Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования



Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования
Искривленный ультразвуковой hifu-преобразователь с заранее сформированным сферическим слоем согласования

 

G10K11/00 - Способы и устройства для передачи, проведения или направления звука вообще; способы или устройства для защиты от воздействия шума или других акустических колебаний вообще или для их подавления (звукоизоляция для транспортных средств B60R 13/08; звукоизоляция для самолетов B64C 1/40; звукоизоляционные материалы см. в соответствующих подклассах, например C04B 26/00- C04B 38/00; уменьшение шума на верхнем строении путей E01B 19/00; поглощение передаваемого по воздуху шума с дорог или железнодорожных путей E01F 8/00; звукоизоляция, поглощение или отражение шума в строительных сооружениях E04B 1/74; акустика помещений E04B 1/99; звукоизоляция полов E04F 15/20; глушители шума и выхлопные устройства

Владельцы патента RU 2553496:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС ЭЛЕКТРОНИКС Н.В. (NL)

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.

 

Данное изобретение относится к медицинским диагностическим ультразвуковым системам и, в частности, ультразвуковым преобразователям, которые используются для управляемого нагрева тканей тела сфокусированным ультразвуком высокой интенсивности, именуемым HIFU.

Лечение повышенной температурой, обусловленной ультразвуковым воздействием, используется в различных терапевтических целях. При лечении HIFU ультразвуковая энергия фокусируется на небольшом участке тела для нагрева тканей до температуры, достаточной для обеспечения нужного терапевтического эффекта. Метод аналогичен литотрипсии, где сфокусированная энергия достаточно высока для дробления почечных камней, но со значительно меньшей энергией, которая доставляется в течение длительного времени, а не в виде короткого импульса. Метод HIFU можно использовать для избирательного разрушения нежелательных тканей в теле. Например, опухоли или другие патологические ткани можно разрушать, применяя сфокусированную ультразвуковую энергию для нагрева клеток до температуры, достаточной для умерщвления ткани, в общем случае от около 60 до около 80 градусов Цельсия, без разрушения соседних здоровых тканей. Другие методы лечения повышенной температурой включают в себя избирательный нагрев тканей для избирательной активации лекарства или для стимулирования какого-либо другого физиологического изменения в выбранном участке тела субъекта.

HIFU-преобразователи часто бывают выполнены в виде сферических или параболических тарелок с радиусом кривизны, который обеспечивает геометрическую фокальную точку преобразователя. Смотри, например, HIFU-преобразователь, описанный в публикации международной патентной заявки под номером WO 98/52465 (Acker и др.) Преобразователь, описанный в этой публикации, образован рядом секций преобразователя, закрепленных на раме с требуемой кривизной. Когда отдельные секции или элементы преобразователя в секциях можно индивидуально возбуждать сигналами возбуждения с разными фазами и амплитудами, всем преобразователем можно управлять и фокусировать наподобие фазированной решетки, чтобы направлять точку фокусировки энергии в окрестности номинального геометрического фокуса.

Чтобы преобразователь доставлял высокую энергию, необходимо обеспечить значительное количество секций преобразователя. Преобразователь, предложенный в публикации Акером и других, составляет около 15 см в диаметре и имеет большое количество секций преобразователя, присоединенных к его тарелкообразной раме. Точное размещение секций преобразователя на раме необходимо для придания окончательной сборке требуемой сферической формы и акустических свойств. Это требует значительных усилий при изготовлении и конструировании, а также тщательного контроля качества и тестирования для проверки работоспособности каждой секции. Соответственно желательно обеспечить конструкцию преобразователя, которой можно легче придавать нужную форму, и предпочтительно использовать компоненты, которые вносят вклад в акустические характеристики сферического преобразователя.

В соответствии с принципами настоящего изобретения описан сферический HIFU-преобразователь, образованный множеством композиционных керамических пьезоэлектрических плиток, установленных вокруг заранее сформированного сферического слоя согласования. Слой согласования формируется отдельно до сборки преобразователя из пьезоэлектрических плиток, после чего слой согласования используется как форма для сборки сферического преобразователя. Слой согласования выполнен в виде сплошного тела, что обеспечивает электрическую и внешнюю изоляцию между пьезоэлектрическими элементами и передней излучающей стороной преобразователя.

На чертежах:

фиг. 1 - вид в перспективе слоя согласования сферического преобразователя, отдельно сформированного для HIFU-преобразователя настоящего изобретения.

Фиг. 2a - вид с торца листа керамического пьезоэлектрического материала, нарезанного для формирования матрицы композиционных преобразователей для HIFU-преобразователя настоящего изобретения.

Фиг. 2b - матрица композиционных преобразователей с немагнитной сквозной перемычкой, сконструированная в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 3 - матрица композиционных преобразователей с излучающими элементами и немагнитными сквозными перемычками, сконструированная в соответствии с принципами настоящего изобретения.

Фиг. 4 - композиционная пьезоэлектрическая плитка до придания сферической формы для HIFU-преобразователя настоящего изобретения.

Фиг. 5 - вид в разрезе размещения композиционных пьезоэлектрических плиток на слое согласования для HIFU-преобразователя настоящего изобретения.

Фиг. 6 - вид в перспективе задней стороны девятиплиточного HIFU-преобразователя настоящего изобретения.

Фиг. 7a и 7b - передняя и задняя поверхности искривленной печатной платы с протяженными гибкими контактами для HIFU-преобразователя настоящего изобретения.

Фиг. 8 - вид в перспективе задней стороны HIFU-преобразователя настоящего изобретения с присоединенной несущей рамой для печатных плат, показанных на фиг. 7a и 7b.

Фиг. 9 - подробная иллюстрация соединения протяженных гибких контактов печатной платы с преобразовательными зонами HIFU-преобразователя настоящего изобретения.

Фиг. 10 - частичный вид в разрезе и в перспективе HIFU-преобразователя настоящего изобретения с внешней рамой и крышкой заднего канала.

Фиг. 11 - вид в плане крышки заднего канала, показанного на фиг. 10.

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

Фиг. 12a - увеличенный вид краевой части HIFU-преобразователя, показанного на фиг. 12.

Фиг. 13 - вид в перспективе HIFU-преобразователя настоящего изобретения, установленного на столе для пациента.

Конструирование HIFU-преобразователя настоящего изобретения может начинаться с изготовления сферического или тарелкообразного слоя согласования. Слой(и) согласования преобразователя обеспечивает, по меньшей мере, частичное согласование акустических свойств пьезоэлектрического преобразователя с акустическими свойствами тела пациента или среды между преобразователем и пациентом. Согласуемые свойства могут включать в себя акустический импеданс, скорость звука и плотность материала. В традиционной конструкции ультразвукового преобразователя слой согласования, в общем случае, сформирован на стопке преобразователей и сформирован поверх опорных электродов на излучающей поверхности пьезоэлектрического материала. Для HIFU-преобразователя, описанного в этом раскрытии, сферический слой согласования формируется сам по себе, отдельно от остального преобразователя. Сферический слой согласования можно формировать различными способами, в том числе методом литья, формования, термоформования или механической обработки. Описанный здесь сферический слой согласования HIFU-преобразователя выполнен из эпоксидной смолы с наполнением, которая наполнена частицами, придающими слою согласования нужные акустические свойства, что известно из уровня техники. Предпочтительно, частицы являются немагнитными. При изготовлении сферического слоя согласования методом литья или формования эпоксидная смола с наполнением заливается в вогнутую изложницу требуемой сферической формы. Выпуклая изложница накладывается поверх вогнутой изложницы, заставляя жидкую эпоксидную смолу заполнять сферический промежуток между двумя изложницами. Эпоксидная смола отверждается и извлекается из изложниц, затем подвергается механической обработке по периметру для придания ей окончательной формы. В процессе термоформования плоский лист требуемой толщины формируется из эпоксидной смолы с наполнением, после чего частично отверждается. Затем лист помещается поверх нагретой выпуклой или вогнутой изложницы требуемой кривизны, которая нагревает лист, чтобы он стал податливым и принимал кривизну изложницы. Когда лист приобретает нужную сферическую форму, он отверждается и подвергается чистовой обработке. В процессе механической обработки диск эпоксидной смолы с наполнением отливается или формуется и отверждается. Затем диск подвергается механической обработке с одной стороны для формирования выпуклой поверхности. Затем диск помещается на вогнутую изложницу, и другая сторона диска подвергается механической обработке для формирования вогнутой стороны сферического слоя согласования. В сконструированном варианте осуществления сферический слой согласования, прошедший чистовую обработку после любого из этих процессов, имеет толщину 0,5 мм, диаметр 140 мм и радиус сферы 140 мм, размер и форму HIFU-преобразователя, прошедшего чистовую обработку. На Фиг. 1 показан такой сферический слой 10 согласования. Вогнутая поверхность 12 является излучающей поверхностью преобразователя, прошедшего чистовую обработку, которая обращена к пациенту, и выпуклая поверхность 14 обрабатывается напылением для создания электрода для возврата избыточного сигнала, после чего покрывается композиционными пьезоэлектрическими плитками. Таким образом, жесткий слой согласования обеспечивает форму требуемой кривизны для сборки слоя пьезоэлектрических плиток. Поскольку слой 10 согласования перед плитками является непрерывно сформированной поверхностью, он обеспечивает нужную электрическую и влагонепроницаемую внешнюю изоляцию электрических элементов HIFU-преобразователя от пациента и внешнего окружения перед HIFU-преобразователем.

Конструирование матрицы композиционных пьезоэлектрических преобразователей начинается с листа 30 керамического пьезоэлектрического материала, показанного на фиг. 2a и 2b. В сконструированном преобразователе лист 30 имеет толщину (T) 1,2 мм. Прежде всего, в листе 30 просверливается некоторое количество отверстий, где необходимо обеспечить электрические соединения между задней и передней (излучающей) сторонами преобразователя. Затем отверстия заполняются эпоксидной смолой с серебряным наполнением для формирования сквозных перемычек 32, проходящих сквозь лист. Серебряное наполнение обеспечивает электропроводность и является немагнитным, что позволяет работать в магнитном поле системы МРТ. Для проводящего заполнения можно использовать другой немагнитный проводящий материал. Эпоксидная смола с серебряным наполнением отверждается. Затем лист надрезается на глубину, составляющую часть толщины с образованием параллельных надрезов 16 в одном направлении, как показано в виде края листа 30 на фиг. 2a. Затем лист частично надрезается с образованием параллельных надрезов в перпендикулярном направлении, в результате чего остается множество выступающих вверх пьезоэлектрических столбиков 18 и сквозных перемычек 32. Затем проделанные надрезы заполняются непроводящей эпоксидной смолой, которая отверждается. Затем верхняя и нижняя поверхности листа подвергаются механической обработке шлифования до глубин, указанных пунктирными линиями 34 на фиг. 2a. В результате, лист, прошедший чистовую обработку, превращается в матрицу пьезоэлектрических столбиков 18 и проводящих сквозных перемычек 32 в эпоксидной смоле 36, показанную на фиг. 2b. Лист, прошедший чистовую обработку, содержит матрицу пьезоэлектрических столбиков 1:3, каждый из которых имеет основную колебательную моду в продольном направлении по толщине листа и передает ультразвук преимущественно в направлении к передней (обращенной к пациенту) стороне преобразователя. Эта основная колебательная мода композиционного материала снижает нежелательную боковую передачу по матрице в другие активные зоны матрицы.

Плоский композиционный пьезоэлектрический лист 30 подвергается механической обработке для придания ему трапецеидальной формы, которую имеет форма периметра композиционной пьезоэлектрической плитки 40, показанная на фиг. 4. В сконструированном HIFU-преобразователе плитки имеют трапецеидальную форму, показанную на фиг. 4, для обеспечения возможности размещения круглой сферической центральной плитки, описанной ниже. Альтернативно, каждую плитку можно подвергать механической обработке, придавая ей форму сектора круга, чтобы плитки покрывали слой согласования без необходимости в центральной плитке. Плитки также могут иметь форму других геометрических фигур, способных покрывать сферическую поверхность, включая, но без ограничения, пятиугольники в сочетании с шестиугольниками, наподобие поверхности футбольного мяча. Затем плоской трапецеидальной плитке, показанной на фиг. 4, придается требуемая сферическая кривизна. Поскольку композиционный преобразователь выполнен в виде матрицы в эпоксидной смоле, плитку можно нагревать для размягчения эпоксидной смолы, что позволяет придавать плитке нужную кривизну. Для этого плитку 40 можно поместить на нагретую вогнутую или выпуклую изложницу, после чего оказывать давление на плитку, чтобы она принимала выпуклую или вогнутую форму. Пока поддерживается требуемая кривизна плитки, изложница охлаждается, что позволяет эпоксидной смоле полностью отвердеть. В результате получается композиционная пьезоэлектрическая плитка сферической формы для сферического HIFU-преобразователя.

После искривления плитки верхняя и нижняя поверхности 38 металлизируются путем напыления проводящего материала на поверхность листа, что показано для листа 30 на фиг. 3. Предпочтительно, проводящий материал, является немагнитным материалом, например золото или титан/золото. Металлизированные поверхности электрически соединяются проводящими сквозными перемычками 32, обеспечивающими электрическое соединение от задней поверхности композиционного листа к передней. Затем активные (передающие и принимающие) зоны композиционного пьезоэлектрического листа изолируются путем сверления алмазным сверлом, лазерного сверления или ультразвуковой обработки вокруг требуемых активных зон со стороны задней (выпуклой) поверхности плитки. На фиг. 3 и 4 показано несколько таких ограниченных активных зон 44. Надрезы 42 для ограничения активных зон прорезаются в металлизации поверхности листа для электрической изоляции зон и предпочтительно проходят на половину толщины композиционного листа, чтобы акустически изолировать активную зону от окружающих зон листа и других активных зон. Альтернативно, активные зоны можно электрически и акустически изолировать после прикрепления плиток к слою согласования.

В сконструированной плитке активные зоны 44 не располагаются симметрично в виде рядов или столбцов, или окружностей, или в другом правильном порядке, а располагаются в неправильном порядке или произвольно, как показано на фиг. 4. Произвольное расположение препятствует сколько-нибудь значительному взаимному усилению акустических боковых лепестков активных зон, которые способны снижать эффективную энергию, доставляемую HIFU-преобразователем.

Затем восемь сферических трапецеидальных плиток 40 тонко прикрепляют рядом друг с другом вокруг выпуклой поверхности 14 слоя 10 согласования, которая, таким образом, обеспечивает форму для сборки плиток. Если сферические плитки 40 имеют вид секторов круга, как описано выше, плитки будут полностью покрывать выпуклую сторону слоя 10 согласования. Когда сферические плитки имеют трапецеидальную форму, как показано на фиг. 4, они будут покрывать выпуклую сторону слоя согласования за исключением центра слоя согласования. Этот круглый сферический промежуток можно оставить открытым. Альтернативно, его можно покрыть круглым сферическим проводником тепла, например алюминием, для охлаждения. Возвращающейся акустической энергии свойственно фокусироваться в центре HIFU-преобразователя по причине его сферической геометрической формы. Размещение здесь проводника тепла может способствовать охлаждению HIFU-преобразователя. Альтернативно, этот промежуток можно заполнить круглой сферической композиционной пьезоэлектрической плиткой 48. Например, круглый лист, показанный на фиг. 3, со своими собственными активными зонами, можно выполнить в форме участка сферы и разместить здесь, обеспечив полное покрытие композиционным пьезоэлектриком слоя 10 согласования, что демонстрирует вид в разрезе трапецеидальных и круглой плиток на слое 10 согласования на фиг. 5. В сконструированном преобразователе с такой конструкцией с полным покрытием девять плиток обеспечивают HIFU-преобразователь 265 активными зонами, 256 для передачи и девятью для приема.

На фиг. 3 показано, что сквозные перемычки 32 располагаются так, чтобы соединять металлизированную зону вокруг активных зон на задней поверхности с металлизированной поверхностью на передней (обращенной к пациенту) стороне плитки. В сконструированном HIFU-преобразователе металлизированная зона вокруг активных зон 44 электрически подключена к опорному потенциалу. Сквозные перемычки 32 подают этот опорный потенциал на металлизированную поверхность на другой стороне плитки, стороне, которая не видна на фиг. 3. Таким образом, сквозные перемычки используются для подачи опорного потенциала на обращенную к пациенту сторону композиционных пьезоэлектрических плиток, а также на металлизацию на обращенной к пациенту стороне активных зон 44. Поскольку обращенная к пациенту сторона плиток 40 связана со слоем 10 согласования и, таким образом, недоступна для электрических соединений, сквозные перемычки обеспечивают необходимое электрическое соединение через пьезоэлектрический лист с передней стороной плитки.

Затем пластмассовая несущая рама 50 присоединяется к задней стороне собранных плиток посредством склеивания, защелок или держателей, как показано на фиг. 6. В сконструированном преобразователе каждая из девяти плиток 40, 48 доступна между ребрами несущей рамы. Несущая рама используется для монтажа восьми трапецеидальных и одной круглой печатных плат 52 с некоторым промежутком над задними поверхностями композиционных пьезоэлектрических плиток 40. На Фиг. 7a и 7b показаны передние и задние (54) поверхности трапецеидальных печатных плат 52. На задней поверхности 54 располагаются печатные проводники 56, идущие от разъема 57, которые соединены металлизированными сквозными отверстиями 59 через плату с активными зонами HIFU-преобразователя. На передней поверхности печатных плат находятся гибкие металлические контакты 60, которые занимают промежуток между печатной платой и соответствующей плиткой и электрически соединяют печатные проводники с активными зонами 44 и сквозными перемычками 32 противоположной композиционной пьезоэлектрической плитки 40. На одном краю печатной платы 52, который находится в краевой части HIFU-преобразователя, предусмотрены пазы 58 охлаждения.

Печатная плата 52 связана с несущей рамой 50 над каждой плиткой, например плиткой 40, показанной на фиг. 6. Когда печатная плата собрана подобным образом, она выглядит как печатная плата 52 на фиг. 8. До сборки удлиненные концы гибких металлических контактов 60 покрываются проводящей эпоксидной смолой. Когда печатная плата собрана на раме, концы контактов 60 будут контактировать с металлизированными зонами противоположной плитки и образовывать связь посредством электрического соединения с металлизированными зонами при отверждении проводящей эпоксидной смолы. Таким образом, контакты 60 обеспечивают электрическое соединение между печатными платами и активными зонами и зонами опорного потенциала пьезоэлектрических плиток.

Хотя печатные платы можно изготавливать как традиционные плоские печатные платы, печатная плата 52, показанная на фиг. 7a и 7b, предпочтительно имеет сферическую кривизну, согласующуюся с теми из противоположных композиционных пьезоэлектрических плиток 40, к которым они подключены контактами 60. Печатные платы могут быть искривленными только на стороне, обращенной к плитке, как показано на фиг. 7a, или на обеих сторонах. Печатные платы можно формировать в виде искривленных плат различными способами. Согласно одному из них берут толстый плоский лист материала платы типа стекла эпоксидной смолы и подвергают поверхность платы механической обработке или шлифованию для обеспечения требуемой кривизны. Другой способ предусматривает использование термоформования для нагрева материала платы и размягчения эпоксидной смолы с последующим формированием кривизны путем прижатия листа к изложнице требуемой кривизны. Печатные платы могут иметь двустороннюю разводку из проводящих линий, сформированных с помощью фотолитографии и химического травления на верхней и нижней поверхностях, соединенных друг с другом металлизированными сквозными отверстиями, проделанными в платах. Печатные платы также могут быть многослойными платами с тремя или более слоями проводящих линий, сформированных на поверхностях и в слоях платы для более сложных конфигураций схем более высокой плотности. Жесткие платы 52 также позволяют надежно монтировать другие электрические компоненты, например разъем 57.

Гибкие металлические контакты 60 могут быть выполнены в виде пружин, например пластинчатых пружин, витых пружин или спиральных пружин. Пружины обеспечивают многочисленные преимущества. Во-первых, они обеспечивают электрическое соединение от печатных плат для подачи сигналов возбуждения и опорного потенциала в зоны пьезоэлектрического HIFU-преобразователя. При использовании плоской печатной платы напротив композиционной пьезоэлектрической плитки сферической формы гибкость контактов 60 позволяет контактам охватывать разное расстояние 62 между платой 52 и пьезоэлектрической плиткой, будучи сравнительно слабо сжатыми при увеличенном охватываемом расстоянии и сравнительно более сильно сжатыми при уменьшенном расстоянии. Во-вторых, они позволяют сохранять промежуток 62 между пьезоэлектрическими плитками, который используется для охлаждения пьезоэлектрических плиток. В-третьих, они обеспечивают гибкие электрические соединения, которые допускают изменение промежутка между печатными платами и плитками при нагреве и охлаждении HIFU-преобразователя. В-четвертых, поскольку металлические контакты проводят тепло и простираются в воздушном канале между пьезоэлектрическим материалом и печатной платой, они будут проводить тепло от пьезоэлектрического материала, которое будет рассеиваться при протекании воздуха мимо контактов в канале. Эти преимущества можно понять из увеличенного вида этих соединений, показанного на фиг. 9. Согласно этому чертежу контакты 60 выполнены в виде пружинных зажимов, которые простираются в охлаждающем промежутке 62 между печатной платой 52 и плиткой 40. Можно видеть, что центральный контакт 60 обеспечивает электрическое соединение с активной зоной 44 плитки 40. Эта активная зона 44 преобразователя изолирована от окружающей зоны плитки надрезами 42, проделанными в поверхностной металлизации и композиционной пьезоэлектрической плитке 40. По обе стороны центрального контакта 60 располагаются контакты 60a в виде пружинного зажима, которые подключаются к металлизации над сквозными перемычками 32. Эти электрические соединения, таким образом, подают на переднюю металлизированную поверхность плитки, которая прикреплена к слою 10 согласования и потому недоступна для прямого электрического соединения, требуемый электрический потенциал, например опорный потенциал.

На Фиг. 10 дополнительно показана сборка HIFU-преобразователя настоящего изобретения, в котором собранные слои 10 согласования, композиционные пьезоэлектрические плитки 40, несущая рама 50 и печатные платы 52 встроены в круглую внешнюю раму 80, которая закрыта задней пластиной 70. Задняя пластина 70, таким образом, ограничивает воздушный канал 76 между задними поверхностями печатных плат 52 и пластиной. Задняя пластина включает в себя два воздушных порта 72 и 74, один из которых ведет к охлаждающему промежутку 62' между центральной печатной платой 52' и центральной пьезоэлектрической плиткой через отверстие в плате 52', а другой ведет к воздушному каналу 76 между платами 52 и пластиной 70. Задняя пластина 70 показана на виде в плане на фиг. 11. В примере, показанном на фиг. 10, пластина 70 контактирует с круглым центральным ребром несущей рамы 50 для отделения охлаждающего промежутка 62' от периферического воздушного канала 76. Воздух для охлаждения нагнетается в один из этих портов и выходит из другого для охлаждения композиционных пьезоэлектрических плиток 40. Можно видеть, что, в отличие от традиционной стопки преобразователей, композиционные пьезоэлектрические плитки не имеют материала подложки, присоединенного к их задним (неизлучающим) поверхностям. Вместо этого с их задней стороны располагается охлаждающий промежуток 62. Это означает отсутствие присоединенного материала подложки, нагреваемого композиционным пьезоэлектриком в ходе эксплуатации. Вместо этого задняя поверхность композиционного пьезоэлектрика охлаждается потоком воздуха в охлаждающем промежутке 62 между композиционным пьезоэлектриком и печатными платами 52. Например, при нагнетании воздуха в порт 74, воздух будет течь через центральный охлаждающий промежуток 62', через проемы 64 в несущей раме 50 (см. фиг. 8), через охлаждающие промежутки 62 между трапецеидальными плитками 40 и трапецеидальными печатными платами 52, через периферийные пазы 58 печатных плат в воздушный канал 76 и выходить через порт 72. Таким образом, задняя поверхность композиционных пьезоэлектрических плиток может непрерывно напрямую охлаждаться воздухом в ходе использования HIFU-преобразователя.

На Фиг. 12 показан вид в разрезе центральной сборки HIFU-преобразователя, показанного на фиг. 10, который дополнительно иллюстрирует элементы системы воздушного охлаждения сборки. На Фиг. 12a показан увеличенный вид краевой части сборки, изображающий пьезоэлектрическую плитку 40, несущую раму 50 и печатную плату 52, примыкающую к внешней раме 80 и закрытую задней пластиной 70.

На Фиг. 13 показан HIFU-преобразователь 22 настоящего изобретения, применяемый в столе для пациента 28 ультразвуковой системы HIFU 20. На Фиг. 13 показан вид сверху стола для пациента. Стол 28 для пациента имеет первый резервуар 24, наполненный подходящей пропускающей жидкостью, например, водой. Для упрощения прозрачная мембрана, герметизирующая верхнюю часть первого резервуара 24, не показана. HIFU-преобразователь 22 располагается в первом резервуаре 24 и предназначен для излучения сфокусированной ультразвуковой энергии высокой интенсивности вверх к пациенту, лежащему на столе 28. Вода резервуара 24 обеспечивает среду акустической связи между HIFU-преобразователем 22 и пациентом, а также обеспечивает охлаждение переднего HIFU-преобразователя. Для осуществления подвода ультразвуковой энергии, испускаемой из первого резервуара к пациенту, второй резервуар 27, содержащий низкоотражающую среду, располагается над первым резервуаром 24. Для второго резервуара предпочтительно использовать подходящую гелевую подушку. Второй резервуар 27 содержит контактную поверхность 27a, на которой располагается пациент, подлежащий лечению. Устройство 20 дополнительно содержит проем 26, предназначенный для обеспечения обследования, например визуального обследования, контактной поверхности 27a между вторым резервуаром 27 и пациентом. Проем 26, предпочтительно, выполнен в виде, по существу, прозрачного окна, через который медицинский персонал, непосредственно или с помощью зеркала, или надлежащим образом установленной камеры, может проверять наличие пузырьков воздуха между контактной поверхностью 27a и пациентом. В случае обнаружения пузырьков воздуха положение пациента изменяют, пока не останется ни одного пузырька воздуха. После этого, пациент надлежащим образом обездвиживается, и может выполняться лечение. Система HIFU 20, показанная на фиг. 13, дополнительно описана в публикации международной патентной заявки под номером WO 2008/102293 (Bruggers).

1. Искривленный преобразователь сфокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU), содержащий:
искривленную пьезоэлектрическую матрицу, имеющую противоположные выпуклую и вогнутую поверхности, причем вогнутая поверхность является передающей поверхностью, и множество зон акустической передачи,
множество электродов, расположенных на поверхностях искривленной пьезоэлектрической матрицы для подачи электрических сигналов передачи в зоны акустической передачи,
монолитно, непрерывно сформированный искривленный слой согласования, заранее сформированный с требуемой кривизной искривленной матрицы преобразователей и прикрепленный к передающей поверхности искривленной пьезоэлектрической матрицы, который обеспечивает акустическое согласование и электрическую изоляцию для передающей поверхности искривленной пьезоэлектрической матрицы, и
печатную плату и заднюю пластину на стороне упомянутой матрицы, противоположной упомянутому слою согласования, причем задняя пластина ограничивает воздушный канал между печатной платой и пластиной, а печатная плата ограничивает воздушный канал между печатной платой и упомянутой матрицей.

2. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором слой согласования дополнительно содержит сферически искривленный слой, сформированный методом литья или формования.

3. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 2, в котором сферически искривленный слой отформован с образованием выпуклой сферической поверхности, которая согласуется с кривизной вогнутой поверхности искривленной пьезоэлектрической матрицы.

4. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором сферически искривленный слой отлит или отформован с использованием вогнутой изложницы для формования.

5. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором слой согласования дополнительно содержит сферически искривленный слой, сформированный методом механической обработки твердого материала слоя согласования.

6. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 4, в котором твердый материал слоя согласования механически обработан с образованием выпуклой сферической поверхности, которая согласуется с кривизной вогнутой поверхности искривленной пьезоэлектрической матрицы.

7. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором искривленный слой согласования дополнительно содержит эпоксидную смолу, наполненную частицами, которые придают слою согласования требуемое акустическое свойство.

8. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором искривленный слой согласования дополнительно содержит термопластичную смолу, наполненную частицами, которые придают слою согласования требуемое акустическое свойство.

9. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором искривленный слой согласования дополнительно содержит плоский лист материала слоя согласования, который нагревают и формируют с требуемой кривизной.

10. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 9, в котором лист материала слоя согласования нагревают и формируют с образованием выпуклой сферической поверхности, которая согласуется с кривизной вогнутой поверхности искривленной пьезоэлектрической матрицы.

11. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором искривленная пьезоэлектрическая матрица дополнительно содержит множество пьезоэлектрических плиток, которые, будучи собраны вместе, образуют пьезоэлектрическую матрицу требуемой кривизны, и
заранее сформированный слой согласования дополнительно содержит изложницу, на которой пьезоэлектрические плитки собраны вместе и прикреплены.

12. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 11, в котором каждая пьезоэлектрическая плитка дополнительно имеет частично сферическую вогнутую поверхность,
причем частично сферические вогнутые поверхности соответствуют выпуклой поверхности заранее сформированного слоя согласования.

13. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором слой согласования дополнительно содержит непрерывный влагонепроницаемый барьер между искривленной пьезоэлектрической матрицей и окружающей средой перед преобразователем.

14. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором слой согласования дополнительно содержит непрерывный электроизолирующий барьер между искривленной пьезоэлектрической матрицей и окружающей средой перед преобразователем.

15. Искривленный HIFU-преобразователь по п. 1, в котором поверхность слоя согласования, который прикреплен к искривленной пьезоэлектрической матрице, содержит выпуклую поверхность,
причем выпуклая поверхность слоя согласования покрыта металлизированным электродом.



 

Похожие патенты:

Способ формирования параметрической антенны в морской среде, включающий размещение на акватории излучающего и приемных преобразователей, ее прозвучивание низкочастотными акустическими сигналами стабилизированной частоты, с формированиием зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн различной физической природы, с обеспечением возможности приема параметрически преобразованных просветных волн и восстановления по ним исходных характеристик измеряемых информационных волн с учетом их параметрического и частотно-временного преобразования, отличается тем, что просветную параметрическую антенну формируют как многолучевую пространственно-развитую, для чего используют ненаправленные излучающие преобразователи, которые располагают в центре контролируемой акватории, и размещают их на трех уровнях по глубине как на оси подводного звукового канала, так выше и ниже его, при этом приемные блоки выполняют аналогично друг другу, размещают по глубине аналогично излучающим преобразователям и располагают относительно излучающего центра по кругу или периметру контролируемой акватории через 45°, причем каждый из приемных блоков формируют из трех ненаправленных преобразователей, которые располагают в вертикальной плоскости по треугольникам, предпочтительно равнобедренным, основания которых лежат на одной вертикали, а вершины обращены к излучателям, причем параметрически преобразованные просветные сигналы, поступающие от каждого излучающего преобразователя, принимают каждым одиночным приемным преобразователем каждого из приемных блоков.
Изобретение относится к средствам защиты органа слуха от воздействия шума. Противошумные наушники с индикатором акустической опасности содержат оголовье, на концах которого расположены чашки наушников, каждая из которых выполнена в виде корпуса с упругим вкладышем, наполнителем в виде шумопоглощающего пакета и амортизатором, блок питания, микрофон, вычислитель и мультирежимный световой индикатор, выполненный с возможностью цветового кодирования акустической опасности условий жизнедеятельности.

Устройство на интегральных схемах (IC) включает в себя подложку, имеющую расположенные напротив первую и вторую главные стороны и один или более краев, задающих внешнюю периферию подложки.

Изобретение относится к области радиотехники. Способ предполагает подачу на излучатель сигнала напряжения, представляющего собой сумму традиционного сигнала напряжения, пропорционального значению желаемого акустического давления, и дополнительного сигнала напряжения, получаемого согласно формуле Ud(t)=k·(a0·p(t)'+a1·p(t)''), где p(t) - акустическое давление, которое хочется воспроизвести, p(t)', p(t)'' первая и вторая производная давления по времени, k - коэффициент, определяющий уровень громкости, a0, a1 - константы в формуле, имеют значения, при которых скорость нарастания и спада сигналов акустического давления при воспроизведении электроакустическим излучателем тестовых сигналов максимально приближена к скорости нарастания и спада тестовых сигналов, а форма сигналов акустического давления имеет наименьшие искажения.

Изобретение относится к технике глушения шума. Глушитель содержит цилиндрический корпус, жестко соединенный с торцевым впускным и выпускным патрубками, с центральной перегородкой, корпус изнутри облицован звукопоглощающей конструкцией, а центральная перегородка выполнена в виде звукопоглощающего элемента, имеющего остов, который с двух сторон облицован звукопоглощающим материалом, причем остов звукопоглощающего элемента имеет возможность поворота в плоскости, перпендикулярной направлению движения аэродинамического потока, а звукопоглощающая конструкция выполнена из трех слоев звукопоглощающего материала, при этом первый слой, более жесткий, выполнен сплошным и профилированным и закреплен на гладкой поверхности, а второй слой, более мягкий, чем первый, выполнен прерывистым и расположен в фокусе звукоотражающих поверхностей первого слоя, а третий слой звукопоглощающего элемента выполнен из вспененного звукопоглощающего материала, например строительной герметизирующей пены, и расположен между первым, более жестким слоем, и перфорированной поверхностью звукопоглощающего элемента.

Использование: в акустике, в частности в устройствах акустических локаторов - содаров и в направленных акустических устройствах дальнего действия. Сущность: в способе формирования направленного акустического излучения многоэлементными антенными решетками перед началом работы поочередно подают на каждый элемент антенной решетки сигнал, регистрируют полученное излучение с помощью микрофона, сравнивают полученный результат с заданным уровнем звукового давления, а после проверки всех элементов антенной решетки производят замену тех элементов решетки, уровень звукового давления которых равен нулю или меньше требуемого уровня.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в просветных приемоизлучающих системах контроля протяженных морских акваторий и комплексного мониторинга гидрофизических полей среды различной физической природы.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в просветных приемоизлучающих системах контроля протяженных морских акваторий и комплексного мониторинга гидрофизических полей среды различной физической природы.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидроакустических системах гидролокации или передачи информации в виде сигналов различной физической природы, в широкой полосе частот, а также измерительных приемоизлучающих комплексах.

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для использования в активно-пассивных и параметрических системах контроля протяженных морских акваторий, измерения характеристик гидрофизических полей, формируемых естественными и искусственными источниками, инженерными сооружениями, а также стихийными морскими явлениями, например, внутренними волнами, землетрясениями или цунами.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при обработке жаропрочных, нержавеющих сплавов, хрупких материалов типа керамики, стекла, а также других труднообрабатываемых материалов.

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.

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 медицине, а именно к неврологии. Проводят нейровизуализационное исследование головного мозга, определяют коэффициент коморбидности Cirs и коэффициент коморбидности Kaplan-Feinstein, выявляют кохлеовестибулярный синдром, глазодвигательные расстройства, тип сахарного диабета.
Наверх