[发明专利]聚焦光致超声材料及其制备方法和内窥式光致超声探头

说明书

本发明提供了一种聚焦光致超声材料及其制备方法和内窥式光致超声探头。利用基于掩模图像投影立体光刻技术(MIPS)的3D打印技术，以碳纳米管粉末和光固化树脂的混合物为原料，自下而上，逐层制作聚焦光致超声材料。内窥式光致超声探头的主要结构包括成像入射光纤、治疗入射光纤、圆柱形光致超声材料、聚焦光致超声材料和全反射镜。通过成像入射光纤和圆柱形光致超声材料，产生超声信号，确定病变组织的位置；然后通过治疗入射光纤和聚焦光致超声材料，产生能量较高的超声信号，将病变组织击碎。

技术领域

本发明属于超声换能领域，更具体地，涉及一种聚焦光致超声材料及其制备方法和内窥式光致超声探头。

背景技术

随着社会经济的发展，我国心血管疾病发病率呈现逐年上升趋势，对病变组织的早期诊断与治疗是战胜心血管疾病的关键所在。目前，利用现有的技术可以对病变组织进行诊断。利用压电型超声换能器对血管内病变组织进行诊断与治疗均有研究与报道，成像使用高频超声，治疗使用低频超声。随着压电单晶与厚膜技术发展，微型高频超声换能器可以提高成像的质量，病变组织可以得到准确的内窥视诊断；但是，低频超声换能器难以做到小型化，并且治疗范围大，精确性差。所以，使用压电型超声换能器难以实现精准的内窥式同步诊疗。

医学超声在临床疾病诊断与治疗中发挥着越来越重要的作用，作为超声产生与接受的关键部件，超声换能器一直是国内外研究的热点。随着人们对光热、热弹效应的研究逐渐深入，光致超声换能器的概念被提出。光致超声换能器属于光驱动器件，依靠脉冲激光照射光致超声材料产生超声信号，结合光纤技术可接受与解读超声回波信号。光致超声换能器单元尺寸已于小于100微米，每个器件单元之间没有串扰影响，因此其在内窥式超声成像方面具有很大优势。从治疗上看，光致超声换能器体积小、频率高、聚焦更准确，而且不存在加载高电压的安全顾虑，所以其在内窥式超声治疗方面具有更广阔的前景。

高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound简称HIFU)技术是一种很有前途的无损伤创伤治疗技术，对体内深层﹑固体肿瘤组织及血栓的治疗具有很好的效果。现在医学中我们通常采用压电高密度聚焦超声(HIFU)传感器来实现治疗的目的，这种传感器孔径较大，聚焦体积大，驱动电压高，频率范围低。所以长期以来HIFU产品由于安全问题和体积难于减小的问题不适合用于人体内超声治疗。现在新型的光驱动的超声适用于人体，通过光驱动材料产生高品质高振幅超声用于人体内治疗。HIFU技术中最为关键的技术是聚焦技术，目前主要所采用自聚焦的聚焦方式。自聚焦就是直接将换能器制作成自聚焦曲面，例如凹球面换能器，圆柱型换能器。目前可以小型化的制作方法有两种：第一种是自上而下的制作方法，选用块材打磨接着压制成型，但是压电陶瓷自身硬度高，柔韧性差，导致加工工艺极为复杂；第二种是自下而上的制作方法，通过材料的粉末进行逐层成型，这种方法较为简单，目前大部分的研究都致力于此。

3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种聚焦光致超声材料及其制作方法和内窥式光致超声探头，其目的在于使探头体积更小，精确度更高，并且同时做到诊断与治疗，由此解决压电型超声换能器体积大、精确度低的技术问题。

按照本发明的第一个方面，提供了一种聚焦光致超声材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备甲基乙基酮和乙醇作为共沸混合物；将碳纳米管粉末与分散剂在共沸混合物中混匀得到分散体；然后将分散体在40-50℃下干燥11-13小时；在分散体中溶剂蒸发后，得到干燥的碳纳米管粉末；