(chǎng)位置。其他部件組成及各部件之間的連接方式與實(shí)施例1相同。

實(shí)施例3

實(shí)施例3與實(shí)施例2的不同之處在于，實(shí)施例3提供了不同換能器陶瓷圓片直徑和頻率的超聲遠(yuǎn)場(chǎng)長度之間的關(guān)系，具體表1所示。

表1 不同換能器陶瓷圓片直徑和頻率的超聲遠(yuǎn)場(chǎng)長度(單位：cm)

在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)聲強(qiáng)的變化趨于平穩(wěn)，但隨著距離的增加，聲強(qiáng)逐漸減弱。此時(shí)可通過調(diào)節(jié)波紋伸縮器5的長度，使得超聲耦合層8取到遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)較強(qiáng)聲場(chǎng)處。

其他部件組成及各部件之間的連接方式與實(shí)施例2相同。

雖然本發(fā)明已以較佳的實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做各種改動(dòng)和修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。