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CN1164341C - 一种聚焦超声波波源 - Google Patents

一种聚焦超声波波源 Download PDF

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于晋生
兰江
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Abstract

本发明提供了一种聚焦超声波波源，其包括用于发射超声波的超声波发射部件和用于使所发射出的超声波聚焦的聚焦部件，所发射的超声波经所述聚焦部件聚焦后以接近球面波的形式传向焦点，其中，其聚焦部件的外缘直径两端点到焦点连线的夹角α在50°-120°的范围内。本发明的超声波源经测试聚焦性能均明显优于现有的小孔径角波源，可使聚焦超声在焦点处获得足够高的声强和温度，从而杀灭生物组织，同时还可避免或尽量减少超声传导路径上对人体的损伤，在临床治疗中使患者的疼痛明显减轻，获得了令人满意的效果。

Description

一种聚焦超声波波源
发明领域
本发明涉及一种用于医疗装置上的部件，尤其是涉及用于高能聚焦超声波(HIFU)治疗机的波源。
背景技术
目前，体外高能聚焦超声波治疗装置一般由下述几个部分构成：用以产生高能聚焦超声波的高能聚焦超声波波源及驱动电路；用于寻找治疗目标并将其移至超声换能器焦点处的定位系统，其包括一个医用影象系统(多为B超机)，一个承载患者的装置(例如床面)，及将这个装置与波源间作空间相对位移的位移系统；高能超声波传导结构及传导介质处理系统，由于高能聚焦超声波适用的超声波必须通过特殊传导介质(多用经脱气处理的水)传入患者体内，故在高能聚焦超声波源发射面的前方必须有一个容纳传导介质的结构(如水槽、水囊等)以及加入、排出传导介质及对介质进行处理的装置。
体外高能聚焦超声波治疗机的上述几个构成部分中，高能聚焦超声波波源是最重要的部件。聚焦超声波波源不论采用何种聚焦方式(透镜折射聚焦、曲面反射聚焦、凹球面自聚焦等)，所发射的超声波聚焦后总是以接近球面波的形式传向焦点。在此，将其发射面外缘直径称为“孔径”，外缘直径两端点到焦点连线的夹角称为“孔径角”。
妥善解决安全性与有效性的矛盾是医疗器械产品面对的最主要的问题。对高能聚焦超声波治疗机的大量研究和实践证明，高能聚焦超声在焦点处获得足够高的声强和温度以杀灭生物组织并不困难，而在此前提下如何避免或尽量减少超声传导路径上对人体的损伤却并不容易。解决这个问题是高能聚焦超声波治疗成败、优劣的关键。尽量提高超声波源的聚焦性能是解决此问题的主要途径，而孔径角则是影响波源聚焦性能的主要参数。
目前已有的高能聚焦超声波治疗机波源多数采用了60°孔径角，有的采用了更小的孔径角(小于50°)。而根据目前的实践，具有这些角度孔径角的波源的聚焦性能并不理想，要么会使患者产生明显疼痛，造成路径损伤，要么不能在焦点处获得足够高的声强和温度以杀灭生物组织。
采用焦点前方3-5cm超声通过路径范围内最大声压与焦点声压的百分比值(下文中简称为“径焦声压比”)作为评价聚焦性能的指标(该比值愈小聚焦性能愈好)，来研究孔径角对该项比值的影响。实践证实，孔径角较小时，聚焦性能随孔径角的增大改善明显，而孔径角增大到一定程度后，聚焦性能的改善程度逐渐减少。再加上孔径角增大带来的波源体积、成本增加及治疗方面的困难等因素，因此，使波源聚焦部件的孔径角处在一个最佳范围从而解决上述问题是非常必要的。
发明概述
本发明的目的是提供一种聚焦超声波波源，其能够具有理想的聚焦性能，使聚焦超声在焦点处获得足够高的声强和温度，从而杀灭生物组织，同时还可避免或尽量减少超声传导路径上对人体的损伤。
为了实现上述目的，本发明提供了一种聚焦超声波波源，其包括用于发射超声波的超声波发射部件和用于使所发射出的超声波聚焦的聚焦部件，所述聚焦部件位于所述超声波发射部件的发射面前方，从而使所发射的超声波经所述聚焦部件聚焦后以接近球面波的形式传向焦点，所述聚焦部件有一弧形表面，所述超声波发射部件所发射的超声波经所述弧形表面聚焦后传向焦点，其特征在于，该弧形表面的外缘直径两端点到焦点连线的夹角α在50°-120°的范围内。
优选是，聚焦部件的弧形表面的外缘直径两端点到焦点连线的夹角在60°以下直至50°的范围内，例如为56°；或者该夹角在60°以上直至120°的范围内，例如为110°。
本发明的超声波源经测试聚焦性能均明显优于现有的小孔径角波源，能够使聚焦超声在焦点处获得足够高的声强和温度，从而杀灭生物组织，同时还可避免或尽量减少超声传导路径上对人体的损伤，使患者的疼痛明显减轻。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
图1是本发明的聚焦超声波波源的一种实施例的示意图，其采用的聚焦方式为球面自聚焦；
图2是本发明的聚焦超声波波源的另一种实施例的示意图，其采用的聚焦方式为透镜聚焦。
如图所示，其示意性地示出了本发明的聚焦超声波波源的结构原理图，其包括用于发射超声波的超声波发射部件2和用于使所发射出的超声波聚焦的聚焦部件1，所发射的超声波经所述聚焦部件1聚焦后以接近球面波的形式传向焦点F，其中，其聚焦部件1的弧形表面外缘直径两端点到焦点连线的夹角α(即上文所说的“孔径角”)在50°-120°的范围内。
优选是，聚焦部件的弧形表面外缘直径两端点到焦点连线的夹角(孔径角)α在60°以下直至50°的范围内，例如56°。或者，该夹角α在60°以上直至120°的范围内，例如110°。
例如：波源孔径角α选为56°，采用凹球面多元阵聚焦，并且聚焦半径R＝300mm。该波源可用于下置波源高能聚焦超声波治疗机。
再比如：波源孔径角α选为110°，采用凹球面聚焦，聚焦半径R＝50mm。该波源可用于表浅部高能聚焦超声波治疗。
其中，所述聚焦部件1可为透镜，其采用透镜折射方式聚焦，如图2所示；所述聚焦部件1也可为凹球面，其采用凹球面自聚焦方式聚焦，如图1所示。
如上所述，波源聚焦部件孔径角范围在50°-120°范围内较为合适。即，在不同的应用条件下，孔径角为60°以下直至50°或60°以上直至120°的范围。对于表浅部位的治疗，采用60°以上的孔径角更为有利。
根据本发明的超声波源经测试聚焦性能均明显优于现有的小孔径角波源，可使聚焦超声在焦点处获得足够高的声强和温度，从而杀灭生物组织，同时还可避免或尽量减少超声传导路径上对人体的损伤，在临床治疗中使患者的疼痛明显减轻，获得了令人满意的效果。

Claims (8)

1.一种聚焦超声波波源，其包括用于发射超声波的超声波发射部件(2)和用于使所发射出的超声波聚焦的聚焦部件(1)，所述聚焦部件(1)位于所述超声波发射部件(2)的发射面前方，从而使所发射的超声波经所述聚焦部件(1)聚焦后以接近球面波的形式传向焦点，所述聚焦部件(1)有一弧形表面，所述超声波发射部件(2)所发射的超声波经所述弧形表面聚焦后传向焦点，其特征在于，该弧形表面的外缘直径两端点到焦点连线的夹角α在50°-120°的范围内。
2.根据权利要求1所述的聚焦超声波波源，其特征在于，所述的弧形表面的外缘直径两端点到焦点连线的夹角α在60°以下直至50°的范围内。
3.根据权利要求2所述的聚焦超声波波源，其特征在于，所述的弧形表面的外缘直径两端点到焦点连线的夹角α为56°。
4.根据权利要求1所述的聚焦超声波波源，其特征在于，所述的弧形表面的外缘直径两端点到焦点连线的夹角α在60°以上直至120°的范围内。
5.根据权利要求4所述的聚焦超声波波源，其特征在于，所述的弧形表面的外缘直径两端点到焦点连线的夹角α为110°。
6.根据权利要求1-4之一所述的聚焦超声波波源，其特征在于，所述聚焦部件(1)为透镜，其采用透镜折射方式聚焦。
7.根据权利要求1-4之一所述的聚焦超声波波源，其特征在于，所述聚焦部件(1)为一曲面，其采用曲面反射聚焦。
8.根据权利要求1-4之一所述的聚焦超声波波源，其特征在于，所述聚焦部件(1)为凹球面，其采用凹球面自聚焦方式聚焦。
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