[實用新型]一種用于超聲手術器械的高功率密度壓電換能器

有效

• 申請號: 201220426331.8
• 申請日: 2012-08-27
• 公開（公告）號: CN202761388U
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 余厲陽
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: A61B17/3211
• 分類號: A61B17/3211
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本實用新型屬于醫療器械技術領域，具體涉及一種應用于超聲手術刀系統的高功率密度壓電換能器，是超聲手術刀系統的配套部件。

背景技術

20世紀70年代，微創技術迅猛發展，目前包括微創手術已經應用到普外科、婦產科、心胸外科、泌尿外科、小兒外科、骨科、腦外科及眼科等近10個手術中。微創手術的發展帶動了手術器械的發展，如內鏡超聲、超聲刀、微型手術器械、各類腔內切割吻合器等。隨之涌現的手術器械反過來又推動了微創外科的發展，逐步發展成為了醫療器械行業中的一個分支行業。

超聲手術刀是一種利用超聲波能量引起的空化效應導致組織脫水，凝固，進而裂解的一種手術器械。此器械由強生公司最先提出，目前為強生公司等少數外國公司所把持。相對于傳統的電刀都手術器械來說，超聲手術刀最大的優勢在于切割組織不是采用電灼燒引起的熱效應，而是采用超聲波引起的空化效應，來達到類似于水沸騰的效果，起到組織切割和凝結的效應。因此其傷口焦痂更少，術后愈合效果更好。

但目前此種手術方式還存在超聲功率小等問題，對于大的血管，尤其是脂肪豐富的組織切割下降厲害。在器械結構和材質無法突破的情況下，提高超聲換能器的轉換效率，是提高超聲有效能量輸出的途徑。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種用于超聲手術器械的高功率密度壓電換能器。

本實用新型包括多組壓電換能單元，相鄰兩個壓電換能單元之間設置有形變變換塊，壓電換能單元與形變變換塊之間設置有厚度為a的絕緣層。

所述的壓電換能單元采用壓電堆結構，整體為圓柱形，包括多個同軸設置的圓片形狀的壓電片，壓電片的表面設置有金屬電極；所述的金屬電極為金屬薄片或金屬膜，覆蓋在壓電片的表面，金屬電極上連接有引線；相鄰的兩個壓電片之間設置有兩個金屬帽，所述的金屬帽為空心的圓臺形，圓臺的頂面封閉成端面，圓臺的底面開放，兩個金屬帽的頂面固定連接，側壁位于底面的邊沿與壓電片表面的金屬電極連接。

所述壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ZnO、或AlN、或PVDF。

所有構成壓電換能器的圓柱形的壓電換能單元的高度b相同，多個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減小。所有壓電換能單元中的相同極引線相互連接。

形變變換塊為實心喇叭形塊體，兩個圓形的端面分別于連接的兩個壓電換能單元的壓電片直徑相等，其縱截面的腰線為函數y=x/e曲線，e為數學常數；形變變換塊的高度c符合以下公式：

a+b+2c=L=?v?/ω

其中，ω是電激勵信號的頻率、V是聲波傳播的速度、L是相鄰兩個壓電換能單元的中心距離。

從喇叭形的形變變換塊的大頭到小頭，由于橫截面積逐級減小，在遵循能量守恒定理的基礎上，小頭的伸縮幅度增加，起到了聲波振幅放大的作用。

每個壓電換能單元的高度相同，每個形變變換塊的高度相同，每個絕緣層的厚度相同，因此壓電換能單元沿軸向周期分布，滿足色散方程1/L=ω/v，頻率為ω的電信號激勵的壓電換能器發出的聲波在空間正好波峰和波峰相疊，波谷和波谷相疊，也就是說，不同壓電換能器在軸向某一個點上產生的形變都是伸長或者都是縮短，強化了疊加效果。

本實用新型有效地提高了電聲轉換效率，提高超聲波輻射的指向性，在有限的空間中，提高局部區域超聲能量。

附圖說明

圖1為本實用新型的截面結構示意圖；

圖2為圖1中壓電換能單元的截面結構示意圖；

圖3為圖2中金屬帽的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，用于超聲手術器械的高功率密度壓電換能器包括三組壓電換能單元1和兩個形變變換塊2，每個形變變換塊2設置在相鄰兩個壓電換能單元1之間，壓電換能單1與形變變換塊2之間設置有厚度為a的絕緣層3。第一組壓電換能單元與第二組壓電換能單元的中心距離L1等于第二組壓電換能單元與第三組壓電換能單元的中心距離L2。

如圖2所示，壓電換能單元1采用壓電堆結構，整體為圓柱形，包括三個同軸設置的圓片形狀的壓電片1-1，壓電片1-1的表面設置有金屬電極1-3。金屬電極為金屬薄片或金屬膜，覆蓋在壓電片1-1的表面，金屬電極1-1上連接有引線，相鄰的兩個壓電片之間設置有兩個金屬帽1-2。壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ZnO、或AlN、或PVDF。

如圖2和3所示，金屬帽為空心的圓臺形，圓臺的頂面封閉成端面，圓臺的底面開放，兩個金屬帽的頂面固定連接，側壁位于底面的邊沿與壓電片表面的金屬電極1-3連接。