[發(fā)明專利]大功率超聲波換能器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980133203.5
• 申請(qǐng)日: 2009-07-12
• 公開（公告）號(hào): CN102131464A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·羅森貝格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 賽諾龍醫(yī)療公司
• 主分類號(hào): A61B8/00
• 分類號(hào): A61B8/00
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 王瓊

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

這是一份根據(jù)37CFR?1.53(b)提交的非臨時(shí)申請(qǐng)，并且合并引用于2008年7月16日提交、分配序列號(hào)為61/081,110的美國臨時(shí)申請(qǐng)，該申請(qǐng)全文作為附件A而附在這里。

技術(shù)領(lǐng)域

本換能器一般地涉及大功率超聲波換能器領(lǐng)域，并且特別涉及為大功率超聲波治療的換能器。

背景技術(shù)

以醫(yī)療診斷為目的的超聲波應(yīng)用是眾所周知的。然而，超聲波治療應(yīng)用的發(fā)展是相對(duì)較新和發(fā)展迅速的技術(shù)。超聲波診治有許多優(yōu)點(diǎn)，并且廣泛認(rèn)可其與其他治療方法技術(shù)相比具有更少的副作用。

為了獲得理想的治療效果，超聲波應(yīng)用要求超聲波功率大于以診斷為目的所需要的功率一個(gè)數(shù)量級(jí)。超聲波是在超聲波換能器的幫助下引入診治主體的。超聲波換能器是一種將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量或超聲波的設(shè)備。通常，這個(gè)術(shù)語是指將電能轉(zhuǎn)換為超聲波的壓電換能器。因此，換能器技術(shù)的進(jìn)展在這一技術(shù)領(lǐng)域起著非常重要的作用。

大功率超聲波換能器的具體特性與下述性能有關(guān)，即提供和維持具有高工作周期而不損失高峰值功率；聚焦超聲波和焦點(diǎn)位置控制；接近診治組織的深層，并且提供反饋信息以控制裝配使得操作員能夠改變?cè)\治參數(shù)。

用于治療方法的典型大功率換能器包括兩側(cè)均具有導(dǎo)電電極且通過交流電壓(交流電流-AC)電力發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓電材料板。這些換能器的典型操作頻率在100KHz～5MHz范圍之內(nèi)。通常，施加于診治位置的換能器側(cè)面具有用來補(bǔ)償換能器聲阻抗和診治主體的聲阻抗之間的巨大差值的聲阻抗匹配元件。壓電材料的相反側(cè)耦合超聲波反射或吸收材料。高效使用大功率超聲波換能器所產(chǎn)生的能量是絕對(duì)必需的，并且因此沒有使用吸收襯墊。吸收襯墊通常由與陶瓷壓電不匹配的具有大聲阻抗的襯墊代替，這樣能夠反射大部分超聲波能量，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)減少了超聲波能量的浪費(fèi)。反射材料可以是一種具有與壓電材料的聲阻抗完全不同的聲阻抗的材料。

空氣是最好的反射材料；然而，空氣不能用于大功率換能器，在大功率換能器中排除熱量是主要的問題。陶瓷壓電必須提供一種有效移除熱的方法，并且空氣不具有合適的導(dǎo)熱性能。具有高導(dǎo)熱性的油或固體材料更頻繁地用于大功率超聲波換能器。有效地排除熱量的需求與一些使用良好超聲波耦合的解決方案發(fā)生矛盾。

相控陣換能器比常規(guī)的平面或曲線壓電換能器更高效，并且典型地使用于大功率超聲波診治應(yīng)用中。相控陣換能器是通過將壓電材料切割成單個(gè)壓電元件-有時(shí)稱為“像素”的方法制成的，并且每一個(gè)像素具有自身的有線連接到所分配的電驅(qū)動(dòng)器上。通過控制每個(gè)電驅(qū)動(dòng)器的相位，超聲波束能夠在診治位置進(jìn)行電子掃描。與單片換能器相比，相控陣結(jié)構(gòu)還具有降低寄生振蕩模的優(yōu)點(diǎn)。

運(yùn)行在高峰值功率和相對(duì)低頻的大功率相控陣換能器的生產(chǎn)和使用造成大量的問題。壓電元件或像素的大小和陶瓷壓電材料的厚度在幾毫米范圍內(nèi)。它們借助于將一種材料粘合或者釬焊，或者灌封在另一材料上而附著于聲阻抗匹配板上。由超聲振動(dòng)引起的機(jī)械載荷在陶瓷壓電和匹配板的界面處最大。在高峰值功率，粘合強(qiáng)度不夠或粘合受到損害，因此換能器的生命周期是短的。換能器在超速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下會(huì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損害。釬焊提供一種比膠合更強(qiáng)大的粘合，但是因?yàn)檫@一點(diǎn)而代替粘合，陶瓷壓電材料是失敗的。

在大功率下將電極釬焊于或者粘合到陶瓷壓電常常是失敗的。在一些極端情況下，當(dāng)真正應(yīng)用大功率超聲波時(shí)，電壓供給線可被剪切力剪斷。導(dǎo)電電線無論是直接膠合還是釬焊到軟性印刷電路的壓電陶瓷的觸點(diǎn)上在大功率情況下可能會(huì)失敗。

這些和其他的問題正在阻礙著技術(shù)的較快發(fā)展，因此應(yīng)當(dāng)部分地或全部地解決。

發(fā)明內(nèi)容

大功率超聲波換能器包括陶瓷壓電元件，其定位于導(dǎo)電聲阻抗匹配板和電接觸組件之間，所述電接觸組件構(gòu)造成向每個(gè)所述壓電元件提供電壓。一個(gè)或更多個(gè)彈性導(dǎo)電元件產(chǎn)生的力將所述陶瓷壓電元件壓在所述阻抗匹配板和電接觸組件上，形成向所述壓電元件提供電壓所需要的導(dǎo)電路徑。

附圖說明

參照附圖，僅通過非限制性實(shí)例的方式提供本揭示。附圖沒有必要按比例，重點(diǎn)放在說明方法的原理上。

圖1是本超聲波換能器的典型實(shí)施方式的橫截面的示意圖；

圖2是用來定位和容納陶瓷壓電元件的一個(gè)多格式接收器的一個(gè)典型的具體實(shí)施方式的截面示意圖；

圖3是本超聲波換能器的典型具體實(shí)施方式的另一橫截面的示意圖；

圖4是本超聲波換能器的俯視示意圖；和

圖5A和圖5B是本超聲波換能器的兩種典型裝配的示意圖。

具體實(shí)施方式