Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения



Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения
Конвексный ультразвуковой преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука с проходом для воздушного охлаждения

 


Владельцы патента RU 2540456:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

Использование: для контролируемого нагревания тканей тела с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что конвексный преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU) содержит конвексную пьезоэлектрическую антенную решетку, имеющую противоположные выпуклую и вогнутую заднюю поверхности, причем передняя поверхность содержит акустическую передающую поверхность, и множество электродов, расположенных на выпуклой задней поверхности, для применения электрических передающих сигналов к антенной решетке, и печатную плату, расположенную на отдалении от и напротив задней поверхности конвексной пьезоэлектрической антенной решетки, которая связывает электрические сигналы с электродами антенной решетки, причем пространство между печатной платой и конвексной пьезоэлектрической антенной решеткой содержит акустический воздушный задний проход пьезоэлектрической антенной решетки для воздушного охлаждения конвексной пьезоэлектрической антенной решетки и печатной платы. Технический результат: улучшение охлаждения конструкционных элементов конвексного преобразователя высокоинтенсивного фокусированного ультразвука. 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

 

Настоящее изобретение относится к медицинским диагностическим ультразвуковым системам и, в частности, к ультразвуковым преобразователям, которые используются для контролируемого нагревания тканей тела с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука, известного как HIFU.

Лечение с помощью повышения температуры ультразвуком используется для множества терапевтических целей. В лечении HIFU ультразвуковая энергия фокусируется на маленьком пятне внутри тела, чтобы нагревать ткани до температуры, достаточной для достижения желаемого терапевтического эффекта. Этот способ сходен с литотрипсией, где фокусированная энергия достаточно высока, чтобы разбить почечные камни, но значительно меньше энергии доставляется за расширенный промежуток времени, в отличие от мгновенного пульса. Способ HIFU может быть использован для выборочного разрушения нежелаемой ткани внутри тела. Например, опухоли или другие патологические ткани можно разрушить путем применения фокусированной ультразвуковой энергии, чтобы нагревать клетки до температуры, достаточной для убийства ткани, обычно около 60 или около 80 градусов Цельсия, без разрушения соседних нормальных тканей. Другие способы лечения повышенной температурой включают в себя выборочное нагревание тканей, чтобы выборочно активировать лекарство или стимулировать другое физиологическое изменение в выбранном участке тела человека.

Преобразователи HIFU часто формируют в виде сферических или параболических зеркал с радиусом изгиба, который дает преобразователю геометрическую фокальную точку. См., например, преобразователь HIFU, описанный в публикации международной патентной заявки номер WO 98/52465 (Acker и др.) и публикации патентной заявки США номер US 2009/0230822. Преобразователи HIFU работают с гораздо большей энергией, чем преобразователи диагностической визуализации, и могут производить значительное количество тепла. Это тепло может вызывать расширение и сжатие преобразователя HIFU и компонентов, прикрепленных к преобразователю, таких как монтированные рамы и электрические компоненты. Следовательно, обычно обеспечивают некоторые средства для охлаждения преобразователя, такие как охлаждающий проход, в монтировании для преобразователя Acker и др. Желательно обеспечить охлаждение, которое находится рядом с преобразователем HIFU и прилегающими электрическими компонентами, подверженными нагреванию со стороны преобразователя.

В соответствии с принципами настоящего изобретения, описан сферический преобразователь HIFU, который электрически заряжается энергией с помощью управляющих сигналов от печатной платы, расположенной сзади от преобразователя HIFU. Печатная плата расположена на удалении от преобразователя, чтобы сформировать воздушный проход между преобразователем и печатной платой. Воздушный проход обеспечивает воздушную акустическую подкладку для преобразователя и также для прохода для воздушного охлаждения, как преобразователя, так и печатной платы. Согласующиеся контакты перекрывают проход между преобразователем и печатной платой, чтобы связывать электрически управляющие сигналы с преобразователем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 изображает в перспективе согласующийся слой сферического преобразователя, отдельно сформированный для преобразователя HIFU настоящего изобретения.

Фиг. 2а изображает профильную проекцию листа керамического пьезоэлектрического материала, который разрезали для формирования композиционной антенной решетки преобразователя для преобразователя HIFU настоящего изобретения.

Фиг. 2b изображает композиционную антенную решетку преобразователя с немагнитным переходным отверстием, созданную в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 3 изображает композиционную антенную решетку преобразователя с излучающими элементами и немагнитными переходными отверстиями, созданными в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 4 изображает композиционную пьезоэлектрическую керамическую плитку до сферической формы для преобразователя HIFU настоящего изобретения.

Фиг. 5 изображает поперечное сечение размещения композиционных пьезоэлектрических керамических плиток на согласующемся слое для преобразователя HIFU настоящего изобретения.

Фиг. 6 изображает в перспективе заднюю сторону преобразователя HIFU с девятью плитками, согласно настоящему изобретению.

Фиг. 7а и 7b изображают переднюю и заднюю поверхности конвексной печатной платы с удлиненными согласующимися контактами для преобразователя HIFU настоящего изобретения.

Фиг. 8 изображает в перспективе заднюю сторону преобразователя HIFU настоящего изобретения с поддерживающей рамой, прикрепленной к печатным платам на Фиг. 7а и 7b.

Фиг. 9 является подробным изображением соединения продленных согласующихся контактов печатной платы с областями преобразователя для преобразователя HIFU настоящего изобретения.

Фиг. 10 является частичным поперечным и перспективным видом преобразователя HIFU настоящего изобретения с периферической рамой и задним трубчатым покрытием.

Фиг. 11 является плановым видом заднего трубчатого покрытия на Фиг. 10.

Фиг. 12 является поперечным видом преобразователя HIFU на Фиг. 10.

Фиг. 12а является увеличенным видом периферии преобразователя HIFU на Фиг. 12.

Фиг. 13 является перспективным видом преобразователя HIFU настоящего изобретения, когда оно монтировано на поддерживающий столик пациента.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Построение преобразователя HIFU настоящего изобретения может начинаться с производства сферического или чашеобразного согласующегося слоя. Согласующийся слой (слои) преобразователя обеспечивает, по меньшей мере, частичное согласование акустических свойств пьезоэлектрического преобразователя с акустическими свойствами тела пациента или устройства передачи между преобразователем и пациентом. Согласующиеся свойства могут включать в себя акустическое сопротивление, скорость распространения звука и плотность материала. В традиционном построении ультразвукового преобразователя согласующийся слой обычно сформирован на ярусе преобразователя и сформирован вокруг контрольных электродов на излучающей поверхности пьезоэлектрического материала. Для преобразователя HIFU, описанного в настоящем документе, сферический согласующийся слой сформирован самостоятельно, отдельно от преобразователя. Существует несколько способов формирования сферического согласующегося слоя, включая отливку, формовку, горячее формование или механическую обработку. Сферический согласующийся слой преобразователя HIFU, описанный в настоящем документе, сделан из заряженной эпоксидной смолы, которая заряжается частицами, обеспечивающими согласующийся слой желаемыми акустическими свойствами, как известно в данной области техники. Предпочтительно, частицы являются немагнитными. При отливке или формовке сферического согласующегося слоя заряженная эпоксидная смола заливается в вогнутую твердую форму желаемой сферической формы. Выпуклая твердая форма плотно закрывает вогнутую твердую форму, вынуждая жидкую эпоксидную смолу заполнить сферическое пространство между двумя твердыми формами. Отвердевшую эпоксидную смолу удаляют из твердых форм, затем механически обрабатывают поверхность до ее конечной формы. При процессе горячего формования формируют плоский лист желаемой толщины из эпоксидной смолы, затем его частично отверждают. После этого лист помещают на нагретую вогнутую или выпуклую твердую форму желаемого изгиба, которая нагревает лист так, что он становится пластичным и плотно прилегает к изгибу твердой формы. Когда лист достигает желаемой сферической формы, он отвержден и готов. При процессе механической обработки диск заряженной эпоксидной смолы отливают или формуют и отверждают. Затем диск механически обрабатывают с одной стороны, чтобы сформировать выпуклую поверхность. Затем диск кладут на вогнутую твердую форму и механически обрабатывают другую сторону диска, чтобы сформировать вогнутую сторону сферического согласующегося слоя. В построенном воплощении готовый сферический согласующийся слой по любому из этих процессов имеет толщину 0,5 мм, диаметр 140 мм и сферический радиус 140 мм, размер и форму готового преобразователя HIFU. Фиг. 1 изображает такой сферический согласующийся слой 10. Вогнутая поверхность 12 является излучающей поверхностью готового преобразователя, которая обращена к пациенту, а выпуклая поверхность 14 подвергается напылению для производства электрода возврата избыточного сигнала, затем покрывается композиционными пьезоэлектрическими керамическими плитками. Таким образом, жесткий согласующийся слой обеспечивает форму желаемого изгиба для установки пьезоэлектрического слоя керамических плиток. Так как согласующийся слой 10, расположенный перед керамическими плитками, является непрерывно сформированной поверхностью, он обеспечивает желаемую электрическую и внешнюю изоляцию преобразователя HIFU от пациента и внешнего окружения перед преобразователем HIFU.

Построение композиционной пьезоэлектрической антенной решетки преобразователя начинается с листа 30 керамического пьезоэлектрического материала, как изображено на Фиг. 2а и 2b. В построенном преобразователе лист 30 имеет толщину (Т) 1,2 мм. Во-первых, просверливают ряд отверстий сквозь лист 30, где желательно иметь электрические связи от задней до передней стороны (излучающей стороны) преобразователя. Отверстия затем заполняют заполненной серебром эпоксидной смолой, чтобы сформировать переходные отверстия 32 сквозь лист. Заполнение серебром обеспечивает электрическую проводимость и немагнитность для работы в магнитном поле системы магнитно-резонансного томографа. Другой немагнитный проводящий материал может быть использован для проводимого заполнения. Серебряная эпоксидная смола отверждается. Затем лист разрезают по толщине на параллельные отрезки 16 в одном направлении, как изображено в виде края листа 30 на Фиг. 2а. Затем лист разрезают на параллельные отрезки в перпендикулярном направлении, оставляя множество выступающих вверх пьезоэлектрических опор 18 и переходных отверстий 32. Разрезанные отрезки затем наполняют непроводящей эпоксидной смолой и отверждают. Верхнюю и нижнюю поверхности листа затем обрабатывают механически до глубины, указанной пунктирной линией 34 на Фиг. 2а. Это приведет к готовому листу матрицы пьезоэлектрических опор 18 и проводящих переходных отверстий 32 в эпоксидной смоле 36, как изображено на Фиг. 2b. Готовый лист содержит матрицу 1:3 пьезоэлектрических опор, каждая из которых имеет доминирующую форму колебаний в продольном направлении сквозь толщину листа, и которые передают ультразвук исключительно в направлении передней стороны (обращенной к пациенту) преобразователя. Эта доминирующая форма колебаний композиционного материала сокращает нежелательную горизонтальную передачу по антенной решетке на другие активные области антенной решетки.

Плоский композиционный пьезоэлектрический лист 30 обрабатывают механически до формы трапеции, как изображено в виде периферической формы композиционной пьезоэлектрической керамической плитки 40 на Фиг. 4. В построенном преобразователе HIFU керамические плитки имеют форму трапеции на Фиг. 4, чтобы обеспечить кругообразную сферическую центральную керамическую плитку, как описано ниже. Иначе, каждая керамическая плитка может быть обработана механически в форме куска пирога, причем керамические плитки покрывают согласующийся слой без необходимости центральной керамической плитки. Керамические плитки могут также принимать другие геометрические формы, расположенные для покрытия сферической поверхности, включая в себя, но не ограничиваясь, пятиугольники, смешанные с шестиугольниками, как на сегментах футбольного мяча. Затем плоской керамической плитке в форме трапеции на Фиг. 4 придают желаемый сферический изгиб. Как только композиционный преобразователь сформирован из матрицы эпоксидной смолы, керамическую плитку можно нагревать, чтобы смягчить эпоксидную смолу, чтобы керамическая плитка приняла форму желаемого изгиба. Это можно сделать путем размещения керамической плитки 40 на нагретой выпуклой или вогнутой твердой форме, затем вдавливания керамической плитки для принятия вогнутой или выпуклой формы. Пока керамическая плитка находится в желаемом изгибе, твердую форму охлаждают и дают эпоксидной смоле полностью отвердеть. В результате получается композиционная пьезоэлектрическая керамическая плитка сферической формы для сферического преобразователя HIFU.

После того, как керамическая плитка отвердела, верхнюю и нижнюю поверхности 38 покрывают металлом путем распыления проводящего материала на поверхности листа, как показано на Фиг. 3. Предпочтительно, проводящий материал является немагнитным, таким как золото или титан-золото. Металлизированные поверхности связаны электрически с помощью проводящих переходных отверстий 32, обеспечивающих электрическое соединение от задней поверхности композиционного листа до передней поверхности. Активные (передающие или принимающие) области композиционного пьезоэлектрического листа затем изолируют путем алмазного коронкового бурения, лазерного бурения или ультразвуковой механической обработки вокруг желаемых активных областей от задней (выпуклой) поверхности керамической плитки. Некоторые подобные образованные активные области 44 показаны на Фиг. 3 и 4. Отрезки 42, которые образуют активные области, прорезаны через металлизацию поверхности листа, чтобы электрически изолировать области и предпочтительно расширить наполовину через композиционный лист, чтобы акустически изолировать активную область от окружающих областей листа и других активных областей. Иначе, активные области могут быть электрически и акустически изолированы после того, как керамические плитки прикреплены к согласующемуся слою.

В построенной керамической плитке активные области 44 не расположены симметрично в рядах, или колонках, или кругах, или других правильных структурах, а расположены неправильно или случайно, как изображено на Фиг. 4. Случайная структура предотвращает любое значительное дополнительное соединение акустических боковых лепестков активных областей, что уменьшило бы эффективную энергию, доставляемую преобразователем HIFU.

Восемь из сферических керамических плиток 40 формы трапеции затем неплотно прикрепляют рядом друг с другом вокруг выпуклой поверхности 14 согласующегося слоя 10, который обеспечивает форму для установки керамических плиток. Если сферические керамические плитки 40 выполнены в форме кусков пирога, как описано выше, то керамические плитки будет полностью покрывать выпуклую поверхность согласующегося слоя 10. Когда сферические керамические плитки выполнены в форме трапеции, как изображено на Фиг. 4, они покрывают выпуклую сторону согласующегося слоя, кроме центра согласующегося слоя. Это кругообразное сферическое пространство может быть оставлено открытым. Иначе, оно может быть покрыто кругообразным сферическим теплопроводником, таким как алюминий, для охлаждения. Возвращающаяся акустическая энергия будет стремиться фокусироваться в центре преобразователя HIFU посредством своей сферической геометрической формы. Расположение теплопроводника здесь может помочь в охлаждении преобразователя HIFU. Иначе, кругообразная сферическая композиционная пьезоэлектрическая керамическая плитка 48 может заполнить это пространство. Например, кругообразный лист на Фиг. 3, со своими собственными активными областями, может быть сформирован в сферической форме и расположен здесь, обеспечивая полное композиционное пьезоэлектрическое покрытие согласующегося слоя 10, как показано на поперечном виде керамических плиток формы трапеции и круга на согласующемся слое 10 на Фиг. 5. В построенном преобразователе данного дизайна полного покрытия девять керамических плиток обеспечивают преобразователь HIFU 265 активными областями, причем 256 для передачи и девятью для приема.

Как видно на Фиг. 3, переходные отверстия 32 расположены так, чтобы соединять металлизированную область вокруг активных областей на задней поверхности с металлизированной поверхностью на передней (обращенной к пациенту) стороне керамической плитки. В построенном преобразователе HIFU металлизированная область вокруг активных областей 44 электрически соединена с опорным потенциалом. Переходные отверстия 32 соединяют этот опорный потенциал с металлизированной поверхностью на другой стороне керамической плитки, стороне, не видимой на Фиг. 3. Таким образом, переходные отверстия используют для применения опорного потенциала к обращенной к пациенту стороне композиционных пьезоэлектрических керамических плиток, а также для металлизации на обращенной к пациенту стороне активных областей 44. Так как обращенная к пациенту сторона керамических плиток 40 прикреплена к согласующемуся слою 10 и, таким образом, недоступна для электрических связей, переходные отверстия обеспечивают необходимую электрическую связь посредством пьезоэлектрического листа на передней стороне керамической плитки.

Далее, пластиковая поддерживающая рама 50 прикреплена к задней стороне установочных керамических плиток с помощью крепежа, зажимов или застежек, как изображено на Фиг. 6. В построенном преобразователе каждая из девяти керамических плиток 40, 48 доступна между ребрами поддерживающей рамы. Поддерживающая рама используется для монтирования восьми печатных плат 52 в форме трапеции и одной в форме круга на удалении от задних поверхностей композитных пьезоэлектрических керамических плиток 40. Фиг. 7а и 7b изображают переднюю и заднюю (54) поверхности печатных плат 52 в форме трапеции. На задней поверхности 54 расположены печатные соединения 56 от устройства соединения 57, которые соединены с помощью плакированных сквозных отверстий 59 в плате с активными областями преобразователя HIFU. На передней поверхности печатных плат расположены согласующиеся металлические контакты 60, которые занимают пространство между печатной платой и ее керамической плиткой и электрически соединяют печатные соединения с активными областями 44 и переходными отверстиями 32 противоположной композиционной пьезоэлектрической керамической плитки 40. На крае печатной платы 52, то есть на периферии преобразователя HIFU, расположены охлаждающие выемки 58.

Печатная плата 52 прикреплена к поддерживающей раме 50 над каждой керамической плиткой, как изображенная на Фиг. 6 керамическая плитка 40. Когда печатная плата установлена таким образом, она выглядит как изображенная на Фиг. 8 печатная плата 52. До этой установки, удлиненные концы согласующихся металлических контактов 60 покрывают проводящей эпоксидной смолой. Когда печатная плата установлена на раме, концы контактов 60 связывают металлизированные области противоположной керамической плитки и становятся прикрепленными в электрической связи с металлизированными областями, когда проводящая эпоксидная смола отвердевает. Таким образом, контакты 60 обеспечивают электрическую связь между печатными платами и активными и опорными областями потенциала пьезоэлектрических керамических плиток.

Когда печатные платы могут быть произведены как обычные плоские печатные платы, печатная плата 52 на Фиг. 7а и 7b предпочтительно имеет сферический изгиб, совпадающий с изгибом противоположной композиционной пьезоэлектрической керамической плитки 40, с которой она связана с помощью контактов 60. Печатная плата может иметь изгиб только на одной стороне, обращенной к керамической плитке, как изображено на Фиг. 7а, или на обеих сторонах. Печатные платы могут быть сформированы как платы с изгибом несколькими способами. Один - это взять толстый плоский лист стеклянной платы из эпоксидной смолы и механически обработать или отшлифовать поверхность платы до желаемого изгиба. Другой способ - это использовать горячее формование, чтоб нагреть материал платы и смягчить эпоксидную смолу, затем сформировать изгиб путем вдавливания листа в твердую форму желаемого изгиба. Печатные платы могут быть покрыты двойной оболочкой фотоотображаемых и химически вытравленных проводящих линий на верхней и нижней поверхностях, взаимосвязанных с помощью плакированных сквозных отверстий, сформированных на платах. Печатные платы могут также быть многослойными платами с тремя или более слоями проводящих линий, сформированных на поверхностях и внутри слоев платы для более сложных печатных конфигураций с более высокой плотностью. Жесткие платы 52 также способны безопасно монтироваться на другие электрические компоненты, такие как устройство 57 соединения.

Согласующиеся металлические контакты 60 могут быть сформированы как пружины, такие как пластинчатые пружины, закрученные пружины или винтовые пружины. Пружины обеспечивают многочисленные преимущества. Во-первых, они обеспечивают электрическую связь от печатных плат, чтобы обеспечить управляющие сигналы и опорный потенциал для пьезоэлектрических областей преобразователя HIFU. Когда плоская печатная плата используется напротив композиционной пьезоэлектрической керамической плитки сферической формы, согласование контактов 60 позволяет контактам заполнять неодинаковое расстояние 62 между платой 52 и пьезоэлектрической плиткой, причем они относительно не сжаты, когда заполненное расстояние больше, и относительно сжаты, когда расстояние меньше. Во-вторых, они позволяют остаться пространству 62 между пьезоэлектрическими керамическими плитками, которое используется для охлаждения пьезоэлектрических керамических плиток. В-третьих, они обеспечивают согласующиеся электрические соединения, которые позволяют пространству между печатными платами и керамическими плитками сменять нагревание и охлаждение преобразователя HIFU. В-четвертых, так как металлические контакты проводят тепло и заполняют воздушный проход между пьезоэлектрическим материалом и печатной платой, они проводят тепло от пьезоэлектрического материала, которое распространяется по мере того, как воздух проходит рядом с контактами в проходе. Эти преимущества могут быть поняты из увеличенного вида этих соединений на Фиг. 9. На данном чертеже контакты 60 сформированы в качестве пружинных зажимов, которые заполняют охлаждающее пространство 62 между печатной платой 52 и керамической плиткой 40. Видно, что центральный контакт 60 обеспечивает электрическое соединение с активной областью 44 керамической плитки 40. Эта активная область 44 преобразователя изолирована от окружающей области керамической плитки посредством сквозных отрезков 42 в металлизированной поверхности и композиционной пьезоэлектрической керамической плитке 40. На другой стороне центрального контакта 60 находятся пружинные зажимы контактов 60а, которые соединены с металлизированной областью над переходными отверстиями 32. Тем самым, эти электрические соединения соединяют переднюю металлизированную поверхность керамической плитки, которая прикреплена к согласующемуся слою 10 и, тем самым, недоступна для прямого электрического соединения, с желаемым электрическим потенциалом, таким как опорный потенциал.

Фиг. 10 изображает дополнительно установку преобразователя HIFU настоящего изобретения, в которой установленный согласующийся слой 10, композиционные пьезоэлектрические керамические плитки 40, поддерживающая рама 50 и печатные платы 52 помещены в кругообразную периферическую раму 80, которая покрыта задней панелью 70. Тем самым, задняя панель 70 ограждает воздушный проход 76 между задними поверхностями печатных плат 52 и панелью. Задняя панель включает в себя два воздушных отверстия 72 и 74, одно - связывающее охлаждающее пространство 62' между центральной печатной платой 52' и центральной пьезоэлектрической керамической плиткой посредством отверстия в плате 52', а другое - связывающее воздушный проход 76 между платами 52 и панелью 70. Задняя панель 70 изображена в виде сверху на Фиг. 11. В примере на Фиг. 10 панель 70 связывает кругообразное центральное ребро поддерживающей рамы 50, чтобы отделить охлаждающее пространство 62' от периферического воздушного прохода 76. Воздух для охлаждения принудительно впускают в одно из этих отверстий и выпускают из другого для охлаждения композиционных пьезоэлектрических керамических плиток 40. Видно, что в отличие от традиционного устройства преобразователя, композиционные пьезоэлектрические керамические плитки не имеют опорного материала, прикрепленного к их задним (не излучающим) сторонам. Вместо этого они поддерживаются охлаждающим пространством 62. Это означает, что нет прикрепленного опорного материала, который бы нагревался композиционным пьезоэлектрическим материалом во время использования. Вместо этого задняя поверхность композиционного пьезоэлектрического материала охлаждается потоком воздуха в охлаждающем пространстве 62 между композиционным пьезоэлектрическим материалом и печатными платами 52. Когда воздух принудительно впускают в отверстие 74, например, воздух будет проходить по центральному охлаждающему пространству 62', сквозь щели 64 в поддерживающей раме 50 (см. Фиг. 8), сквозь охлаждающее пространство 62 между керамическими плитками 40 в форме трапеции и печатными платами 52 в форме трапеции, сквозь периферические выемки 58 печатных плат в воздушном проходе 76, и выходить через отверстие 72. Таким образом, задняя поверхность композиционных пьезоэлектрических керамических плиток может непрерывно и напрямую охлаждаться воздухом во время использования преобразователя HIFU.

Фиг. 12 является поперечным видом центра установки преобразователя HIFU на Фиг. 10, который дополнительно изображает элементы воздушной охлаждающей системы установки. Фиг. 12а является увеличенным видом периферии установки, изображающим пьезоэлектрическую керамическую плитку 40, поддерживающую раму 50 и печатную плату 52 на границе с периферической рамой 80 и с покрытием задней панелью 70.

Фиг. 13 изображает преобразователь 22 HIFU настоящего изобретения, используемого на столе 28 поддержки пациента в ультразвуковой системе 20 HIFU. Фиг. 13 представляет собой вид сверху стола поддержки пациента. Стол 28 поддержки пациента имеет первый резервуар 24, наполненный походящей передающей жидкостью, например водой. Для большей ясности, прозрачная мембрана, покрывающая верх первого резервуара 25, не изображена. Преобразователь 22 HIFU расположен в первом резервуаре 24 и приспособлен для излучения высокоинтенсивной фокусированной ультразвуковой энергии вверх в сторону пациента, лежащего на столе 28. Вода в резервуаре 24 обеспечивает акустическое соединяющее средство передачи между преобразователем 22 HIFU и пациентом, а также обеспечивает охлаждение передней стороны преобразователя HIFU. Для того чтобы завершить соединение ультразвуковой энергии, исходящей из первого резервуара к пациенту, второй резервуар 27, содержащий слабо отражающее средство передачи, расположен над первым резервуаром 24. Предпочтительно, подходящая гелевая подушка используется для второго резервуара. Второй резервуар 27 содержит контактную поверхность 27а, на которой расположен пациент, подвергающийся лечению. Устройство 20 дополнительно содержит щель 26, приспособленную для проведения осмотра, например визуального осмотра контактной поверхности 27а между вторым резервуаром 27 и пациентом. Щель 26 предпочтительно приспособлена как существенно прозрачное окно, через которое медицинский персонал напрямую, или с помощью зеркала, или подходяще приспособленной камеры может осматривать на наличие воздушных пузырей между контактной поверхностью 27а и пациентом. В случае если обнаружен воздушный пузырь, пациента перемещают, пока воздушный пузырь не исчезнет. После этого пациента подходящим образом делают неподвижным и начинают лечение. Система 20 HIFU на Фиг. 13 дополнительно описана в публикации международной патентной заявки номер WO 2008/102293 (Bruggers).

1. Конвексный преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU), содержащий:
конвексную пьезоэлектрическую антенную решетку, имеющую противоположные переднюю вогнутую и выпуклую заднюю поверхности, причем передняя поверхность содержит акустическую передающую поверхность;
множество электродов, расположенных на выпуклой задней поверхности, для применения электрических передающих сигналов к антенной решетке;
печатную плату, расположенную на отдалении от и напротив задней поверхности конвексной пьезоэлектрической антенной решетки, которая связывает электрические сигналы с электродами антенной решетки, причем пространство между печатной платой и конвексной пьезоэлектрической антенной решеткой содержит акустический воздушный задний проход пьезоэлектрической антенной решетки для потока воздуха для охлаждения конвексной пьезоэлектрической антенной решетки и печатной платы; и
множество отверстий для воздушного потока, обеспечивающих поток воздуха в и из воздушного заднего прохода.

2. Конвексный преобразователь HIFU по п.1, в котором отверстия для воздушного потока дополнительно содержат впускное отверстие и выпускное отверстие, связанные с проходом для принудительного воздушного охлаждения воздушного заднего прохода.

3. Конвексный преобразователь HIFU по п.2, содержащий также опорную пластину, смонтированную позади и на удалении от печатной платы, которая образует второй проход между печатной платой и опорной пластиной,
при этом впускное отверстие связано с одним из проходов, а выпускное отверстие связано с другим проходом.

4. Конвексный преобразователь HIFU по п.3, содержащий также сквозную щель в печатной плате, которая соединяет первый и второй проходы.

5. Конвексный преобразователь HIFU по п.4, в котором одно из отверстий расположено в центре антенной решетки, а сквозная щель в печатной плате расположена на периферии антенной решетки.

6. Конвексный преобразователь HIFU по п.1, содержащий также раму, на которую смонтирована печатная плата на удалении от задней поверхности конвексной пьезоэлектрической антенной решетки.

7. Конвексный преобразователь HIFU по п.6, содержащий также множество печатных плат, смонтированных на раме на удалении от различных областей конвексной пьезоэлектрической антенной решетки.

8. Конвексный преобразователь HIFU по п.7, в котором печатные платы также содержат конвексные печатные платы, образующие изгиб, совпадающий с изгибом противоположной области конвексной пьезоэлектрической антенной решетки.

9. Конвексный преобразователь HIFU по п.6, в котором рама также содержит отверстие для прохода воздуха в пространство между печатной платой и конвексной пьезоэлектрической антенной решеткой.

10. Конвексный преобразователь HIFU по п.6, содержащий также множество теплопроводных электрических контактов, проложенных через пространство между печатной платой и конвексной пьезоэлектрической антенной решеткой.

11. Конвексный преобразователь HIFU по п.10, в котором электрические контакты соединяют электрические управляющие сигналы и опорный потенциал от печатной платы до конвексной пьезоэлектрической антенной решетки.

12. Конвексный преобразователь HIFU по п.1, содержащий также теплопроводящее устройство, расположенное в центре преобразователя.

13. Конвексный преобразователь HIFU по п.7, в котором множество печатных плат смонтированы вокруг периферии конвексной пьезоэлектрической антенной решетки, а центральная печатная плата смонтирована на удалении позади центра антенной решетки,
содержащий также воздушное отверстие, соединенное с пространством между центральной печатной платой и пьезоэлектрической антенной решеткой.

14. Конвексный преобразователь HIFU по п.13, содержащий также сквозной воздушный проход в раме, который соединяет пространство между центральной печатной платой и пьезоэлектрической антенной решеткой с пространством между периферической печатной платой и пьезоэлектрической антенной решеткой.

15. Конвексный преобразователь HIFU по п.14, содержащий также сквозную щель в периферической печатной плате, с которой соединено второе воздушное отверстие.



 

Похожие патенты:

Использование: для ультразвукового применения в текучей среде. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой преобразователь для применения в текучей среде включает в себя по меньшей мере один сердечник, который содержит по меньшей мере один электроакустический преобразующий элемент, и по меньшей мере один корпус, имеющий по меньшей мере две корпусные части, из которых по меньшей мере одна первая корпусная часть по меньшей мере частично окружает сердечник с обеспечением возможности доступа к тыльной, обращенной от текучей среды стороне электроакустического преобразующего элемента, а по меньшей мере одна вторая корпусная часть соединена с первой корпусной частью и в основном закрывает ультразвуковой преобразователь с его обращенной от текучей среды стороны, причем ультразвуковой преобразователь также содержит по меньшей мере одну контактную скобу для электрического контактирования электроакустического преобразующего элемента, в частности по существу формоустойчивую контактную скобу, причем контактная скоба проходит через вторую корпусную часть во внутреннее пространство ультразвукового преобразователя и в нем электрически соединена с электроакустическим преобразующим элементом, и контактная скоба соединена с первой корпусной частью, в частности с геометрическим и/или силовым замыканием.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию волноводного направленного преобразователя, способного работать в полосе частот для гидроакустических средств различного назначения, в том числе и буксируемых, в качестве антенн систем: гидролокации, связи, навигации, профилирования, акустической томографии, подсветки подводной обстановки и т.д.

Использование: для неразрушающего контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь содержит призмы-волноводы, установленную на первой призме излучающую пьезопластину и размещенные на второй призме в ряд в одной плоскости приемные пьезопластины, состыкованные друг с другом, а между излучающей и приемными пьезопластинами размещен электроакустический экран, при этом преобразователь оснащен вторым электроакустическим экраном и третьей призмой - волноводом, на которой размещены дополнительные приемные пьезопластины, причем третья призма расположена с противоположной стороны относительно первой призмы симметрично второй призме, приемные пьезопластины призм смещены относительно друг друга на половину их длины так, что стыки пьезопластин второй призмы располагаются напротив центра пластин, установленных на третьей призме, а второй электроакустический экран размещен между первой и третьей призмами.

Изобретение относится к области конструирования гидроакустической аппаратуры, в частности гидроакустических антенн, герметизированных полимерами. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности антенны в режимах излучения и приема.

Изобретение относится к области медицинской диагностики и направлено на создание ультразвукового нелинейного томографа, содержащего малое количество приемных и излучающих преобразователей, преимущественно для маммографии, дефектоскопии и неразрушающего контроля различных объектов.

Изобретение относится к области акустической метрологии и, в частности, к пьезоэлектрическим преобразователям. Пьезоэлектрический преобразователь состоит из двух одинаковых поперечно поляризованных пьезоэлектрических пластин, направления линейных поляризаций которых взаимно ортогональны.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии объектов. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой преобразователь поверхностных волн содержит пьезоэлементы, имеющие возможность соединения с ультразвуковым дефектоскопом, акустический изолятор, корпус, при этом пьезоэлементы преобразователя, поляризованные по толщине, установлены на одну из граней перпендикулярно рабочей поверхности, расположены на расстоянии друг от друга, большем пространственной длительности зондирующего импульса (L>τc), акустически изолированы друг от друга и электрически соединены совместно или раздельно с тактовым, или синхронным включением.

Использование: для измерения расстояния, оставшееся до препятствия, при парковке автомобиля. Сущность: заключается в том, что ультразвуковой датчик (100) имеет корпус (101) с круговой боковой стенкой (102) и дном (104), па котором размещен преобразовательный элемент (106) для формирования ультразвуковых колебаний, при этом боковая стенка (101) имеет нижний участок (108), на котором боковая стенка (102) в параллельной дну (104) плоскости имеет в основном вращательно-асимметричный профиль, и верхний участок (114), на котором боковая стенка (102) в направлении ее верхнего края (116) переходит в по существу вращательно-симметричный профиль.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к акустическим датчикам. Акустический датчик содержит пьезоэлектрическую подложку, общий электрод, расположенный на одной стороне пьезоэлектрической подложки, набор первых электродных структур, расположенных на противоположной стороне пьезоэлектрической подложки относительно общего электрода, причем каждая первая электродная структура расположена радиально относительно условной центральной точки и содержит набор электродных элементов, расположенных по окружностям.
Использование: для ультразвуковых физиотерапевтических процедур, применяемых в медицине и косметологии. Сущность заключается в том, что ультразвуковой преобразователь для физиотерапевтических аппаратов содержит защитный слой пьезоэлемента, выполненный из износоустойчивой силикатной эмали.

Использование: для контролируемого нагревания тканей тела с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что изогнутый высокоинтенсивный фокусированный ультразвуковой (HIFU) преобразователь содержит множество изогнутых композитных керамических пьезоэлектрических плиток, имеющих противоположные выпуклые и вогнутые поверхности, причем каждая плитка имеет электроды на поверхностях, электрически связанные с композитным керамическим пьезоэлектрическим материалом, и множество областей акустической передачи, находящихся на каждой плитке и возбуждаемых посредством электродов на выпуклой поверхности, причем области передачи и электроды акустически отделены от окружающих областей надрезами в композитном керамическом пьезоэлектрическом материале, при этом множество плиток подогнаны друг к другу, чтобы образовывать, по существу, непрерывную изогнутую композитную пьезоэлектрическую поверхность, которая передает HIFU акустическую энергию. Технический результат: обеспечение возможности создания изогнутого высокоинтенсивного фокусированного ультразвукового (HIFU) преобразователя из малого числа композитных керамических пьезоэлектрических плиток. 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке направленных эффективных волноводных преобразователей для гидроакустических средств различного назначения. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждение волноводного преобразователя включает процесс преобразования электрической энергии в энергию распространяющейся в упругом волноводе вытекающей волны. При этом возбуждение волны производят стержневым пьезопакетом, инверсно расположенным во внутреннем пространстве полого газозаполненного цилиндрического волновода, а инверсию фронта продольной волны в пространстве обеспечивают ее отражением от внешней ненагруженной поверхности согласующей накладки. Технический результат заключается в обеспечении направленного акустического поля с низким уровнем тыльного излучения, работе в широкой полосе частот с сохранением обратимости, высокой чувствительности и излучаемой мощности, значительном уменьшении массогабаритных характеристик. 2 н. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к вибрационной технике. Вибратор содержит корпус и пьезоэлемент. Пьезоэлемент выполнен в виде пакета пьезокерамических колец, к внутренней поверхности которых прикреплены шпоночные элементы, входящие в соответствующие пазы в цилиндрической оправке. Ось симметрии оправки перпендикулярна основанию, а диск, соединенный с оправкой, контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом пьезоэлемента. На верхней поверхности диска установлены измерительные пьезоэлементы. Внешний диаметр диска равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец, а основание представляет собой прямоугольной формы пластину. Токонепроводящий корпус выполнен в виде цилиндрической обечайки, при этом нижний торец обечайки опирается на кольцо, жестко прикрепленное к верхней плоскости основания, соосно оправке, а верхний ее торец закрыт крышкой с центральным отверстием под наконечник. Устройство также снабжено тензодатчиками, а в цилиндрической оправке выполнена внутренняя полость, заполненная элементами, создающими дополнительное стохастическое движение, При этом в нижней части цилиндрической оправки закреплена при помощи крепежных элементов крышка. Технический результат - расширение частотного диапазона виброускорений. 2 ил.

Изобретение относится к акустике, в частности к пьезоэлектрическим преобразователям, снабженным мембраной. Преобразователь содержит генератор, цилиндрический корпус, соосно расположенные в нем круглый биморфный пьезоэлемент с выпуклой мембраной над ним и общий плоский кольцевой держатель, снабженный у основания выпуклой мембраны отштампованным на нем кольцевым V-образным диффузором с углом раскрытия от 15 до 60 град в радиальном сечении. Дно диффузора жестко соединено с пьезоэлементом, общий плоский кольцевой держатель жестко закреплен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса. Корпус выполнен из упругого материала с волновым сопротивлением больше волнового сопротивления материала общего плоского кольцевого держателя. Технический результат - повышение уровня акустического давления. 2 ил.

Изобретение относится к блоку из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя, причем ультразвуковой преобразователь (1) имеет корпус (3) преобразователя и преобразовательный элемент (4), причем корпус (3) преобразователя имеет ультразвуковое окно (5), корпусную трубку (6) и корпусный фланец (7), причем преобразовательный элемент (4) предусмотрен либо вблизи от ультразвукового окна (5) корпуса преобразователя или на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя, причем держатель (2) преобразователя имеет фланец (8) держателя, и причем корпусный фланец (7) корпуса (3) преобразователя с помощью контрфланца (9) с промежуточным включением уплотнительного кольца (10) прижат к фланцу (8) держателя держателя (2) преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя улучшен в отношении предотвращения передачи корпусных волн, а именно за счет того, что между корпусным фланцем (7) корпуса (3) преобразователя и фланцем (8) держателя держателя (2) преобразователя предусмотрено развязывающее кольцо (13). 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: в качестве существенной части ультразвукового расходомера. Сущность изобретения заключается в том, что корпус (1) преобразователя имеет ультразвуковое окно (3), корпусную трубку и корпусной фланец (5), и преобразовательный элемент (2) предусмотрен либо на обращенном к среде, интенсивность расхода которой необходимо измерять, конце корпусной трубки, либо на обращенном от среды, интенсивность расхода которой необходимо измерять, конце корпусной трубки, и причем ультразвуковой преобразователь выполнен с возможностью крепления на держателе (6) преобразователя с помощью корпусного фланца (5) и для этого корпусной фланец (5) корпуса (1) преобразователя выполнен с возможностью зажима между фланцем (7) держателя держателя (6) преобразователя и контрфланцем (8) с помощью стяжных болтов (9) и контргаек (10), при этом корпусной фланец (5) корпуса (1) преобразователя на его обращенной к контрфланцу (8) стороне имеет внешний контур (12), который допускает затяжку контрфланца (8) по отношению к корпусному фланцу (5) корпуса (1) преобразователя без перекоса корпусного фланца (5). Технический результат: обеспечение возможности затяжки контрфланца без перекоса корпусного фланца. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструкциям малогабаритных стержневых армированных пьезокерамических преобразователей, предназначенных для работы в составе многоэлементных антенн гидроакустических приемоизлучающих систем, например, для морского подводного оружия. Гидроакустический преобразователь содержит стержневой блок пьезокерамических элементов, тыльную и переднюю накладки, силовой массивный крепежный опорный элемент, соединенный с этими накладками, причем передняя накладка соединена посредством стержневого элемента, проходящего с зазором внутри цилиндрической части тыльной накладки, а тыльная накладка соединена посредством упругого пружинного конического кольцевого элемента, в зазоры над и под упругим пружинным коническим кольцевым элементом введены вязкоупругие элементы из акустически мягкого материала. Техническим результатом является обеспечение эффективного излучения, снижение воздействия гидростатического давления на пьезокерамический блок элементов и снижение чувствительности к корпусным вибрациям в режиме приема. 1 ил.

Использование: для измерения расхода высокотемпературной текучей среды. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой датчик содержит пьезоэлектрический вибратор, выполненный из ниобата лития и имеющий в качестве поверхности выхода поверхность, полученную путем поворота поверхности, перпендикулярной оси Υ кристалла ниобата лития, на угол 36°±2° вокруг оси X; демпфер, выполненный из титана; и соединяющий слой для соединения одной поверхности демпфера с поверхностью выхода; при этом соединяющий слой выполнен из серебра и стеклянной фритты, причем стеклянная фритта имеет коэффициент линейного расширения в диапазоне от 5×10-6 K-1 до 15×10-6 K-1. Технический результат: обеспечение возможности создания ультразвукового датчика, который содержит пьезоэлектрический вибратор, генерирующий ультразвуковую волну высокой мощности, который может использоваться в области высоких температур и предотвращает образование трещин в кристалле. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к метрологии. Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь содержит звукопровод, пустотелый цилиндрический корпус, пьезоэлемент с электродами, изолятор, установленный своей нижней поверхностью на верхней поверхности звукопровода, а верхней поверхностью - на нижней поверхности пьезоэлемента. Устройство содержит муфту, расположенную между пьезоэлементом и пружиной. Крышка контактирует с пружиной и содержит отверстие для вывода проводников. Муфта также имеет отверстие, через которое проходят проводники от электродов пьезоэлемента. При этом площадь контакта муфты с верхней поверхностью пьезоэлемента составляет от 5% до 50% верхней поверхности площади пьезоэлемента, удельное акустическое сопротивление материала муфты составляет 5%-17% от удельного акустического сопротивления материала пьезоэлемента, а пьезоэлемент, изолятор и звукопровод соединены акустически прозрачными слоями, пружина установлена с возможностью передачи прижимного усилия через муфту на пьезоэлемент, изолятор и звукопровод. Между пружиной и муфтой установлена металлическая втулка, а пространство между компонентами заполнено компаундом, имеющим низкое удельное акустическое сопротивление. Технический результат - увеличение коэффициента передачи акустической мощности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для исследования крупноструктурных и неоднородных материалов посредством ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь содержит корпус, в котором расположены первый, второй, третий и четвертый пьезоэлементы. Второй пьезоэлемент установлен в корпусе симметрично первому пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, четвертый пьезоэлемент расположен в корпусе симметрично третьему пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, расстояние от первого пьезоэлемента до второго пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от третьего пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента, а расстояния от первого пьезоэлемента до третьего пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от первого пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента. Корпус снабжен протектором для контактирования с поверхностью контролируемого изделия в точке. Электрический вывод первого пьезоэлемента и электрический вывод второго пьезоэлемента соединены между собой противофазно и образуют первый электрический вывод ультразвукового низкочастотного преобразователя, электрический вывод третьего пьезоэлемента и электрический вывод четвертого пьезоэлемента соединены между собой противофазно и образуют второй электрический вывод ультразвукового низкочастотного преобразователя. После установки ультразвукового низкочастотного преобразователя острым рабочим торцом протектора на исследуемую поверхность изделия к электрическому выводу подводят возбуждающее напряжение U1(t) и к электрическому выводу подводят возбуждающее напряжение U2(t), снимают с этих электрических выводов принятые сигналы для дальнейшей амплитудно-фазовой обработки в приемном тракте. Технический результат: расширение функциональных возможностей и области применения преобразователя. 5 ил.
Наверх