[发明专利]超声换能器、聚焦超声治疗设备

说明书

本发明提供一种超声换能器、聚焦超声治疗设备，属于高强度聚焦超声技术领域，其可解决现有的超声换能器焦域尺寸大、形状呈“雪茄型”的问题。该超声换能器包括发声单元和发声面，发声单元用于产生超声波，发声面为具有第一缺口、第二缺口、第三缺口的球面，其中，发声面对应的球面的一个球心面为主球心面，第一缺口和第二缺口分别位于垂直于主球心面的直径与球面的两个相交处，第三缺口连接第一缺口和第二缺口；在距离主球心面两侧分别一定距离的范围内，发声面在与主球心面平行的截面中为圆弧形，圆弧形的开口对应第三缺口，圆弧形的圆心角大于180度且小于360度；发声面能反射超声，且发声单元产生的超声波聚焦于发声面对应的球心。

技术领域

本发明属于高强度聚焦超声技术领域，具体涉及一种超声换能器、聚焦超声治疗设备。

背景技术

高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)技术已在医疗、科研、材料处理等领域获得了广泛应用，其利用超声的可聚焦性和穿透性，使超声在特定位置聚焦，并利用焦域处的高能量治疗疾病、激发反应、改变材料性质等。例如，高强度聚焦超声技术在临床上已用于治疗肝癌、乳腺癌、肾癌、骨肿瘤、子宫肌瘤等良恶性肿瘤，其原理是将超声聚焦到人体内的病变处，使焦域的高能量密度机械能转换为热能，使病变组织凝固性坏死(又称超声热消融)；同时，由于声通道上的超声能量密度较低，故可保证病变组织周围和声通道上的正常组织不受影响或受到的影响可接受。

超声换能器是高强度聚焦超声技术的核心部件，其用于将电能转换为机械能，并从发声面各处沿法线方向发射超声，以使发出的超声聚焦。现有的聚焦超声换能器的发声面多为球冠面，其发出的超声为行波，并在球冠的球心附近聚焦。由于超声的特性，故现有超声换能器的焦域实际近似于雪茄形或纺锤形，其在声轴方向的长度较大，一般超过10mm，而在其它两短轴的尺寸则在2～3mm(以超声频率为1MHz时为例)。

现有超声换能器的焦域范围较大，能量不够集中，焦域处能量密度较低，声压最多仅能达到10⁷Pa量级，由此导致其不能迅速消融病变组织，治疗时间长，治疗效果不佳。

另外，人体内存在大量骨骼、含气脏器、脂肪等非均匀组织，它们会对现有超声换能器发出的超声造成严重的散射、反射，使超声的传播呈严重的非线性等，进而使焦域产生不可预测的偏移、畸变，影响治疗的安全性。

发明内容

本发明至少部分解决现有的超声换能器焦域尺寸大、形状呈“雪茄型”的问题，提供一种可形成小尺寸的球形焦域的超声换能器、聚焦超声治疗设备。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种超声换能器，包括发声单元和发声面，所述发声单元用于产生超声波，且

所述发声面为具有第一缺口、第二缺口、第三缺口的球面，其中，所述发声面对应的球面的一个球心面为主球心面，所述第一缺口和第二缺口分别位于垂直于主球心面的直径与球面的两个相交处，所述第三缺口连接第一缺口和第二缺口；

在距离主球心面两侧分别一定距离的范围内，所述发声面在与主球心面平行的截面中为圆弧形，所述圆弧形的开口对应第三缺口，所述圆弧形对应的圆心角大于180度且小于360度；

所述发声面具有反射超声的能力，且所述发声单元产生的超声波聚焦于发声面对应的球心。

优选的是，所述第一缺口和第二缺口的边缘分别位于第一平面和第二平面中。

进一步优选的是，所述第一平面与第二平面均平行于所述主球心面。

进一步优选的是，所述第一平面与第二平面间的距离在80～1000mm。

进一步优选的是，所述第一平面与第二平面间的距离在150～500mm。

进一步优选的是，所述第一平面与主球心面间的距离等于所述第二平面与主球心面间的距离。