[go: up one dir, main page]

RU2428120C2 - Резонансный ультразвуковой датчик и ультразвуковое устройство диагностики, терапии и индикации - Google Patents

Резонансный ультразвуковой датчик и ультразвуковое устройство диагностики, терапии и индикации Download PDF

Info

Publication number
RU2428120C2
RU2428120C2 RU2009106258/14A RU2009106258A RU2428120C2 RU 2428120 C2 RU2428120 C2 RU 2428120C2 RU 2009106258/14 A RU2009106258/14 A RU 2009106258/14A RU 2009106258 A RU2009106258 A RU 2009106258A RU 2428120 C2 RU2428120 C2 RU 2428120C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultrasound
ultrasonic sensor
resonant
ultrasonic
source
Prior art date
Application number
RU2009106258/14A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009106258A (ru
Inventor
Хаи ВАНГ (CN)
Хаи ВАНГ
Фенг ВУ (CN)
Фенг ВУ
Сийуан ЙАН (CN)
Сийуан ЙАН
Original Assignee
Чонгкинг Ронгхаи Медикал Ультрасаунд Индастри Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чонгкинг Ронгхаи Медикал Ультрасаунд Индастри Лтд. filed Critical Чонгкинг Ронгхаи Медикал Ультрасаунд Индастри Лтд.
Publication of RU2009106258A publication Critical patent/RU2009106258A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2428120C2 publication Critical patent/RU2428120C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/28—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using reflection, e.g. parabolic reflectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/32—Sound-focusing or directing, e.g. scanning characterised by the shape of the source
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
    • G10K15/04—Sound-producing devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B17/22—Implements for squeezing-off ulcers or the like on inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; for invasive removal or destruction of calculus using mechanical vibrations; for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for
    • A61B17/22004—Implements for squeezing-off ulcers or the like on inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; for invasive removal or destruction of calculus using mechanical vibrations; for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic shock waves
    • A61B17/22012—Implements for squeezing-off ulcers or the like on inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; for invasive removal or destruction of calculus using mechanical vibrations; for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic shock waves in direct contact with, or very close to, the obstruction or concrement
    • A61B2017/22024—Implements for squeezing-off ulcers or the like on inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; for invasive removal or destruction of calculus using mechanical vibrations; for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic shock waves in direct contact with, or very close to, the obstruction or concrement with a part reflecting mechanical vibrations, e.g. for focusing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым датчикам для диагностических и терапевтических устройств. Датчик содержит источник ультразвука, отражающий элемент, расположенный напротив источника ультразвука. Источник ультразвука выполнен сфокусированным, а отражающий элемент представляет собой отражающий элемент с функцией сфокусированного ультразвука, выполненные так, что ультразвуковые волны источника ультразвука неоднократно отражаются между источником ультразвука и отражающим элементом, создавая резонанс в резонансной полости, образованной источником ультразвука и отражающим элементом. Этот резонансный ультразвуковой датчик может использоваться в устройстве ультразвукового ультразвуковом диагноза, ультразвуковом устройстве терапии и ультразвуковом устройстве индикации. Использование изобретения позволяет повысить эффективность фокусировки и управления ультразвуковым полем. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к ультразвуковым датчикам и, конкретно, к ультразвуковому датчику с заданной модой распределения ультразвука в резонансной полости.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
КПД излучения ультразвука ультразвукового датчика может быть повышен наложением ультразвуковых волн, излучаемых ультразвуковым датчиком, на отраженные ультразвуковые волны. В конструкции отражающего ультразвукового конфокального микроскопа, раскрытого в японском патенте JP 6102260, этот способ используется, чтобы увеличить акустические поля в контролируемом образце с целью повышения качества изображения ультразвукового микроскопа.
В немецком патенте DE 3131796: (название изобретения: «Сканирующий ультразвуковой микроскоп» используются два конфокальных ультразвуковых датчика в сферическом корпусе, которые имеют общую фокальную точку. Один датчик действует как источник ультразвука для передачи ультразвуковых волн, а другой действует как приемник для приема ультразвуковых волн и обеспечивает изображение вещества из полученных сигналов.
Однако оба вышеупомянутых патента только констатируют, что использование двух ультразвуковых датчиков или одного из них, замененного отражателем, помогает только увеличить акустическую поле в фокальной точке микроскопа, но при этом эффективность излучения ультразвука ультразвуковым датчиком существенно не увеличивается.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С целью устранения упомянутых выше недостатков известного уровня техники, настоящее изобретение предлагает резонансный ультразвуковой датчик, который может обеспечить нужное удельное распределение акустического поля. Путем формирования ультразвуковой резонансной полости со специальными параметрами, передающее акустическое поле одного ультразвукового датчика согласуется с отражающим акустическим полем другого ультразвукового датчика и, соответственно, в резонансной полости может быть сформировано конкретное ультразвуковое поле, такое как ультразвуковое фокусирующее поле.
Техническое решение, предлагаемое в настоящем изобретении, обеспечивается резонансным ультразвуковым датчиком, который включает источник ультразвука для передачи ультразвуковых волн и отражающий элемент, расположенный напротив указанного источника ультразвука. Указанный источник ультразвука и отражающий элемент составляют резонансную полость.
После образования резонансной полости ультразвуковые волны, переданные от источника ультразвука, будут неоднократно отражаться между источником ультразвука и отражающим элементом, формируя, таким образом, резонанс. При этом указанный источник ультразвука в настоящем изобретении может также действовать как отражающий элемент.
Предпочтительно, указанный отражающий элемент может быть оформлен как источник ультразвука с функцией отражения.
Такие два ультразвуковых датчика расположены напротив друг друга, и акустическое поле, которое сформировано в резонансной полости, не является простым наложением двух акустических полей двух ультразвуковых датчиков, расположенных напротив друг друга, но является когерентным наложением ультразвуковых полей, которые сформированы повторным отражением от торцов двух ультразвуковых датчиков, расположенных напротив друг друга, и передачей ультразвука от источника. Распределение акустического поля, которое сформировано наложением, определяется расстоянием между двумя ультразвуковыми датчиками, расположенными напротив друг друга, калибром и фокусным расстоянием ультразвуковых датчиков, отражательной способностью поверхностей ультразвуковых датчиков и акустическими параметрами среды между ультразвуковыми датчиками. Распределение акустического поля, сформированного наложением, может быть анализировано способом, подобным анализу оптической резонансной полости, то есть удельное распределение ультразвукового поля, переданного от ультразвукового датчика, можно сформировать посредством введения определенных параметров ультразвука в резонансной полости. Поскольку эффективный калибр фокусирующего акустического поля, которое сформировано в ультразвуковой резонансной полости, больше эффективного калибра одного ультразвукового датчика, акустическое поле датчика, особенно фокусирующего ультразвукового датчика, может быть сконцентрировано посредством установки параметров формы резонансного ультразвукового датчика и параметров взаимосвязи между датчиками. Этот вид резонансного ультразвукового датчика с высокой степенью использования энергии и высоким отношением сигнал-шум может использоваться для ультразвукового диагноза, ультразвуковой терапии и ультразвуковой индикации.
Основной принцип настоящего изобретения заключается в следующем:
Формирующий механизм резонансного ультразвукового датчика в настоящем изобретении подобен распределителю световых волн в оптической резонансной полости. Поскольку в ультразвуковой терапии и в области измерений, среда, которая входит в контакт с ультразвуковым датчиком, является жидкой средой или тканью человеческого тела, но ультразвуковая волна, которая является своего рода механической волной, служит, главным образом, как продольная волна в жидкой среде и ткани человеческого тела. Когда ультразвуковая волна попадает в границу раздела между двумя веществами, происходит отражение и рефракция. Правила отражения и рефракции подчиняются закону Шелла. Волновое уравнение, действующее в резонансной полости, совместимо со скалярным волновым уравнением световой волны описывается выражением
Figure 00000001
где p - звуковое давление; с - скорость звука в среде в полости.
Как показано на фигуре 1, когда два источника ультразвука установлены напротив друг друга, т.е. первый источник ультразвука 1 и второй источник ультразвука 2 размещены коаксиально (причем один из источников ультразвука может быть ультразвуковым отражающим элементом), среда, через которую может быть передан ультразвук, заполняет пространство между этими двумя источниками ультразвука. Поскольку источники ультразвука могут передавать и отражать ультразвуковую волну, эти два источника ультразвука формируют ультразвуковую резонансную полость. Распределение акустического поля в резонансной полости является наложением акустического поля датчика прямой передачи и акустическим полем, отраженным от поверхности датчика.
Рабочая мода резонансной полости первого источника ультразвука и второго источника ультразвука будет значительно влиять на распределение акустических полей в резонансной полости. Только акустическое поле с удельным распределением может устойчиво существовать в резонансной полости этого типа. Поскольку время для установления устойчивого акустического поля достаточно мало, акустическое поле будет устойчивым только в случае акустического поля с удельным распределением в данной резонансной полости. Эти акустические поля с удельным распределением в резонансной полости связаны с параметрами резонансной полости, и они могут быть описаны модами акустических полей. Поскольку распределение акустических полей может быть разделено на пространственное распределение и временное распределение, устойчивые акустические поля, существующие в резонансной полости, могут быть представлены временной или пространственной модой (в соответствии с продольной модой и поперечной модой оптической резонансной полости). Временная мода соответствует пределу частоты этих акустических полей. Если в резонансной полости нужно сформировать устойчивое распределение акустических полей, рабочая частота первого источника ультразвука и второго источника ультразвука должны иметь определенную величину. Эти определенные значения частоты связаны с длиной резонансной полости. Частота ультразвука, устойчиво существующая в резонансной полости, представлена следующим выражением:
Figure 00000002
в котором f - частота, с - скорость звука среды и L - расстояние между двумя датчиками, т.е. длина резонансной полости.
Если устойчивое распределение акустических полей должно быть сформировано в резонансной полости, помимо условия частоты ультразвуковых волн, также требуется соблюдать условие пространственного распределения (пространственной моды), потому что устойчивое распределение ультразвуковых волн в резонансной полости - результат наложения акустических полей, неоднократно отраженных двумя отражающими поверхностями, которые составляют резонансную полость, и источника ультразвука, передающего акустические поля. Следовательно, ультразвуковая волна начинается от одной отражающей поверхности и передается на другую отражающую поверхность и затем отражается назад на начальную отражающую поверхность. Распределение ультразвуковых полей на отражающей поверхности должно быть тем же самым, как и в начале. Это описывается следующим уравнением:
Figure 00000003
в котором p1 (x1, y1) распределение акустического давления отражающей поверхности первого источника ультразвука; p2 (x2, y2) является распределением акустического давления, отражающей поверхности второго источника ультразвука (как показано на фигуре 2), в котором (x1, y1) и (x2, y2), соответственно, - координаты поверхности полости датчика резонансной полости, y1 и y2, соответственно, - коэффициенты отражения ультразвуковой волны от двух поверхностей полости, λ1 и λ2 длина ультразвуковой волны в резонансной полости.
Формула 3 является системой интегральных уравнений. Эта система уравнений должна быть решена численным методом. Однако при специальных условиях эта система уравнений может иметь аналитическое решение, например, когда внешняя структура пьезоэлектрического кристалла представляет собой прямоугольник, и L имеет достаточную длину для представления поверхности резонансной полости в виде плоской поверхности, вычисляя расстояние "r", когда распределение акустических полей на ее поверхности
Figure 00000004
в котором P10, P20 соответствуют амплитудам акустического поля ультразвуковых волн в центре первого источника ультразвука 1 и второго источника ультразвука 2; R1, R2 соответствуют радиусам первого источника ультразвука 1 и второго источника ультразвука 2; P1mn, P2mn соответствуют распределениям акустических полей первого источника ультразвука 1 и второго источника ультразвука 2 с символом моды "m" в горизонтальном направлении и символом моды "n" в вертикальном направлении (м. n=0 1 2 3 …);
Hm - порядок m функции Ганкеля.
В резонансной полости сформированное устойчивое акустическое поле на поверхности резонансной полости должно отвечать формуле 3. Когда форма резонансной полости - прямоугольник, и может быть применено практически осевое приближение, сформированное устойчивое акустическое поле на поверхности резонансной полости должна отвечать формуле 4.
На фигуре 3 устойчивое распределение звукового давления на поверхности отражателя низшего порядка, когда внешняя форма резонансной полости - квадратный пьезоэлектрический кристалл (представленный модами), причем моды на этой фигуре являются порядками функции Генкеля (т.е. m, n в формуле 4).
Когда структура пьезоэлектрического кристалла является круглой, его распределение на поверхности отражателя может все еще быть представлено аналитической формой, и распределение звукового давления на поверхности датчик ультразвука выражается формулой:
Figure 00000005
в котором Lm (n) - полином Лагерра; r1, r2, ϕ1, ϕ2 соответственно представляют полярные координаты поверхностей ультразвукового датчика S1 и S2. Устойчивое распределение акустического поля должно отвечать формуле (5). На фигуре 4 показаны устойчивые моды распределения звукового давления на поверхности отражателя (низкий порядок), когда форма представляет собой круглый пьезоэлектрический кристалл, моды на этой фигуре обозначены знаками m и n в формуле 5.
Определенное распределение на поверхности полости соответствует устойчивому распределению в полости. Согласно волновому уравнению, распределение ультразвуковых волн в резонансной полости описывается распределением Гаусса, как показано на фигуре 5. Поскольку мода низшего порядка имеет хорошую направленность, сконцентрированную энергию и наименьшие акустические потери, в ультразвуковой терапии и индикации всегда используется мода низшего порядка, т.е. фундаментальная мода. W0 - радиус пятна акустических лучей в резонансной полости, при этом в условиях фундаментальной моды, распределение акустического поля в резонансной полости:
Figure 00000006
где z0 - константа и
Figure 00000007
В ультразвуковой терапии для получения максимального усиления в фокальной точке (в положении пятна) ультразвуковых волн, требуется минимальный радиус пятна. Следовательно, должна быть известна зависимость между радиусом пятна и параметрами резонансной полости. Когда отражающие поверхности пьезоэлектрического кристалла составляют различные типы резонансных полостей, зависимости между радиусом пятна и параметрами резонансной полости различны. Такую зависимость между ними можно показать следующим образом:
Figure 00000008
Расстояние от пятна до поверхности ультразвукового датчика:
Figure 00000009
где l1 и l2, соответственно, представляют расстояния от пятна до поверхности первого источника ультразвука (пьезоэлектрического кристалла) 1 и до поверхности второго источника ультразвука (пьезоэлектрического кристалла) 2, т.е. расстояния от фокальной точки до поверхностей двух пьезоэлектрических кристаллов. По радиусам поверхности полости ультразвуковых датчиков и по расстоянию между двумя датчиками (длины полости), резонансный датчик может быть разделен на симметричный, конфокальный, концентрический, и концентрический и симметричный и т.д. Взаимосвязь между радиусом этих резонансных полостей и длиной полости выражается следующим образом:
Симметричный: R1=R2
Конфокальный: L=R1+R2/2
Концентрический: L=R1+R2
Концентрический и симметричный: L=R1+R2, R1=R2
Особенность симметричной резонансной полости заключается в том, что акустическое поле является симметричным по направлению оси резонансной полости, с вертикальной осью полости и через центральную точку резонансной полости.
Конфокальная резонансная полость имеет короткую длину и суперпозицию отражающего акустического поля в фокальной точке отражающего акустического поля. Этот тип резонансных полостей может быть легко модифицирован.
Особенность концентрической резонансной полости заключается в том, что, теоретически, центры суперпозиции всех отражений отраженных акустических волн одни и те же, но их трудно настроить.
Особенность концентрической и симметричной резонансной полости заключается в том, что помимо того, что имеется тот же самый центр суперпозиции, центр суперпозиция находится в центре сферы и, в принципе, фокальная точка сфокусированного ультразвука является очень малой.
Из формулы 7 можно видеть, что для получения минимального размера фокальной точки (размера пятна) нужно сформировать концентрическую резонансную полость, т.е. (R1+R2-L)=0). Резонансная полость, сформированная отражающими поверхностями пьезоэлектрических кристаллов, может иметь фокальную точку минимального размера.
Однако при практическом использовании, поскольку сборка и настройка концентрической резонансной полости являются сложными операциями, может быть применена неконцентрическая резонансная полость (например, конфокальная резонансная полость), но в этом случае пятно будет больше.
Однако ультразвуковая резонансная полость, составленная источниками ультразвука, отличается от обычной лазерной резонансной полости. Оптическая энергия в лазерной резонансной полости возбуждается различными другими источниками, и когерентное оптическое поле в лазерной резонансной полости является только лазерным полем. С другой стороны, акустическое поле в ультразвуковой резонансной полости вводится ультразвуковыми датчиками, и ультразвуковая волна источника ультразвука является полностью согласованной с ультразвуковой волной, возбужденной в резонансной полости. Полное акустическое поле в резонансной полости равно сумме акустического поля источника ультразвука и возбужденным акустическим полем в резонансной полости. Чтобы иметь максимально эффективную одиночную моду в резонансной полости, акустическое поле на внешней поверхности источника ультразвука должно быть подобно распределению акустического поля на внешней поверхности источника ультразвука выбранной моды в резонансной полости. Таким образом, когда в резонансной полости требуется фундаментальная мода, входное акустическое поле на поверхности внешнего источника ультразвука должно быть подобно распределению фундаментальной моды этой поверхности. Когда требуется мода высшего порядка, она должно быть подобна распределению моды высшего порядка.
В указанной резонансной полости могут быть использованы различные акустические устройства, например устройство акустической фокусировки для фокусировки ультразвуковых волн.
Любой из указанных источников ультразвука имеет выходное окно, через которое ультразвуковые волны могут быть переданы в резонансную полость с торца ультразвукового датчика и, таким образом, ультразвуковые волны в резонансной полости могут быть направлены к желательному месту.
Резонансный ультразвуковой датчик по настоящему изобретению может широко использоваться в устройствах ультразвукового диагноза, ультразвуковой терапии и ультразвуковой индикации и позволяет достичь эффективной фокусировки и управления ультразвуковым полем.
Указанные источники ультразвука могут быть сфокусированными источниками ультразвука или несфокусированными источниками ультразвука в зависимости от предъявляемых к ним требований. Например, в хирургии, сфокусированные источники ультразвука могут использоваться для обработки рака печени и т.д. Для лечения при болях в коленном суставе или других болезней, могут использоваться несфокусированные источники ультразвука, которые могут обеспечить хороший терапевтический эффект.
Ультразвуковое диагностическое устройство включает ультразвуковой датчик. Указанный ультразвуковой датчик представляет собой описанный выше резонансный ультразвуковой датчик.
Ультразвуковое терапевтическое устройство включает ультразвуковой датчик. Указанный ультразвуковой датчик представляет собой описанный выше резонансный ультразвуковой датчик.
Ультразвуковое устройство индикации включает ультразвуковой датчик, представляет собой описанный выше резонансный ультразвуковой датчик.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 - структурная схема резонансного ультразвукового датчика примера 1 осуществления настоящего изобретения.
Фигура 2 - схема взаимосвязи акустических полей поверхности резонансной полости.
Фигура 3 - схема мод низшего порядка устойчивого распределения звукового давления квадратного пьезоэлектрического кристалла.
Фигура 4 - схема мод низшего порядка устойчивого распределения звукового давления круглого пьезоэлектрического кристалла.
Фигура 5 - схема мод распределения устойчивого акустического поля, имеющего гауссово распределение в резонансной полости.
Фигура 6 - структурная схема примера 2 осуществления настоящего изобретения.
Фигура 7 - структурная схема примера 3 осуществления настоящего изобретения.
Фигура 8 - структурная схема примера 4 осуществления настоящего изобретения.
Фигура 9 - структурная схема примера 5 осуществления настоящего изобретения.
Фигура 10 - структурная схема примера 6 осуществления настоящего изобретения.
Фигура 11 - структурная схема примера 7 осуществления настоящего изобретения.
Фигура 12 - структурная схема примера 8 осуществления настоящего изобретения.
Фигура 13 - структурная схема примера 9 осуществления настоящего изобретения.
На фигурах: 1 - первый источник ультразвука, 2 - второй источник ультразвука, 3 - внешнее окно, 4 - акустическое устройство.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение будет далее описано более подробно в виде предпочтительных примеров осуществления со ссылками на приложенные чертежи.
Резонансный ультразвуковой датчик по настоящему изобретению включает источник ультразвука и отражающий элемент, расположенный напротив источника ультразвука. Источник ультразвука и отражающий элемент составляют резонансную полость. Указанный источник ультразвука может также действовать как отражающий элемент.
Ниже описываются не ограничивающие изобретение примеры осуществления настоящего изобретения.
Пример осуществления 1:
В этом примере показана коаксиальная рабочая мода двух ультразвуковых датчиков.
Как показано на фигуре 1 этого примера осуществления, источники ультразвука и отражающие элементы имеют сферический корпус ультразвуковых датчиков, т.е. первый источник ультразвука 1 и второй источник ультразвука 2. Два сферических ультразвуковых датчика размещены коаксиально и имеют радиусы R1 и R2 соответственно. При установлении длины резонансной полости L, с целью снижения геометрического затухания и потери дифракции, требуется, чтобы L<R1+R2. Символы 2a1 и 2а2 на фигуре 1 означают, соответственно, калибры двух ультразвуковых датчиков.
Два сферических ультразвуковых датчика могут работать вместе или по отдельности. Когда работает один из датчиков, другой может действовать только как отражатель. В еще одном случае оба датчика работают поочередно.
Когда эти резонансные ультразвуковые датчики используются для иссечения, и когда больной орган пациента, который является целью обработки, помещен между двумя датчиками, волны ультразвука сфокусированы в пятне в резонансной полости благодаря отражению от поверхности датчика. Когда цель перекрывает пятно, температура цели увеличивается до 60°С и происходит коагуляционный некроз ткани и, соответственно, может быть достигнута цель обработки. Если нужно обработать раковую опухоль ног, R1 может составлять 120 мм; R2 может составлять 110 мм и L может составлять 200 мм.
Пример осуществления 2:
В этом примере осуществления изобретения показана симметричная рабочая мода ультразвуковых датчиков.
Как показано на фигуре 6, в этом примере осуществления изобретения источники ультразвука и отражающие элементы включают сферические ультразвуковые датчики. Два сферических ультразвуковых датчика размещены коаксиально и симметрично и оба их радиуса равны R. Устанавливая длину указанной резонансной полости как L, чтобы уменьшить геометрическое затухание и потерю дифракции, требуется, чтобы L<2R.
В этом примере осуществления изобретения пятно резонансной полости расположено прямо в центре двух ультразвуковых датчиков. В этом варианте один из датчиков может использоваться так же, как и в примере осуществления 1. Если нужно обработать раковую опухоль ног, R может составлять 120 мм и L может составлять 200 мм.
Пример осуществления 3:
В этом примере осуществления изобретения используется концентрическая рабочая мода ультразвуковых датчиков.
Как показано на фигуре 7, в этом примере осуществления изобретения источники ультразвука и отражающие элементы включают сферические ультразвуковые датчики. Два сферических ультразвуковых датчика размещены коаксиально и концентрически. Их радиусы составляют, соответственно, R1 и R2. Устанавливая длину резонансной полости как L, требуется, чтобы L=R1+R2. Особенность этого типа устройства заключается в том, что размер пятна является малым. Способ использования этого примера осуществления является тем же самым, что и в примере осуществления 1. Если нужно обработать раковую опухоль ног, R1 может составлять 120 мм; R2 может составлять 110 мм и L может составлять 230 мм.
Пример осуществления 4:
В этом примере осуществления изобретения показана концентрическая и симметричная рабочая мода ультразвуковых датчиков.
Как показано на фигуре 8, в этом примере осуществления изобретения источники ультразвука и отражающие элементы включают сферические ультразвуковые датчики. Два сферических ультразвуковых датчика размещены коаксиально и концентрически, и оба их радиуса равны R. Устанавливая длину указанной резонансной полости как L, требуется, чтобы L=2R. Особенность этого типа устройства заключается в том, что размер пятна является малым, и пятно резонансной полости расположено прямо в центре двух ультразвуковых датчиков. Способ использования этого примера осуществления является тем же самым, что и в примере осуществления 1. Если нужно обработать раковую опухоль ног, радиус двух датчиков "R" составляет 120 мм, и L составляет 240 мм.
Пример осуществления 5:
В этом примере осуществления изобретения показана конфокальная рабочая мода ультразвуковых датчиков.
Как показано на фигуре 9, указанный источник ультразвука и указанный отражающий элемент размещены конфокально. Их радиусы составляют, соответственно, R1 и R2. В этом случае при установлении длины резонансной полости L параметры резонансной полости имеют следующую зависимость: 2L=R1+R2. Радиус пятна этой резонансной полости представляет собой:
Figure 00000010
Резонансные ультразвуковые датчики, составленные этой модой, имеют преимущество малой потери дифракции и легкой настройки. Способ использования этого примера осуществления является тем же самым, что и в примере осуществления 1. Если нужно обработать раковую опухоль ног, R1 может составлять 120 мм; R2 может составлять 110 мм, и L может составлять 115 мм.
Пример осуществления 6:
В этом примере осуществления изобретения, как показано на фигуре 10, два ультразвуковых датчика формируют резонансную полость, в которой эти два ультразвуковых датчика, т.е. первый источник ультразвука 1 и второй источник ультразвука 2 представлены как плоские пьезоэлектрические датчики. В резонансной полости имеются акустические устройства 4, причем эти акустические устройства 4 включают ультразвуковые линзы. Ультразвуковые линзы установлены в резонансной полости, и они входят в плотный контакт с первым источником ультразвука 1 и вторым источником ультразвука 2, соответственно. Резонансные ультразвуковые датчики в этом примере осуществления изобретения имеют фокальную точку минимального размера и также обладают преимуществом малой потери дифракции и обеспечивают легкое регулирование. Для этого типа ультразвукового датчика должна быть оптимизирована конструкция ультразвуковых линз с тем, чтобы могли быть обеспечены оптимальные характеристики фокусировки и малая степень отражения. Способ использования этого примера осуществления является тем же самым, что и в примере осуществления 1. Если нужно обработать раковую опухоль ног, и материал для ультразвуковой линзы - твердый алюминий, радиус линзы "R1" может составлять 120 мм, радиус линзы отражающего датчик, "R2" может составлять 110 мм и L может составлять 205 мм, причем L может изменяться в зависимости от различных алюминиевых сплавов, используемых для изготовления ультразвуковой линзы.
Пример осуществления 7:
Как показано на фигуре 11, в этом примере осуществления изобретения рабочая мода источника ультразвука и отражающего узла может быть любой из мод, описанных выше в примерах осуществления 1-6, но в отражающем элементе вместо ультразвукового датчика используется сферический отражатель. Способ использования этого примера осуществления изобретения является тем же самым, что в примерах осуществления 1-6.
Пример осуществления 8:
Как показано на фигуре 12, в этом примере осуществления изобретения, отражающий элемент имеет ультразвуковую линзу с отражающей поверхностью на заднем торце. Другие компоненты - те же самые, как и в примере 6. Способ использования этого примера осуществления аналогичен способу в примере осуществления 6.
Пример осуществления 9:
Как показано на фигуре 13, источники ультразвука включают два ультразвуковых датчика, при этом на одном из ультразвуковых датчиков имеется открытое выходное окно 3. Выходное окно 3 сделано из материала с низким акустическим сопротивлением (например, в виде тонкой пластмассовой мембраны). Ультразвуковые волны, генерируемые этим резонансным ультразвуковым датчиком, могут быть переданы от внешнего окна 3. Этот тип ультразвукового датчика может быть применен на ультразвуковом волноводном тракте демодулятора М-ДМ.

Claims (15)

1. Резонансный ультразвуковой датчик, содержащий источник ультразвука для передачи ультразвука, отражающий элемент, расположенный напротив источника ультразвука, причем источник ультразвука выполнен в виде сфокусированного источника ультразвука, а отражающий элемент представляет собой отражающий элемент с функцией сфокусированного ультразвука, выполненные так, что ультразвуковые волны источника ультразвука неоднократно отражаются между источником ультразвука и отражающим элементом, создавая резонанс за счет источника ультразвука и отражающего элемента, образующих резонансную полость, обеспечивающую фокусировку ультразвукового поля.
2. Резонансный ультразвуковой датчик по п.1, в котором указанный источник ультразвука и отражающий элемент, расположенные напротив друг друга, размещены коаксиально и их радиусы составляют соответственно R1 и R2; установленная длина резонансной полости составляет L, при этом L<R1+R2.
3. Резонансный ультразвуковой датчик по п.1, в котором указанный источник ультразвука и отражающий элемент, расположенные напротив друг друга, размещены коаксиально и симметрично, и их радиусы оба равны R; установленная длина резонансной полости составляет L, при этом L<2R.
4. Резонансный ультразвуковой датчик по п.1, в котором указанный источник ультразвука и отражающий элемент, расположенные напротив друг друга, размещены коаксиально и концентрически, и их радиусы составляют соответственно R1 и R2; установленная длина резонансной полости составляет L, при этом L=R1+R2.
5. Резонансный ультразвуковой датчик по п.1, в котором указанный источник ультразвука и отражающий элемент, расположенные напротив друг друга, размещены коаксиально и концентрически, и их радиусы оба равны R; установленная длина резонансной полости составляет L, при этом L=2R.
6. Резонансный ультразвуковой датчик по п.1, в котором указанный источник ультразвука и отражающий элемент, расположенные напротив друг друга, размещены конфокально, и их радиусы составляют соответственно R1 и R2; установленная длина резонансной полости L равна 2L=R1+R2.
7. Резонансный ультразвуковой датчик по п.1, в котором указанный источник ультразвука включает сферический ультразвуковой датчик, и указанный отражающий элемент включает сферический отражатель.
8. Резонансный ультразвуковой датчик по любому из пп.1-6, в котором отражающий элемент является сфокусированным источником ультразвука с функцией отражения ультразвука; рабочая частота указанных двух источников ультразвука следующая: f=К·с/2L, в котором К = целое число, f - частота, с - скорость звука среды и L - расстояние между двумя датчиками, которые расположены напротив друг друга.
9. Резонансный ультразвуковой датчик по п.8, в котором и источник ультразвука и отражающий элемент включают датчики в сферическом корпусе.
10. Резонансный ультразвуковой датчик по п.9, в котором указанные источники ультразвука расположены напротив друг друга и оба включают плоские пьезоэлектрические датчики; в резонансной полости используются акустические устройства, которые включают ультразвуковые линзы, при этом ультразвуковые линзы расположены в резонансной полости и находятся в плотном контакте с источниками ультразвука.
11. Резонансный ультразвуковой датчик по п.8, в котором, по меньшей мере, один из источников ультразвука, расположенных напротив друг друга, имеет выходное окно.
12. Резонансный ультразвуковой датчик по пп.1-6, в котором в указанный источник ультразвука включает плоские пьезоэлектрические датчики, а в резонансной полости используются акустические устройства, включающие ультразвуковые линзы, которые расположены в резонансной полости, находящиеся в плотном контакте с источниками ультразвука.
13. Ультразвуковое диагностическое устройство, включающее ультразвуковой датчик, в котором указанный ультразвуковой датчик является резонансным ультразвуковым датчиком по любому из пп.1-12.
14. Ультразвуковое терапевтическое устройство, содержащее ультразвуковой датчик, в котором указанный ультразвуковой датчик представляет собой резонансный ультразвуковой датчик по любому из пп.1-12.
15. Ультразвуковое устройство индикации, включающее ультразвуковой датчик, в котором указанный ультразвуковой датчик представляет собой резонансный ультразвуковой датчик по любому из пп.1-12.
RU2009106258/14A 2006-09-04 2007-02-13 Резонансный ультразвуковой датчик и ультразвуковое устройство диагностики, терапии и индикации RU2428120C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200610128644.4 2006-09-04
CN2006101286444A CN101140354B (zh) 2006-09-04 2006-09-04 谐振式超声换能器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009106258A RU2009106258A (ru) 2010-10-20
RU2428120C2 true RU2428120C2 (ru) 2011-09-10

Family

ID=39156820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009106258/14A RU2428120C2 (ru) 2006-09-04 2007-02-13 Резонансный ультразвуковой датчик и ультразвуковое устройство диагностики, терапии и индикации

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8040756B2 (ru)
EP (1) EP2064994B1 (ru)
JP (1) JP4991860B2 (ru)
CN (1) CN101140354B (ru)
CA (1) CA2661998C (ru)
ES (1) ES2785224T3 (ru)
RU (1) RU2428120C2 (ru)
WO (1) WO2008028373A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503140C2 (ru) * 2012-06-19 2013-12-27 Закрытое акционерное общество "НТК" Способ озвучивания помещений

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101140354B (zh) * 2006-09-04 2012-01-25 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 谐振式超声换能器
EP2451422B1 (en) 2009-07-08 2016-10-12 Sanuwave, Inc. Usage of extracorporeal and intracorporeal pressure shock waves in medicine
CN102210910B (zh) 2010-04-02 2013-02-13 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 一种超声换能器
US8852103B2 (en) 2011-10-17 2014-10-07 Butterfly Network, Inc. Transmissive imaging and related apparatus and methods
US9667889B2 (en) 2013-04-03 2017-05-30 Butterfly Network, Inc. Portable electronic devices with integrated imaging capabilities
CN103344706B (zh) * 2013-06-26 2015-04-15 哈尔滨工业大学 线性阵列相控阵探头的设计方法
CN104252146B (zh) * 2013-06-28 2017-11-07 东莞华中科技大学制造工程研究院 一种超声换能器的驱动方法及装置
US10395888B2 (en) * 2017-03-30 2019-08-27 The Regents Of The University Of California Optical-cavity based ponderomotive phase plate for transmission electron microscopy
CN110064136B (zh) * 2018-01-22 2024-04-19 重庆海扶医疗科技股份有限公司 超声换能器、聚焦超声治疗设备
CN108184180A (zh) * 2018-03-26 2018-06-19 东莞市哲巫本计文化传播有限公司 一种全频声音采集器
CN110404493B (zh) * 2018-04-28 2024-03-15 重庆海扶医疗科技股份有限公司 用于高声压的反应装置和系统
CN115151999B (zh) 2019-09-16 2025-07-11 加利福尼亚大学校董会 使用光学偏振态来控制有质动力相位板
CN111944670B (zh) * 2020-03-19 2021-11-30 珠海艾博罗生物技术股份有限公司 超声处理器
CN111678544B (zh) * 2020-06-05 2023-09-15 南京俏声波动科技有限公司 一种平衡双向输出高压波源装置及其工作方法
CN111744753A (zh) * 2020-07-03 2020-10-09 山东省耳鼻喉医院(山东省立医院西院) 一种便于安装的谐振式超声换能器
CN112222093A (zh) * 2020-10-16 2021-01-15 上海航翼高新技术发展研究院有限公司 一种飞机外场便携式超声清洗机
EP4101535A1 (en) * 2021-06-11 2022-12-14 AcouSort AB Acoustofluidic device configured for allowing resonance frequency tracking and methods therefor
CN114300925B (zh) * 2021-12-23 2023-06-30 重庆医科大学 一种激光声源系统和声波频率调节方法
CN114283776B (zh) * 2021-12-23 2025-07-01 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 激光换能系统和激光换能发声方法
CN118281682B (zh) * 2024-04-07 2025-09-05 上海频准激光科技股份有限公司 一种光路对称共焦腔和一种激光处理方法
CN119430261B (zh) * 2025-01-13 2025-04-15 平利县安得利新材料有限公司 基于超声波辅助制备纳米硫酸钡均匀颗粒的方法及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3974681A (en) * 1973-10-23 1976-08-17 Jerry Namery Ultrasonic bubble detector
GB1537066A (en) * 1974-12-12 1978-12-29 Univ Leland Stanford Junior Method of and apparatus for acoustic imaging
US4795935A (en) * 1985-02-23 1989-01-03 Terumo Corporation Ultrasonic transducer
GB2277448A (en) * 1993-04-19 1994-11-02 Paul Albert Thodiyil Ultrasound apparatus and method for securing or removing a prosthesis
RU2210409C2 (ru) * 1998-01-25 2003-08-20 Чун Цин Хифу Текнолоджи Ко., Лтд. Система фокусированного воздействия ультразвуком высокой интенсивности для сканирования и лечения опухолей
RU2003101108A (ru) * 2000-07-17 2004-07-20 Ультразоникс ДНТ АБ Устройство для неинвазивного ультразвукового лечения болезни диска
US20060241524A1 (en) * 2005-03-11 2006-10-26 Qi Yu Intravascular ultrasound catheter device and method for ablating atheroma

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3948350A (en) * 1974-12-20 1976-04-06 Honeywell Inc. Acoustic resonant cavity
DE3131796A1 (de) 1981-08-12 1983-02-24 Heinrich Prof. Dr. 5100 Aachen Kuttruff Abtastendes ultraschallmikroskop
JPH06102260A (ja) 1992-09-21 1994-04-15 Olympus Optical Co Ltd 共焦点型超音波顕微鏡
CN2324786Y (zh) * 1996-03-28 1999-06-23 陈坚胜 带双共振腔的压电陶瓷超声波换能器
SE518763C2 (sv) * 2000-07-17 2002-11-19 Ultrazonix Dnt Ab Anordning för icke-invasiv ultraljudsbehandling av disksjukdom
JP4319427B2 (ja) * 2003-02-28 2009-08-26 株式会社東芝 医用超音波照射装置
CN2682531Y (zh) * 2004-02-12 2005-03-02 北京航空航天大学 声学聚焦换能器
CN101140354B (zh) * 2006-09-04 2012-01-25 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 谐振式超声换能器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3974681A (en) * 1973-10-23 1976-08-17 Jerry Namery Ultrasonic bubble detector
GB1537066A (en) * 1974-12-12 1978-12-29 Univ Leland Stanford Junior Method of and apparatus for acoustic imaging
US4795935A (en) * 1985-02-23 1989-01-03 Terumo Corporation Ultrasonic transducer
GB2277448A (en) * 1993-04-19 1994-11-02 Paul Albert Thodiyil Ultrasound apparatus and method for securing or removing a prosthesis
RU2210409C2 (ru) * 1998-01-25 2003-08-20 Чун Цин Хифу Текнолоджи Ко., Лтд. Система фокусированного воздействия ультразвуком высокой интенсивности для сканирования и лечения опухолей
RU2003101108A (ru) * 2000-07-17 2004-07-20 Ультразоникс ДНТ АБ Устройство для неинвазивного ультразвукового лечения болезни диска
US20060241524A1 (en) * 2005-03-11 2006-10-26 Qi Yu Intravascular ultrasound catheter device and method for ablating atheroma

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Система "ExAblate", компания InSightec*, зарегестрировано FDA US 22.10.2004, www.fda.gov/bbs/topics/ANSWERS/2004/ANS01319.html. найдено в Интернет 17.07.2008. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503140C2 (ru) * 2012-06-19 2013-12-27 Закрытое акционерное общество "НТК" Способ озвучивания помещений

Also Published As

Publication number Publication date
CN101140354A (zh) 2008-03-12
JP2010502240A (ja) 2010-01-28
JP4991860B2 (ja) 2012-08-01
EP2064994A1 (en) 2009-06-03
RU2009106258A (ru) 2010-10-20
US8040756B2 (en) 2011-10-18
CN101140354B (zh) 2012-01-25
US20090259129A1 (en) 2009-10-15
EP2064994B1 (en) 2020-04-01
CA2661998A1 (en) 2008-03-13
WO2008028373A1 (en) 2008-03-13
ES2785224T3 (es) 2020-10-06
CA2661998C (en) 2012-07-03
EP2064994A4 (en) 2012-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2428120C2 (ru) Резонансный ультразвуковой датчик и ультразвуковое устройство диагностики, терапии и индикации
US3958559A (en) Ultrasonic transducer
CN104188625B (zh) 一种多模态显微成像系统
US5640961A (en) Device with aspherical compensation for focusing ultrasound
US7229411B2 (en) Imaging, therapy, and temperature monitoring ultrasonic system
US10299685B2 (en) Method and apparatus to enhance light illuminating intensity and diffusivity
US6618206B2 (en) System and method for acoustic imaging at two focal lengths with a single lens
US20110251490A1 (en) Ultrasonic transducer probe
US20080071172A1 (en) Combined 2D Pulse-Echo Ultrasound And Optoacoustic Signal
WO2010045421A2 (en) Photoacoustic imaging using a versatile acoustic lens
CN106456111A (zh) 具有具有集成中心匹配层的超声透镜的高频超声换能器
KR20220141507A (ko) 투명 초음파 센서 기반 광학-초음파 융합 내시경 프로브, 내시경 장치 및 카테터 장치
JPH08229037A (ja) 音響導波管ワイヤ内に超音波エネルギをフェイズド・アレイ結合するための方法及び装置
CN113080871A (zh) 成像系统
CN111134591A (zh) 一种光声显微成像笔及成像方法
CN109497950B (zh) 一种光声共轴内窥装置、内窥系统及控制方法
CN113080869A (zh) 超声成像探头
CN209712872U (zh) 一种光声共轴内窥装置和光声共轴内窥系统
JP2021526879A (ja) 小型化された血管内蛍光−超音波イメージングカテーテル
CN116173432A (zh) 一种具备功率输出和成像能力的低损耗超声换能器
CN115813430A (zh) 超声成像系统
CN115177293A (zh) 一种基于内凹弧形超声阵列的光声超声内窥探头
JP7598475B2 (ja) 透明超音波センサーを結合した光音響検出システム
CN221730522U (zh) 一种基于无衍射光束的光声内窥导管
CN117547205A (zh) 焦点独立可调的三模态内窥探头装置及方法