Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями



Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями
Ультразвуковой hifu-преобразователь с немагнитными проводящими сквозными соединениями

 


Владельцы патента RU 2544878:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

Изобретение относится к ультразвуковым преобразователям, используемым в медицинской технике. Сущность: преобразователь фокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) содержит пьезоэлектрическую решетку со слоем пьезоэлектрического материала, имеющий обращенную к пациенту переднюю поверхность и заднюю поверхность. Передняя поверхность содержит излучающую поверхность и множество электродов, расположенных на передней и задней поверхностях пьезоэлектрического материала для подачи электрических сигналов на пьезоэлектрическую решетку. Электрические соединения между электродом на задней поверхности с электродом на передней поверхности пьезоэлектрической решетки выполняется посредством немагнитных проводящих соединений, проходящих через слой пьезоэлектрического материала. 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Настоящее изобретение относится к медицинским диагностическим системам и, в частности, к ультразвуковым преобразователям, используемым для управляемого нагревания тканей организма посредством фокусированного ультразвука высокой интенсивности, известного как HIFU.

Лечение посредством создаваемой ультразвуком повышенной температуры используется для различных лечебных целей. При лечении посредством HIFU ультразвуковая энергия фокусируется на небольшом участке внутри организма так, чтобы нагревать ткани до температуры, достаточной для создания требуемого лечебного эффекта. Данный способ аналогичен литотрипсии, при которой сфокусированная энергия достаточно велика для разрушения почечных камней, но при этом количество энергии значительно меньше и она передается в течение продолжительного времени, а не за короткий импульс. HIFU-способ может использоваться для выборочного разрушения нежелательных тканей в организме. Например, опухоли или другие патологические ткани могут быть разрушены посредством применения фокусированной ультразвуковой энергии так, чтобы нагреть клетки до температуры, достаточной для уничтожения ткани, как правило, от приблизительно 60°С до приблизительно 80°С, без разрушения соседних нормальных тканей. Другие виды лечения, основанные на повышении температуры, включают в себя избирательное нагревание тканей так, чтобы избирательно активировать лекарственное средство или вызвать некоторое другое физиологическое изменение в выбранном участке организма пациента.

HIFU-преобразователи часто выполнены в виде сферических или параболических тарелок с радиусом кривизны, который обеспечивает преобразователю геометрическую фокусную точку. Смотрите, например, HIFU-преобразователь, описанный в публикации международной патентной заявки WO 98/52465 (Acker и др.). Как представлено в публикации Acker и др., наведение при HIFU-терапии часто выполняется с помощью магнитно-резонансной томографии, которая отслеживает развитие термического воздействия внутри организма. Таким образом, HIFU-преобразователь зачастую должен работать в сильном магнитном поле МРТ-системы.

Питание для HIFU-преобразователей обеспечивается электродами, выполненными на противоположных сторонах пьезоэлектрического материала, как представлено у Acker и др., а также в публикации американской патентной заявки US 2009/0230822 (Kushculey и др.). Электрические соединения должны быть выполнены к обоим электродам, что является особенно проблематичным для электродов на передней (обращенной к пациенту стороне) преобразователя. Обе эти патентные публикации только схематично указывают эти соединения, которые не позволяют понять, каким образом эти соединения выполнены физически. Соответственно, существует потребность в обеспечении простого и эффективного способа подачи сигналов к электродам на обеих сторонах HIFU-преобразователя.

Согласно принципам настоящего изобретения описывается сферический HIFU-преобразователь, образованный множеством композитных керамических пьезоэлектрических элементов. Эти элементы изогнуты в двух измерениях таким образом, чтобы они были подогнаны друг к другу с образованием требуемой сферической передающей поверхности с требуемым геометрическим фокусом. Преобразователь имеет электроды и на передней (обращенной к пациенту), и на задней поверхностях пьезоэлектрического слоя. На передней поверхности выполнены электрические соединения с электродами с помощью немагнитных проводящих сквозных соединений, проходящих через пьезоэлектрический слой, обеспечивая возможность электрического соединения с передней поверхностью преобразователя с задней стороны с помощью средства, которое является устойчивым к воздействию магнитного поля.

На чертежах:

Фиг. 1 - вид в перспективе согласующего слоя сферического преобразователя, отдельно выполненного для HIFU-преобразователя по настоящему изобретению.

Фиг. 2a - вид с торца листа керамического пьезоэлектрического материала, разрезанного для образования решетки композитных преобразователей для HIFU-преобразователя по настоящему изобретению.

Фиг. 2b - решетка композитных преобразователей с немагнитным сквозным соединением, выполненным в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 3 - решетка композитных преобразователей с испускающими элементами и немагнитными сквозными соединениями, выполненными в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 4 - композитный пьезоэлектрический элемент до придания ей сферической формы для HIFU-преобразователя по настоящему изобретению.

Фиг. 5 - вид в разрезе расположения композитных пьезоэлектрических элементов на согласующем слое для HIFU-преобразователя по настоящему изобретению.

Фиг. 6 - вид в перспективе задней поверхности девятиплиточного HIFU-преобразователя по настоящему изобретению.

Фиг. 7a и 7b - передняя и задняя поверхности изогнутой печатной платы с выступающими совместимыми контактами для HIFU- преобразователя по настоящему изобретению.

Фиг. 8 - вид в перспективе задней стороны HIFU- преобразователя по настоящему изобретению с несущим каркасом, прикрепленным для печатных плат, изображенных на фиг. 7a и 7b.

Фиг. 9 - подробное изображение соединения выступающих совместимых контактов печатной платы с областями преобразователей HIFU-преобразователя по настоящему изобретению.

Фиг. 10 - частичный разрез и вид в перспективе HIFU-преобразователя по настоящему изобретению с периферической рамой и задней воздуховодной крышкой.

Фиг. 11 - вид сверху задней воздуховодной крышки, изображенной на фиг. 10.

Фиг. 12 - вид в разрезе HIFU-преобразователя, изображенного на фиг. 10.

Фиг. 12a - увеличенный вид периферической зоны HIFU-преобразователя, изображенного на фиг. 12.

Фиг. 13 - вид в перспективе HIFU-преобразователя по настоящему изобретению, когда он вмонтирован в стол для пациента.

Создание HIFU-преобразователя по настоящему изобретению может начинаться с изготовления сферического или тарелкообразного согласующего слоя. Согласующий слой(и) преобразователя обеспечивает(ют) по меньшей мере частичное согласование акустических свойств пьезоэлектрического преобразователя с акустическими свойствами организма пациента или средой между преобразователем и пациентом. Согласуемые свойства могут включать в себя акустическое сопротивление, скорость звука и плотность материала. Традиционная конструкция согласующего слоя ультразвукового преобразователя в целом формируется на пакете преобразователя и формируется поверх контрольных электродов на излучающей поверхности пьезоэлектрического материала. Для HIFU-преобразователя, описанного в настоящей заявке, сферический согласующий слой образован сам по себе, отдельно от остального преобразователя. Существует несколько способов образования сферического согласующего слоя, включающие в себя отливку, формование, термоформование или механическую обработку. Сферический согласующий слой HIFU-преобразователя, описанный в настоящем документе, выполнен из наполненного эпоксидного состава, который наполнен частицами, обеспечивающими согласующий слой, требуемый для него акустическими свойствами, как известно из уровня техники.

Предпочтительно частицы являются немагнитными. При отливке или формовании сферического согласующего слоя наполненный эпоксидный состав заливается в вогнутую форму требуемой сферической формы. Выпуклая форма накладывается на вогнутую форму, приводя к заполнению сферического пространства между двумя формами жидким эпоксидным составом. Эпоксидный состав отверждается и извлекается из форм, затем механически обрабатывается по краям с приданием ему окончательного вида. При процессе термоформования из наполненного эпоксидного состава формируется плоский лист требуемой толщины, затем частично отверждается. Затем этот лист помещается поверх нагретой выпуклой или вогнутой формы требуемой кривизны, которая нагревает лист таким образом, что он становится пластичным и повторяет кривизну формы. Когда лист приобрел требуемую сферическую форму, он отверждается и подвергается окончательной обработке. При процессе механической обработки диск из наполненного эпоксидного состава отливается или формуется и отверждается. Диск затем подвергается механической обработке с одной стороны для формирования выпуклой поверхности. Затем диск накладывают на вогнутую форму и другая сторона диска подвергается механической обработке для формирования вогнутой стороны сферического согласующего слоя. В построенном варианте осуществления окончательно обработанный сферический согласующий слой, получившийся в результате любого из этих процессов, имеет толщину 0,5 мм, диаметр 140 мм и сферический радиус 140 мм, размер и форму готового HIFU-преобразователя. На фиг. 1 представлен такой сферический согласующий слой 10. Вогнутая поверхность 12 представляет собой излучающую поверхность готового излучателя, обращенную к пациенту, а выпуклая поверхность 14 металлизируется напылением для получения резервного возвратного электрода сигнала, затем покрывается композитными пьезоэлектрическими элементами. Жесткий согласующий слой, таким образом, обеспечивает форму требуемой кривизны для сборки слоя пьезоэлектрических элементов. Поскольку согласующий слой 10 перед элементами представляет собой непрерывную поверхность, он обеспечивает требуемую электрическую изоляцию и изоляцию от внешней среды остальной части HIFU-преобразователя от пациента и окружающей среды перед HIFU-преобразователем.

Построение решетки композитных пьезоэлектрических преобразователей начинается с листа 30 керамического пьезоэлектрического материала, как представлено на фиг. 2a и 2b.

В конструируемом преобразователе лист 30 имеет толщину (T), равную 1,2 мм. Сначала просверливается множество отверстий в листе 30 в тех местах, где необходимо иметь электрические соединения между задней и передней (излучающей) сторонами преобразователя. Затем отверстия заполняются наполненным серебром эпоксидным составом для создания сквозных соединений 32 через лист. Серебряный наполнитель обеспечивает электропроводность и немагнитные свойства для работы в магнитном поле МРТ-системы. В качестве проводящего наполнителя может использоваться другой немагнитный проводящий материал. Серебряный эпоксидный состав отверждается. Затем лист надрезается по толщине с помощью параллельных надрезов 16 в одном направлении, как представлено на изображении края листа 30 на фиг. 2a. Затем лист надрезается параллельными надрезами в перпендикулярном направлении, создавая множество выступающих вверх пьезоэлектрических столбиков 18 и сквозных соединений 32. Надрезы затем заполняются непроводящим эпоксидным составом и отверждаются. Затем верхняя и нижняя поверхности листа механически обрабатываются по плоскости до глубины, указанной пунктирными линиями 34 на фиг. 2a. В результате образуется готовый лист матрицы пьезоэлектрических столбиков 18 и проводящих сквозных соединений 32 в эпоксидном составе 36, как представлено на фиг. 2b. Готовый лист содержит матрицу пьезоэлектрических столбиков в соотношении 1:3, каждый из которых имеет свою преобладающую моду колебаний в продольном направлении сквозь толщину листа, и который передает ультразвук преимущественно в направлении передней (обращенной к пациенту) стороны преобразователя. Эта преобладающая мода колебаний композитного материала уменьшает нежелательную боковую передачу через решетку к другим активным областям решетки.

Плоский композитный пьезоэлектрический лист 30 подвергается механической обработке с получением трапециевидной формы, как представлено формой периметра композитного пьезоэлектрического элемента 40, показанного на фиг. 4. В конструируемом HIFU-преобразователе элементы имеют трапециевидную форму, изображенную на фиг. 4, для создания места для круглого сферического центрального элемента, как описано ниже. Альтернативно, каждый элемент может быть подвергнут механической обработке с приданием ему формы куска пирога, чтобы элементы покрывали согласующий слой без необходимости в центральном элементе. Элементы могут также принимать другие геометрические формы, подходящие для покрытия сферической поверхности, включающие в себя, без ограничения, пятиугольники, чередующиеся с шестиугольниками, как у секций футбольного мяча. Затем плоскому трапециевидному элементу, изображенному на фиг. 4, придается требуемая сферическая кривизна. Поскольку композитный преобразователь образован из матрицы в эпоксидном составе, элемент может быть нагрет до размягчения эпоксидного состава таким образом, что элементу может быть придана требуемая кривизна. Это может быть сделано путем размещения элемента 40 на нагретой вогнутой или выпуклой форме, затем придания элементу соответствующей выпуклой или вогнутой формы. Пока элемент сохраняет требуемую кривизну, форма охлаждается, и обеспечивается полное отверждение эпоксидного состава. Результатом является сферический по форме композитный пьезоэлектрический элемент для сферического HIFU-преобразователя.

После того как элемент изогнут, металлизируются верхняя и нижняя поверхности 38 путем напыления проводящего материала на поверхности листа, как показано для листа 30 на фиг. 3. Предпочтительно, проводящий материал является немагнитным, например золото или титан/золото. Металлизированные поверхности электрически соединяются посредством проводящих сквозных соединений 32, обеспечивающих электрическое соединение между задней и передней поверхностями композитного листа. Затем активные (передающие и приемные) области композитного пьезоэлектрического листа изолируются посредством сверления алмазным сердечником, лазерной прошивкой или ультразвуковой обработкой вокруг требуемых активных областей с задней (выпуклой) поверхности элемента. Несколько таких ограниченных активных областей 44 представлены на фиг. 3 и 4. Прорези 42, ограничивающие активные области, прорезаются в металлизированном слое на поверхности листа для электроизоляции областей и предпочтительно достигают половины глубины композитного листа так, чтобы акустически изолировать активную область от окружающих областей листа и других активных областей. Альтернативно, активные области могут быть электрически и акустически изолированы после связывания элементов с согласующим слоем.

В конструируемом элементе активные области 44 располагаются не симметрично рядами или столбцами или окружностями и другими правильными структурами, а беспорядочно или вразброс, как представлено на фиг. 4. Беспорядочная структура не допускает никакого значительного усиливающего сочетания акустических боковых лепестков активных областей, которые будут снижать эффективную энергию, подаваемую HIFU-преобразователем.

Затем восемь сферических трапециевидных элементов 40 соединяются тонким слоем вплотную друг к другу вокруг выпуклой поверхности 14 согласующего слоя 10, который, таким образом, обеспечивает вид сборки элементов. Если сферические элементы 40 имеют форму куска пирога, как описано выше, элементы будут полностью покрывать выпуклую сторону согласующего слоя 10. Если сферические элементы являются трапециевидными, как представлено на фиг. 4, они будут покрывать выпуклую сторону согласующего слоя, за исключением центра согласующего слоя. Это круглое сферическое пространство может быть оставлено пустым. Альтернативно, оно может быть покрыто круглым сферическим проводником тепла, например алюминием, для охлаждения. Возвращающаяся акустическая энергия будет стремиться сфокусироваться в центре HIFU-преобразователя за счет своей сферической геометрической формы. Расположение проводника тепла в данном случае может способствовать охлаждению HIFU-преобразователя.

Альтернативно, это пространство может заполняться круглым сферическим композитным пьезоэлектрическим элементом 48. Например, круглый лист, изображенный на фиг. 3, со своими активными областями, может быть выполнен сферической формы и расположен в этом месте, обеспечивая полное композитное пьезоэлектрическое покрытие согласующего слоя 10, как представлено на виде в поперечном разрезе трапециевидного и круглого элементов на согласующем слое 10 на фиг. 5. В конструируемом преобразователе этой конструкции с полным покрытием девять элементов обеспечивают HIFU-преобразователь 265 активными областями, 256 для передачи и девять для приема.

На фиг. 3 представлено, что сквозные соединения 32 расположены так, чтобы соединять металлизированную область вокруг активных областей на задней поверхности с металлизированной поверхностью на передней (обращенной к пациенту) стороне элемента. В конструируемом HIFU-преобразователе металлизированная область вокруг активных областей 44 электрически соединяется с опорным потенциалом. Сквозные соединения 32 соединяют этот опорный потенциал с металлизированной поверхностью на другой стороне элемента, эта сторона не видна на фиг. 3. Таким образом, сквозные соединения используются для подведения опорного потенциала к обращенной к пациенту стороне композитных пьезоэлектрических элементов и также к металлизированному слою на обращенной к пациенту стороне активных областей 44. Поскольку элементы 40 на обращенной к пациенту стороне соединены с согласующим слоем 10 и таким образом недоступны для электрических соединений, сквозные соединения обеспечивают требуемое электрическое соединение с передней стороной элемента через пьезоэлектрический лист.

Затем пластиковый несущий каркас 50 прикрепляется к задней стороне собранных элементов путем соединения, защелкивающейся посадки или фиксаторов, как представлено на фиг. 6. В конструируемом преобразователе каждый из девяти элементов 40, 48 доступен между ребрами несущего каркаса. Несущий каркас используется для установки восьми трапециевидных и одной круглой печатных плат 52 с промежутками над задними поверхностями композитных пьезоэлектрических элементов 40. На фиг. 7a и 7b представлены передняя и задняя (54) поверхности трапециевидных печатных плат 52. На задней поверхности 54 расположены соединения 56 печатной платы от разъема 57, которые соединены с помощью металлизированных сквозных отверстий 59, проходящих через плату к активным областям HIFU-преобразователя. На передней поверхности печатных плат имеются гибкие металлические контакты 60, которые заполняют пространство между печатной платой и соответствующим элементом и электрически соединяют соединения печатной платы с активными областями 44 и сквозными соединениями 32 противолежащего композитного пьезоэлектрического элемента 40. На одном краю печатной платы 52, который находится на периферии HIFU-преобразователя, располагаются охлаждающие вырезы 58.

Печатная плата 52 соединяется с несущим каркасом 50 над каждым элементом, например элементом 40, представленным на фиг. 6. Когда печатная плата собрана таким образом, она выглядит так, как печатная плата 52, изображенная на фиг. 8. Перед этой сборкой выступающие концы гибких металлических контактов 60 покрываются проводящим эпоксидным составом. Когда печатная плата собирается на каркасе, концы контактов 60 будут контактировать с металлизированными областями противолежащего элемента и становятся соединенными электрически с металлизированными областями, когда проводящий эпоксидный состав отверждается. Таким образом, контакты 60 обеспечивают электрическое соединение между печатными платами и активными областями и областями опорного потенциала пьезоэлектрических элементов.

Хотя печатные платы могут быть изготовлены как традиционные плоские печатные платы, печатная плата 52, изображенная на фиг. 7a и 7b, предпочтительно имеет сферическую кривизну, соответствующую кривизне противолежащих композитных пьезоэлектрических элементов 40, к которым они присоединяются посредством контактов 60. Печатные платы могут быть изогнуты только на стороне, обращенной к элементу, как представлено на фиг. 7a, или на обеих сторонах. Печатные платы могут быть выполнены в виде изогнутых плат несколькими способами. Один состоит в том, что сначала толстый плоский лист материала для печатных плат из эпоксидного стеклопластика подвергают механической обработке или шлифуют поверхность платы для получения требуемой кривизны. Другой способ состоит в использовании термоформования для нагревания материала платы и размягчения эпоксидного состава, затем формируют кривизну посредством прижатия листа к форме требуемой кривизны. Печатные платы могут быть двухсторонними, с проводящими дорожками, полученными фотоспособом и способом химического травления на верхней и нижней поверхностях, соединенных друг с другом посредством металлизированных сквозных отверстий, выполненных в платах. Печатные платы могут также быть многослойными платами с тремя или более слоями проводящих дорожек, выполненных на поверхности и внутренних слоях печатной платы для более сложного, высокоплотного монтажа. Жесткие платы 52 также способны надежно фиксировать другие электрические компоненты, например разъем 57.

Гибкие металлические контакты 60 могут быть выполнены в виде пружин, например плоской пружины, скрученной пружины или витой пружины. Пружины обеспечивают множество преимуществ. Во-первых, они обеспечивают электрическое соединение от печатных плат для подачи запускающих сигналов и опорного потенциала к областям пьезоэлектрического HIFU-преобразователя. При использовании плоской печатной платы, противолежащей сферически изогнутому композитному пьезоэлектрическому элементу, гибкость контактов 60 позволяет контактам покрывать неодинаковое расстояние 62 между платой 52 и пьезоэлектрическим элементом, при этом они относительно не сжаты при большем покрываемом расстоянии и относительно более сжаты при меньшем расстоянии. Во-вторых, они обеспечивают возможность сохранения пространства 62 между пьезоэлектрическими элементами, которое используется для охлаждения пьезоэлектрических элементов. В-третьих, они обеспечивают гибкие электрические соединения, позволяющие пространству между печатными платами и элементами изменяться при нагревании и охлаждении HIFU-преобразователя. В-четвертых, поскольку металлические контакты являются термопроводящими и стоят на пути потока воздуха между пьезоэлектрическим материалом и печатной платой, они будут проводить тепло от пьезоэлектрического материала, которое будет рассеиваться, поскольку воздух на своем пути протекает мимо контактов. Эти преимущества могут быть понятны из увеличенного вида этих соединений, изображенных на фиг. 9. На этом чертеже контакты 60 выполнены в виде пружинных зажимов, которые заполняют охлаждающее пространство 62 между печатной платой 52 и элементом 40. Видно, что центральный контакт 60 обеспечивает электрическое соединение с активной областью 44 элемента 40. Эта активная область 44 преобразователя изолирована от окружающей области элемента посредством вырезов 42, выполненных через поверхностный металлизированный слой в композитном пьезоэлектрическом элементе 40. На любой из сторон центрального контакта 60 имеются контакты 60a пружинного зажима, которые соединяются с металлизированным слоем над сквозными соединениями 32. Эти электрические соединения, таким образом, соединяют переднюю металлизированную поверхность элемента, которая соединена с согласующим слоем 10 и, следовательно, недоступна для непосредственного электрического соединения, с требуемым электрическим потенциалом, например опорным потенциалом.

На фиг. 10 представлен другой блок HIFU-преобразователя по настоящему изобретению, в котором собранный согласующий слой 10, композитные пьезоэлектрические элементы 40, несущий каркас 50 и печатные платы 52 вставлены в круговой периферический каркас 80, прикрытый задней пластиной 70. Задняя пластина 70, таким образом, образует воздуховод 76 между задними поверхностями печатных плат 52 и пластиной. Задняя пластина включает в себя два отверстия 72 и 74 для воздуха, одно из которых обеспечивает доступ к охлаждающему пространству 62' между центральной печатной платой 52' и центральным пьезоэлектрическим элементом через отверстие в плате 52', а другая обеспечивает доступ к воздуховоду 76 между платами 52 и пластиной 70. Задняя пластина 70 представлена на виде сверху на фиг. 11. В примере на фиг. 10 пластина 70 контактирует с кольцевым центральным ребром несущего каркаса 50 для отделения охлаждающего пространства 62' от периферического воздуховода 76. Для охлаждения композитных пьезоэлектрических элементов 40 воздух для охлаждения нагнетается в одно из этих отверстий и выходит из другого. Видно, что, в отличие от традиционного многослойного преобразователя, композитные пьезоэлектрические элементы не имеют материала-подложки, прикрепленного к их задним (неизлучающим) поверхностям. Вместо этого позади них расположено охлаждающее пространство 62. Это означает, что отсутствует прикрепленный материал-подложка, который нагревался бы композитным пьезоэлектрическим материалом при использовании. Вместо этого задняя поверхность композитного пьезоэлектрического материала охлаждается потоком воздуха в охлаждающем пространстве 62 между композитным пьезоэлектрическим материалом и печатными платами 52. Когда воздух нагнетается в отверстие 74, например, воздух будет протекать через центральное охлаждающее пространство 62', через проемы 64 в несущем каркасе 50 (см. фиг. 8), через охлаждающие пространства 62 между трапециевидными элементами 40 и трапециевидными печатными платами 52, через периферические вырезы 58 печатных плат в воздуховоде 76 и выходить наружу через отверстие 72. Таким образом, задняя поверхность композитных пьезоэлектрических элементов может быть непрерывно, непосредственно охлаждаться воздухом во время использования HIFU-преобразователя.

Фиг. 12 представляет собой вид в разрезе через центр собранного HIFU-преобразователя, изображенного фиг. 10, дополнительно иллюстрирующий элементы системы охлаждения воздуха этого преобразователя. Фиг. 12a представляет собой увеличенное изображение периферической части блока, представляющее пьезоэлектрический элемент 40, несущий каркас 50 и печатную плату 52, упирающиеся в периферическую раму 80 и прикрытые задней пластиной 70.

Фиг. 13 представляет HIFU-преобразователь 22 по настоящему изобретению, использованный в столе 28 для пациента ультразвуковой HIFU-системы 20. Фиг. 13 представляет вид сверху стола для пациента. Стол 28 для пациента имеет первый резервуар 24, заполненный подходящей передающей жидкостью, например водой. Для ясности прозрачная мембрана, изолирующая верхнюю часть первого резервуара 24, не показана. HIFU-преобразователь 22 расположен в первом резервуаре 24 и выполнен с возможностью испускания сфокусированной ультразвуковой энергии высокой интенсивности вверх в направлении к пациенту, полулежащему на столе 28. Вода резервуара 24 обеспечивает акустическую связующую среду между HIFU-преобразователем 22 и пациентом, а также обеспечивает охлаждение передней стороны HIFU-преобразователя. Для завершения связи ультразвуковой энергии, испускаемой из первого резервуара к пациенту, над первым резервуаром 24 располагается второй резервуар 27, содержащий слабо отражающую среду. Предпочтительно, для второго резервуара используется подходящая гелевая подушечка. Второй резервуар 27 содержит контактную поверхность 27a, на которой должен располагаться пациент, проходящий процедуру. Устройство 20 дополнительно содержит проем 26, предусмотренный для обеспечения возможности проверки, например визуальной проверки, контактной поверхности 27a между вторым резервуаром 27 и пациентом. Проем 26 предпочтительно выполнен по существу как прозрачное окно, через которое медицинский персонал непосредственно, или используя зеркало или камеру подходящей конструкции, может наблюдать за наличием пузырьков воздуха между контактной поверхностью 27a и пациентом. В случае обнаружения пузырьков воздуха меняют положение пациента до исчезновения пузырьков воздуха. После этого пациент фиксируется подходящим образом и может быть начато лечение. HIFU-система 20, изображенная на фиг. 13, дополнительно описана в международной патентной публикации WO 2008/102293 (Bruggers).

1. Преобразователь фокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU), содержащий:
пьезоэлектрическую решетку, содержащую слой пьезоэлектрического материала, имеющий обращенную к пациенту переднюю поверхность и заднюю поверхность, причем передняя поверхность содержит излучающую поверхность;
множество электродов, расположенных на передней и задней поверхностях пьезоэлектрического материала для подачи электрических сигналов на пьезоэлектрическую решетку; и
немагнитное проводящее сквозное соединение, проходящее через слой пьезоэлектрического материала и электрически соединяющее электрод на задней поверхности с электродом на передней поверхности пьезоэлектрической решетки.

2. HIFU-преобразователь по п.1, в котором немагнитное проводящее сквозное соединение дополнительно содержит отверстие, проходящее через слой пьезоэлектрического материала, заполненное проводящим эпоксидным составом.

3. HIFU-преобразователь по п.2, в котором проводящий эпоксидный состав дополнительно содержит серебряный эпоксидный состав.

4. HIFU-преобразователь по п.1, в котором электрод на передней поверхности пьезоэлектрической решетки дополнительно содержит электрод опорного потенциала.

5. HIFU-преобразователь по п.4, в котором электрод опорного потенциала покрывает по существу всю обращенную к пациенту переднюю поверхность решетки.

6. HIFU-преобразователь по п.4, в котором множество электродов, содержащих передающие электроды, расположены на задней поверхности решетки,
причем каждый из передающих электродов окружен электродом опорного потенциала.

7. HIFU-преобразователь по п.6, дополнительно содержащий множество проводящих сквозных соединений, электрически соединяющих электроды опорного потенциала на задней поверхности с электродом опорного потенциала на передней поверхности.

8. HIFU-преобразователь по п.1, дополнительно содержащий печатную плату, соединенную для подачи опорного потенциала с электродом опорного потенциала на задней поверхности решетки.

9. HIFU-преобразователь по п.8, в котором печатная плата дополнительно соединена для подачи передающих сигналов на передающие электроды на задней поверхности решетки.

10. HIFU-преобразователь по п.1, в котором слой пьезоэлектрического материала дополнительно содержит композит из керамических элементов, встроенных в непроводящую матрицу,
при этом сквозное соединение проходит через один или более керамических элементов.

11. HIFU-преобразователь по п.4, в котором проводящее сквозное соединение дополнительно содержит единственное электрическое соединение с электродом на передней поверхности.

12. HIFU-преобразователь по п.11, в котором проводящее сквозное соединение дополнительно содержит множество проводящих сквозных соединений, электрически соединяющих области электродов на задней поверхности с электродом на передней поверхности.

13. HIFU-преобразователь по п.1, в котором пьезоэлектрическая решетка дополнительно содержит множество пьезоэлектрических элементов, причем каждый элемент имеет по меньшей мере одно сквозное соединение, электрически соединяющее область электрода на задней поверхности элемента с областью электрода на передней поверхности элемента.

14. HIFU-преобразователь по п.13, дополнительно содержащий согласующий слой, имеющий металлическое покрытие, связанное с передними поверхностями элементов и электрически соединяющее области электродов на передних поверхностях элементов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к жидкостным и газовым ультрозвуковым расходомерам. Пьезоэлектрический узел для ультразвукового расходомера содержит пьезоэлектрический элемент, содержащий первую поверхность и вторую поверхность, пьезоэлектрический первый электрод, взаимодействующий с первой поверхностью, и второй электрод, взаимодействующий со второй поверхностью.

Изобретение относится к электроакустическим сенсорам, способным работать в среде с высоким давлением. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке направленных эффективных волноводных преобразователей для гидроакустических средств различного назначения.

Изобретение относится к области ультразвуковой техники, а именно к устройствам для формирования и излучения ультразвуковых колебаний высокой интенсивности, и может быть использовано при создании ультразвуковых аппаратов, предназначенных для интенсификации технологических процессов в жидких и дисперсных средах.

Изобретение относится к области пьезоэлектрических преобразователей. .

Изобретение относится к области ультразвуковой техники, а именно к устройствам, предназначенным для интенсификации технологических процессов в жидких гомогенных и гетерогенных средах ультразвуковыми широкополосными колебаниями кавитационного спектра, и может быть использовано для ускорения процессов диспергирования, гомогенизации, экстракции, создания и разделения эмульсий, дегазации, коагуляции, осветления и т.п.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым преобразователям для терапевтических применений. .

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к конструкциям ультразвуковых колебательных систем, и может быть использована при разработке ультразвуковой медицинской аппаратуры.

Изобретение относится к способам и устройствам трехмерной ультразвуковой визуализации и терапии. .

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к пьезокерамическим преобразователям, и может быть использовано как при разработке новых акустических систем, так и в существующем оборудовании на базе пьезокерамических преобразователей.

Изобретение относится к ультразвуковой технике, в частности к устройствам для интенсификации технологических процессов в жидких средах, и может найти применение в машиностроительной, электронной, фармацевтической промышленности, приборостроении и атомной энергетике.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для получения диагностической информации посредством ультразвука. .

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при обработке жаропрочных, нержавеющих сплавов, хрупких материалов типа керамики, стекла, а также других труднообрабатываемых материалов. Устройство содержит основную колебательную систему, включающую основную отражающую накладку, основную излучающую накладку, основной концентратор и основные пьезоэлементы, расположенные между основными отражающей и излучающей накладками, дополнительную колебательную систему, расположенную внутри основной колебательной системы соосно ей и включающую дополнительную отражающую накладку, дополнительную излучающую накладку с дополнительным концентратором, и дополнительные пьезоэлементы, расположенные между дополнительными отражающей и излучающей накладками, при этом основной концентратор выполнен совместно с основной излучающей накладкой, а дополнительный концентратор расположен перед основным концентратором и жестко соединен с ним. Размеры элементов устройства находятся в определенной зависимости от длины волны продольных колебаний основной колебательной системы. Изобретение позволяет расширить технологические возможности устройства и повысить эффективность обработки. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностическим ультразвуковым системам. Искривленный преобразователь сфокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) содержит искривленную пьезоэлектрическую матрицу, имеющую противоположные выпуклую и вогнутую поверхности, причем вогнутая поверхность является передающей поверхностью, и множество зон акустической передачи. Множество электродов расположены на поверхностях искривленной пьезоэлектрической матрицы. Монолитно, непрерывно сформированный искривленный слой согласования заранее сформирован с требуемой кривизной искривленной матрицы преобразователей и прикреплен к передающей поверхности. Печатная плата и задняя пластина расположены на стороне матрицы, противоположной слою согласования, причем задняя пластина ограничивает воздушный канал между печатной платой и пластиной, а печатная плата ограничивает воздушный канал между печатной платой и матрицей. Использование изобретения позволяет облегчить придание нужной формы преобразователю. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх