[发明专利]透镜式多频聚焦超声换能器、换能系统及其声焦域轴向长度的确定方法

说明书

本发明提供一种透镜式多频聚焦超声换能器、换能系统及其声焦域轴向长度的确定方法，用于解决现有技术中声焦域长度较长的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种透镜式多频聚焦超声换能器，包括：压电片，所述压电片包括压电凹面和压电平面，所述压电凹面为球面结构，所述压电片具有多个厚度不同的谐振单元；声透镜，所述声透镜包括透镜凹面和透镜平面，所述透镜凹面为球面结构，所述透镜平面和所述压电平面贴合。本方案能够有效缩短声焦域轴向长度。

技术领域

本发明涉及超声医疗领域，特别是涉及一种透镜式多频聚焦超声换能器、换能系统及其声焦域轴向长度的确定方法。

背景技术

高强度聚焦超声(HIFU)是一种近年来新兴的体外无创治疗肿瘤技术，通过放置在体外的聚焦超声换能器，将超声能量聚焦在体内形成高能量的焦区，体内组织吸收超声能量使焦区内的组织产生凝固性坏死而不损伤声路径以及靶区周围正常组织。传统的HIFU换能器为单一频率模式，声焦域为椭球形，轴向长度是横向长度的几倍(6以上)。在临床治疗过程中发现，单频HIFU消融横向薄层病变组织时，由于声焦域轴向长度过长，可能损伤到靶区外的正常组织，增加治疗过程中的安全风险。

现有改变声焦域轴向长度的方法主要有：提高换能器工作频率、优化换能器结构和采用多频换能器。目前，应用于临床治疗HIFU换能器的频率都在1MHz左右，提高换能器工作频率能使声焦域轴向长度变短，但这是以牺牲超声波对组织的穿透性为代价的。因此，有学者从换能器结构上入手，发现增加聚焦换能器的开口半径能够从一定程度上缩短声焦域轴向长度，但在实际应用中，开口半径过大会导致入射物体的声窗口增大，从而影响使用范围。 20世纪90年代以来，国内外学者开始了双频或多频聚焦换能器的探究，Li等人从理论上系统性的分析了双频聚焦换能器的声焦域，结果表明，与单频聚焦换能器声焦域轴向长度相比，双频聚焦换能器声焦域轴向长度变长。Jianguo Ma等人采用两块等厚度压电片串联的方式实现1.5MHz+3MHz的双频聚焦超声换能器，结果表明，双频聚焦超声换能器的声焦域轴向长度介于1.5MHz和3MHz的单频聚焦超声换能器的声焦域轴向长度之间。采用双频的方式虽然能改变声焦域轴向长度，但由于不同频率的个数太少达不到压缩声焦域轴向长度的目的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种透镜式多频聚焦超声换能器、换能系统及其声焦域轴向长度的确定方法，用于解决现有技术中声焦域长度较长的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种透镜式多频聚焦超声换能器，包括：

压电片，所述压电片包括压电凹面和压电平面，所述压电凹面为球面结构，所述压电片具有多个厚度不同的谐振单元；

声透镜，所述声透镜包括透镜凹面和透镜平面，所述透镜凹面为球面结构，所述透镜平面和所述压电平面贴合。

可选的，所述压电片的中心厚度为t₁，所述压电片的边缘厚度为H，其中H-t₁小于λ为压电片的最高频率的波长。

可选的，所述压电片的压电平面的直径为d，所述透镜凹面的半径在之间。

可选的，所述压电片的中心厚度0.2mm＜t₁＜5mm，所述压电片的边缘厚度0.2mm＜H＜5mm，且t₁H。

可选的，所述压电片由1-3型压电复合材料制成。

一种换能系统，包括所述的透镜式多频聚焦超声换能器；

还包脉冲源，所述脉冲源用于激励所述压电片，所述脉冲源为多频脉冲源。

可选的，所述脉冲源为矩形脉冲。

可选的，所述矩形脉冲包含的频率为0.5-2MHz。

一种换能系统的声焦域轴向长度的确定方法，其包括如下步骤: