[实用新型]一种用环形水听器阵列测量冲击波散射信号的水箱装置

说明书

技术领域

本实用新型属于医疗声学技术领域，具体涉及一种用环形水听器阵列测量冲击波散射信号的水箱装置。

背景技术

冲击波是一种不连续峰在介质中的传播，这个峰导致介质的压强、温度、密度等物理性质跳跃式改变。

任何波源，当运动速度超过了其波的传播速度时，这种波动形式都可以称为冲击波，或者称为激波。其特点是波前的跳跃式变化，即产生一个锋面。锋面处介质的物理性质发生跃变，造成强烈的破坏作用。冲击波的传播通常通过物质的媒介。

冲击波研究长期以来用于解决超音速飞行、宇宙飞船重返大气层等相关的高速气体动力学问题。而近30年来，冲击波技术成功地应用于医学领域。体外冲击波碎石技术(extracorporealshockwavelithotripsy,ESWL)的疗效已经毋容置疑，它能无创地将尿路结石或肾结石碎裂和移除。在骨外科中，冲击波有效地治疗骨不连、假关节、肩周炎、网球肘及其他骨科疾病。在兽医学领域，冲击波用于治疗马、犬等动物的跟腱、韧带和骨的损伤。有趣的是，冲击波在体外碎石术和骨外科中，使用了两种完全不同的工作原理：前者是冲击波迫使尿结石或肾结石碎裂，而后者则是冲击波产生所需的刺激去促进肌腱、周围组织和骨等愈合。

体外冲击波碎石仪或骨疗仪，其产生的冲击波类似于微型爆炸产生的高能声波，其频谱很宽，从14Hz到40MHz，且含有正压和负压两个部分；正压在小于10ns的时间内峰值压力上升到几十MPa的量级，而负压的升降过程则稍微缓慢，峰值也远不如正压大。体外冲击波碎石机产生的冲击波，通过传递介质(水)进入人体，将体内的结石击碎，但是人体软组织不受损伤或损伤甚微。其主要机制是：冲击波的应力作用和空化效应造成结石粉碎。

人体软组织拥有与水相近的密度和声阻抗，当冲击波从水传播到人体软组织时，衰减与反射都很很小；而当冲击波传播到结石时，由于密度的巨大差异引起声速改变，因而在结石表面产生很大的声阻抗，并在结石表面与内部产生应力作用，使结石破碎。在碎石过程中，应力作用可分解为压应力和张应力，通常尿路结石的抗张强度是抗压强度的十分之一，所以张应力的破碎结石作用远大于压应力。

在体外冲击波碎石技术中，冲击波的空化效应是由声波引起的。其作用机制是：在声波张应力的作用下，液体爆裂而形成大量的水泡或气泡；当气泡表面的压力快速下降时，气泡突然破裂；气泡破裂时产生高速液体微喷射(liquidmicrojet)，微喷射直接作用于结石或组织表面。微喷射所产生的撞击力是结石粉碎和组织损伤的重要原因。

根据冲击波产生方式不同，冲击波治疗机可分为如下四类：

1.液电式：水或其他液体中电极放电，通过反射体将能量汇聚到第二焦点处，现此类设备已较少生产；

2.气压弹道式：利用振子在空腔内高速运动产生振动，通过枪式探头耦合进入人体（原理同射钉枪，水泥枪），此类设备产生的机械波不具备聚焦特性，又称为散射式冲击波治疗设备；

3.电磁式：高压脉冲强电流通过线圈产生磁场，推动震膜运动产生冲击波，实现聚焦，平射，或散射进入人体，进行相应的治疗；

4.压电陶瓷式：使用压电晶体材料作为换能器，此类设备尚未上市。

目前在冲击波碎石仪领域，常用的定位方式有痛点反馈定位，X光定位，B超定位和MRI定位。上述定位方法都是在术前对结石进行诊断定位，而无法在冲击波碎石仪工作中对结石进行定位和瞄准。因此，开发出一种能够接收冲击波后向散射回波的仪器，配合碎石仪在术中对结石的位置和大小进行动态跟踪，对于冲击波碎石手术的进步有着重要的意义。

发明内容

本实用新型基于目前冲击波碎石仪的现状，出于提升碎石仪工作效率的目的，提出了一种用环形水听器阵列测量冲击波散射信号的水箱装置。

本实用新型包括电磁式冲击波治疗仪、环形水听器阵列、标准反射体、三轴自动运动控制机构和水箱；所述电磁式冲击波治疗仪的治疗头中轴线与环形水听器阵列的中轴线重合，且二者均固定于水箱框架上；所述的环形水听器阵列和标准反射体均设置在水箱内部；所述的三轴自动运动控制机构驱动标准反射体；所述标准反射体的几何中心位于治疗头的中轴线上，并置于治疗头的焦域之内。

所述电磁式冲击波治疗仪的治疗头安装于水箱外侧，治疗头前端伸入水箱内，其聚焦方向朝向水箱内部。

所述的环形水听器阵列包含沿圆周均布的若干个压电水听器阵元，所有压电水听器阵元均固定在环形不锈钢底座的喇叭口内侧；环形不锈钢底座与铝合金悬挂装置固定，铝合金悬挂装置固定于水箱顶部。

所述的标准反射体呈棱长为5～20mm的正方体。