一种高强度聚焦超声换能器阵列.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103341241A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103341241103341241A(43)申请公布日2013.10.09(21)申请号201310312076.3(22)申请日2013.07.24(71)申请人苏州科技学院地址215009江苏省苏州市高新区科锐路1号(72)发明人殷振李华李艳曹自洋汪帮富谢鸥刘义生吴永芝任坤张峰(51)Int.Cl.A61N7/02(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图2页附图2页(54)发明名称一种高强度聚焦超声换能器阵列(57)摘要本发明公开了一种高强度聚焦超声换能器阵列，包括一个球冠型刚性支撑架和若干个超声换能器，球冠型刚性支撑架的中央单独放置一个超声换能器，其余超声换能器离散分布在以该超声换能器为中心的若干层同心环上，各环层之间的角间距均不相等，各环层之间的间隔及同环内相邻超声换能器的间距在5mm以内，每层同心环的起始超声换能器位置随机而定，每个超声换能器有独立的电激励信号馈线，分别连接至相控信号激励系统。本发明通过基于伪逆矩阵理论的焦点模式合成方法计算超声换能器的相位和电压幅度分布，实现声束电子聚焦和扫描，产生所需单焦点或多焦点等声场控制模式，应用于人体内目标肿瘤病灶的快速加热消融。CN103341241ACN10342ACN103341241A权利要求书1/1页1.一种高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：包括一个球冠型刚性支撑架和若干个超声换能器，球冠型刚性支撑架上设置有若干个供安装超声换能器的孔；超声换能器包括螺栓、后盖板、压电陶瓷片、电极片、变幅杆、转换套筒、振动板和粘接在振动板上的耦合层，后盖板和变幅杆通过螺栓将依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和变幅杆联接夹紧，转换套筒设置在变幅杆的前端，振动板和粘接在振动板上的耦合层设置在转换套筒的前端；球冠型刚性支撑架的中央单独放置一个超声换能器，其余超声换能器离散分布在以该超声换能器为中心的若干层同心环上，各环层之间的角间距均不相等，各环层之间的间隔及同环内相邻超声换能器的间距在5mm以内，每层同心环的起始超声换能器位置随机而定，其余超声换能器相继按等角间距紧密均匀地分布在同心环上，每个超声换能器有独立的电激励信号馈线，分别连接至相控信号激励系统。2.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：所述的球冠型刚性支撑架的曲率半径R＝L1+L2+L3，其中L1为该相控阵的聚焦最小深度，L2为该相控阵的轴向扫描范围，L3为超声换能器中耦合层到固定法兰盘之间的距离，球冠型刚性支撑架的f值满足0.70≤f值≤0.85，其中f值为刚性支撑架球冠的曲率半径R与球冠底部直径D之比。3.根据权利要求1所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：所有超声换能器的工作频率和所有超声换能器的激励电源信号频率均相同，各个激励电源信号独立可控，相位和电压幅度各不相同，通过基于伪逆矩阵理论的焦点模式合成方法计算阵元的相位和电压幅度组合，实现声束的电子聚焦和扫描，产生所需的单焦点或多焦点声场控制模式。4.根据权利要求1-3的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：所述超声换能器的转换套筒和变幅杆制造成一个整体零件。5.根据权利要求1-3的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：所述超声换能器的转换套筒焊接在变幅杆的前端。6.根据权利要求1-3的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：所述超声换能器的转换套筒通过螺纹联接在变幅杆的前端。7.根据权利要求1-3所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：所述超声换能器的振动板粘接在转换套筒的前端。8.根据权利要求1-3所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：所述超声换能器的振动板焊接在转换套筒的前端。9.根据权利要求1-3所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：所述超声换能器的耦合层的材料为泡沫塑料。10.根据权利要求1-3所述的高强度聚焦超声换能器阵列，其特征在于：所述超声换能器的耦合层的材料为环氧树脂。2CN103341241A说明书1/3页一种高强度聚焦超声换能器阵列技术领域[0001]本发明涉及利用逆压电效应的超声振动高强度声场输出领域，具体来说，涉及一种应用于高强度聚焦超声肿瘤治疗的高强度聚焦超声换能器阵列。背景技术[0002]随着超声技术的发展，强功率声波在空气中的应用日趋广泛。在生物医学工程、超声医疗技术等领域，为了得到较高强度声场，目前多采用曲面有源自聚焦、声透镜聚焦、多元阵列自聚焦、相控阵聚焦等方式，这几种高强度声场的获取方式在多个生产领域均有应用，能够基本满足生产应用的需要，但是也存在一些不足，曲面有源自聚焦和声透镜聚焦方式，超声能量转化率低、聚焦声功率小，尤其