[发明专利]光声透镜的制作方法、聚焦超声器件及聚焦超声量测系统

说明书

本发明公开了一种光声透镜的制作方法、聚焦超声器件及聚焦超声量测系统，该制作方法其包括以下步骤；S1、将平凹透镜置于蜡烛火焰上，使平凹透镜的凹面表面产生一层均匀的蜡烛烟灰纳米粒子；S2、将所述平凹透镜沉浸于装有聚二甲基硅氧烷的容器中，使用浸涂方式，形成蜡烛烟灰纳米粒子‑聚二甲基硅氧烷复合物；S3、将所述平凹透镜表面多余的聚二甲基硅氧烷引导出去；S4、对所述平凹透镜进行热固化。本发明聚焦焦斑小、器件尺寸小、适用于高精度治疗。制备便宜且简单且适用于手持操作。

技术领域

本发明涉及聚焦超声设备技术领域，尤其涉及一种光声透镜的制作方法、聚焦超声器件及聚焦超声量测系统。

背景技术

高强度聚焦超声(High-intensity focused ultrasound，HIFU)是一种医学技术，可用于治疗许多病症。借由将超声汇聚在一个小的聚焦体积内，高强度聚焦超声可对目标物产生有用的热或机械效应。高强度聚焦超声已被用于许多应用，例如肝与肾肿瘤的治疗，药物的靶向和递送，和骨头的消融。此外，基于空穴(Cavitation)的高强度聚焦超声可以提高治疗效果，并已展示了很好的应用，例如减缓肿瘤生长。在治疗过程中，一般使用图像引导的高强度聚焦超声治疗来实现靶向和监测。

目前主要使用压电换能器来产生高强度聚焦超声，其中心频率通常为数兆赫，孔径为数厘米，导致其聚焦焦斑尺寸通常比1毫米大。由压电换能器产生的局部加热可用于治疗囊肿和肿瘤。肿瘤周围一般有重要血管，在使用高强度聚焦超声治疗时，应避免损害到这些重要血管。在这方面，由于压电换能器的焦斑尺寸大，所以进行肿瘤治疗而不伤害到周围重要血管的难度极大。若要实现高精度的靶向治疗，必须使用微小焦斑的高强度聚焦超声。高频超声(数十兆赫)具有高空间分辨率，有望产生微小焦斑的高强度聚焦超声。然而，高频的高强度聚焦超声的产生是相当困难的，因为在生物组织和水介质中高频超声有较大衰减。此外，对于高频超声，需要更高的超声压强才能产生空穴效应。另一个关键的限制是：由于压电换能器的孔径较大，使其无法用于腔内治疗或术中治疗的应用。

超声的产生除了使用传统的压电换能器，激光产生超声(Laser-generatedultrasound，LGUS)发射器(transmitter)也是很好的选择，并可用于许多先进的超声应用。激光产生超声的原理是基于光声效应。发射器吸收脉冲激光的光能量，然后转换成局部和瞬态的温度上升。温度上升会引起发射器的热膨胀，最终产生脉冲声波。激光产生超声的方法可以很容易地产生高频宽带的超声波，从数十兆赫甚至可到千兆赫。因此，激光产生超声发射器在过去几年已经引起越来越多的关注。有许多关于平面激光产生超声发射器的研究，主要使用金属或碳基材料作为吸收体。在过去的几年里，发射器的效率大大地提高了。例如，蜡烛烟灰纳米粒子-聚二甲基硅氧烷复合物的超声发射器可以达到很高的能量转换效率，为4.41X 10^-3。在这些工作中，制作的都是平面的超声发射器。

对于产生高强度聚焦超声，尤其是要产生高频的那种，激光产生聚焦超声(Laser-generated focused ultrasound，LGFU)是一种很理想的方式。其主要是将激光产生超声发射器制作于一个透镜的凹面上来实现声聚焦，这样的透镜也称为光声透镜。目前，已展示光声透镜能够产生微小聚焦体积的高强度聚焦超声，聚焦体积大小在横向和轴向分别为75微米和400微米，可用于高精度的靶向治疗。然而，在所有这些展示中,激光照射光声透镜需在光学桌上进行良好光路对准，并不适用于手持操作。因此，将激光产生聚焦超声用于临床应用的腔内和术中治疗也高度受限。此外，大多数的光声透镜使用碳纳米管-聚二甲基硅氧烷复合物作为超声发射器，其中的碳纳米管需要使用昂贵的设备和复杂的制程才能获得。虽然也有关于光纤的激光产生超声发射器的研究被报道，但目前只有展示发散波束或笔形波束。也就是说，目前还没有能产生高强度聚焦超声的微型光纤的发射器被报道。由于这样的发射器能在腔内和术中应用中进行高精度治疗，因此具有很高的临床应用价值。