[实用新型]一种压电聚焦式超声波碎石装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及医疗超声技术领域，具体涉及一种压电聚焦式超声波碎石装置。

背景技术

在临床治疗人体结石方面传统的方法是采用手术治疗。自上世纪80年代以来，体外震波碎石仪被发明并在临床中得到了广泛应用。体外冲击波碎石的发生装置有液电式、电磁式、压电式、激光式、爆炸式等，其机理是产生脉冲冲击波，该冲击波在传播过程中通过会聚形成直径为1cm左右的超声波束，峰值声压可高达50～100MPa，对处于聚焦区域中的结石会产生强烈的冲击作用力，将结石粉碎；同时，在冲击波的作用下，水介质会产生强烈的空化，也会增强对结石的粉碎效果。但是，利用体外冲击波碎石仪进行治疗时，由于产生的脉冲冲击波初始能量较大，在介质中传播时会对人体的软组织器官等产生损伤副作用，另外，体外冲击波碎石仪产生的脉冲波频谱中含有很丰富的低频声波，在声波传播过程中不能得到有效汇聚，损失了到达治疗区域的声波能量，降低了对结石的粉碎效率。

传统对于肿瘤的治疗多是采用保守的药物治疗、化疗和手术治疗等。随着高强度聚焦超声（High Intensity Focus Ultrasound）技术的发展，该技术在肿瘤无创治疗方面在国内外得到了广泛的应用。其治疗机理是：将探头发射出的平均声强较低的超声波聚焦到直径为1～5mm左右的声波波束中，形成一个平均声强1000W/cm²以上的焦域，对肿瘤进行0.1～5秒的辐照，使得被辐照处的肿瘤组织温度上升到70℃以上，破坏肿瘤组织，达到治疗的目的。公开专利CN1215616A即是这类治疗系统。

高强度聚焦超声对肿瘤的切除和治疗主要利用的是聚焦超声的热效应，同时治疗的过程中也会伴随着空化效应和机械振荡等效应。高强度聚焦超声对肿瘤的治疗一般采用间断式连续声波，为了使肿瘤组织处达到足够高的温度，需要延长辐照的时间，提高超声剂量，积累的热效应同样会使得声波通过路径上的组织收到灼伤。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述存在的不足，而提供一种采用高强度聚焦式超声探头作为碎石超声波源，同时，为避免碎石过程中热效应的产生，采用具有一定占空比的正弦波填充脉冲信号，不会使得治疗区域产生明显的温升；通过将超声波能量聚焦到焦点处产生空化作用，将结石粉碎的压电聚焦式超声波碎石装置。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括信号发生器、高频功率放大器、阻抗匹配网络、B超装置、XYZ三维运动机构、控制计算机，所述的控制计算机通过通讯接口与信号发生器相连，该信号发生器所产生的正弦波填充脉冲信号通过高频功率放大器放大进入于阻抗匹配网络内，且该高频功率放大器通过阻抗匹配网络驱动压电聚焦式超声探头；所述的B超装置通过提供信息方式与控制计算机相连，XYZ三维运动机构内的三个步进电机分别连接于所述的控制计算机内的步进电机控制接口内，该XYZ三维运动机构通过控制方式与结石仿真模型相连。

作为优选，所述的B超装置由B超显示机与B超探头连接组成，B超显示机通过提供信息方式与控制计算机相连，B超探头用于对结石进行扫描定位，所检测的信息通过B超显示机显示。

作为优选，所述的信号发生器所产生的正弦波填充脉冲信号为填充信号与脉冲信号，所述的填充信号为至少一个频率的组合信号，信号频率范围500kHz～2MHz之间；所述的脉冲信号为周期性信号，具有一定的占空比，以减小超声波的热效应。

作为优选，所述的压电聚焦式超声探头采用压电材料或压电复合材料作为有源元件，并采用多个阵元排布在球冠型结构的内面，通过这种结构的排布使得多个阵元的能量在空间某点形成聚焦；压电聚焦式超声探头的工作频率在500kHz～2MHz，所形成焦点的-3dB焦斑直径约1～4mm，-6dB的焦长一般在10～20mm。

本实用新型的有益效果为：（1）本实用新型的碎石机理不同于传统的冲击波碎石，采用压电聚焦式超声探头将初始能量级较低的超声波聚集于空间一点处，形成高能量区域，具有能量转换效率高的优点，同时避免了传统冲击波碎石仪在碎石过程中对人体软组织可能存在的潜在的损伤，具有副作用小的特点；

（2）本实用新型的碎石机理不同于传统的冲击波碎石，传统的冲击波碎石是利用很高的电压（一般是数千伏乃至上万伏的高压）瞬间放电，产生刺耳的噪声，对治疗过程中病人的生理和心理会带来负面的影响；本实用新型采用的正弦波填充脉冲信号，具有所需电压低（一般在数百伏的量级）， 在碎石过程中比较安静，可潜在地舒缓病人的心理压力；