[发明专利]一种双频双层功率增强的环形高强度聚焦超声换能器

说明书

技术领域

本发明属于功率超声换能器的技术领域，具体涉及一种双频双层功率增强的环形高强度聚焦超声换能器。

背景技术

高强度聚焦超声换能器HIFU作为一种非介入式的微创治疗手段，正在逐渐被应用于更多的场合。首次将HIFU应用于临床治疗的是印第安纳大学Foster小组，他们在大量动物实验的基础上通过FDA的许可治疗了15例前列腺癌。在1997年，重庆医科大学研制出来国产的第一台HIFU治疗设备，并在此后的十多年间出口10余个发达国家，治疗肿瘤患者4万多例。全球各HIFU中心大量的病例治疗表明，无创的HIFU治疗技术与传统方法的疗效至少是相当的，并且更具优势。研究人员利用连续式HIFU在体内病灶部位产生高的能量聚集，形成短时高温，使得病灶组织产生不可逆的热凝固性坏死，从而杀死病变细胞。目前这一类HIFU治疗方式多应用于胰腺癌、前列腺增生和前列腺癌、乳腺癌、肝癌以及子宫肌瘤等。为了提高组织的吸热效率，通常采用1至5MHz高频超声连续作用。然而这种长达40至60分钟的连续辐照，可能在HIFU焦前区域造成皮肤和浅层组织损伤，而且仅适用于前文提到的那一类非致密性组织。针对一些致密组织，高频超声能量在入射的时候会由于声阻抗的巨大差异而大量反射，能量无法进入，此时低频的超声作用则更为明显。2004年，密歇根大学的Cain小组研究并发表了一种超声组织毁损技术(histotripsy)。该技术是利用短至几个周期的高能量低频率超声脉冲，在组织内产生空化力学毁损，从而达到组织粉碎和移除的目的。近几年内，该小组发展了一种基于半个周期的脉冲超声所产生的“microtripsy”技术，达到了微米级蚀刻的精度。该小组所使用的超声频率通常为几百KHz。此外，华盛顿大学Crum小组研究了一种基于毫秒级脉冲超声所产生的“boilinghistotripsy”技术，这是一种新兴的热凝固与空化力学毁损混合作用的治疗方式，他们所采用的超声频率为1-3MHz。

目前国际上关于HIFU的研究成果已经体现出低频与高频HIFU混合作用的重要性，可以预见未来HIFU的治疗不是仅仅局限于单一频率的某一种作用方式，而是空化力学毁损与热凝固同时或分时混合作用才能提高治疗效率。为了实现这种混合治疗方式，使用两个不同频率的HIFU换能器单独驱动、分时治疗并不合理，而且从系统的开发角度考虑也很复杂。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种能够满足低频条件的空化力学毁损与高频条件的热凝固同时或分时混合使用的要求，并且提高发射功率的双频双层功率增强的环形高强度聚焦超声换能器。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括外壳，外壳内设置有相互叠加且共焦的表层压电晶片和里层压电晶片，两层压电晶片均为环形凹面自聚焦结构，每层压电晶片均包括呈环形凹面且相互嵌套的外环和内环，外环为低频压电晶片，内环为高频压电晶片，两层的高频压电晶片处于同一球面且共焦。

所述的外环内径等于内环外径。

所述的表层压电晶片和里层压电晶片的曲率半径差等于表层压电晶片的厚度。

所述的里层压电晶片的背面设置有用于压电晶片的引线排布的填充及引线预留层。

所述的表层压电晶片和里层压电晶片之间的夹层内，以及填充及引线预留层均填充有耦合及固化材料。

所述的耦合及固化材料采用航海级环氧树脂，是液态的环氧树脂本胶与固化剂混合之后凝固形成的，压电晶片的引线包埋在凝固之后的固态胶体中。

所述的外壳上设置有引线预留孔，引线预留孔延伸至里层压电晶片背面的填充及引线预留层，引线预留孔的外端部设置有引线固定螺纹和密封圈凹槽。

所述的外壳的中间底部位置上设置有监控探头预留孔。

所述的外壳的背部设置有用于与机械控制装置连接的固定螺孔和用于与实验水槽连接的固定卡扣。

所述的外壳呈圆柱状，其近表面端的圆周侧设置有水囊卡扣。