[发明专利]具有屏蔽件的换能器

说明书

技术领域

本发明涉及用于医疗器械的高强度聚焦的超声换能器，该换能器通常具有物理附连到换能器面部的屏蔽件。

背景技术

高强度聚焦的超声(HIFU)换能器在医疗过程中发现有越来越多的使用。类似于它们在诊断显像中的同类设备，HIFU换能器共有许多相同的结构部件。在HIFU换能器中，压电材料被选用并制作以产生所期望的频率、强度和总功率来产生足以溶解靶组织的HIFU量级。一旦压电材料已被选择并成形，该压电材料与导电材料(金属化层)被涂敷在换能器的正面和背面两面上。通过在电极之间施加强电势并激活压电材料，从而使压电材料“极化”。电极连接到每个金属化表面，并且连接到发电机。在电极之间施加周期性变化的电势差，使得压电材料以交替频率纵向振动。换能器的背面通常与空气或低声阻抗吸收器背衬对接；换能器的正面与声负载对接，有时通过中间阻抗匹配材料层。该配置使超声波前纵向传播通过正面。尽管换能器面部可以是平坦的或有形状的，但是在HIFU应用中，正面通常是“碗”形以提供球面聚焦。

在医疗高强度聚焦的超声(HIFU)的应用中，换能器通常耦合到患者用流体。HIFU治疗中使用的频率、强度和功率使得来自患者界面的反射足以引起气蚀和耦合剂粒子(包括水分子)的微流(micro-streaming)，这可导致对换能器面部的损伤。对换能器面部的损伤产生许多非期望的副作用，包括匹配层从压电陶瓷的分层、金属化对压电材料的侵蚀、超声能量的适当聚焦的损失(这引起衰减和各区域中的热量积累从而对患者造成健康风险)、以及对用于制造换能器的压电材料的物理破坏。

解决该问题的各种尝试迄今为止被证实是令人不满意的。在一些HIFU应用中，换能器屏蔽有时被发现是横跨换能器面部放置的声透镜形式。声透镜提供双重功能，即提供超声能量的聚焦度，同时保护压电材料使其免受损伤。损伤可来自于换能器面部与外部物体的意外接触，或者来自于在用于将换能器耦合到靶面的介质中的HIFU反射的机械效应。使用声透镜有若干缺点。

该解决方案的一个缺点是透镜还用作换能器“栈”(压电材料加任何匹配层和背衬)与靶组织之间的边界层。超声能量通过透镜中的衰减而损失。超声能量的反射和折射也是必须解决的问题。随着HIFU换能器中功率和强度的增大，使用透镜伴随的关联困难变得太大以致无法克服。

因而需要一种HIFU换能器，该换能器可以抵抗其被激活时所产生的干扰。

还需要一种可在极端高的操作强度和总功率量级下操作的HIFU换能器。

又需要延长已被干扰损伤的换能器的使用寿命。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能抵抗与HIFU的使用相关联的机械损伤的HIFU换能器。

另一目的是提供一种可保护换能器面部而基本上不劣化换能器性能的屏蔽件。

又一目的是提供一种不干扰来自换能器的超声能量传输的屏蔽件。

再一目的是提供一种如果需要的话可以更换的换能器屏蔽件。

通过使用一种具有屏蔽件的高强度聚焦的超声换能器来实现这些以及其它目的。在一个实施例中，具有屏蔽件的HIFU换能器具有正面、背面和附连到正面的屏蔽件。

在另一实施例中，有一种高强度聚焦的超声换能器，它具有平坦的或基本上呈碗形的正面以及附连到正面的屏蔽件。期望换能器面部在正面上具有由于电绝缘或材料的构成而造成的非电驱动的区域(非驱动区域，整体或局部压电惰性区域)，使得非驱动区域不是超声发射表面。非驱动区域覆盖有充当屏蔽件的材料，当换能器的激活区域被激活且所反射的能量碰撞在换能器面部上时，该屏蔽件防止对换能器的损伤。

在另一实施例中，换能器具有贯穿换能器正面且与换能器正面基本上垂直对准的缝隙。该缝隙从换能器的正面延伸到背面。任选地，该缝隙可被填充。

附图说明

图1A-1B示出已损伤的HIFU换能器。

图2A-2O示出具有屏蔽件的HIFU换能器和各种横截面。

图3A-3B和图4A-4G示出用于制造具有屏蔽件的HIFU换能器的各种模具。

图5A-5C示出具有屏蔽件的换能器的替换设计。

图6A-6H示出制造具有屏蔽件的换能器的方法。

具体实施方式

此处所述的各种换能器被设计为抵抗当换能器被激发时所遇到的破坏性反射能量。特别地，本发明涉及用于医疗器械的高强度聚焦的超声换能器。这些换能器经常用于人类患者，因而非常期望能确保换能器性能的较高和稳定的质量。

在一个实施例中，HIFU换能器具有放置在其正面上的屏蔽件。