[發明專利]一種超聲換能器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810265439.5
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN110314834B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 邱維寶;孫武;蘇敏;梁素姿;張志強;鄭海榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院;中國科學院大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;B06B3/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

本發明涉及醫學超聲的技術領域，公開了一種超聲換能器及其制備方法，所述超聲換能器包括殼體，殼體內設置有壓電層，所述壓電層由至少兩個壓電陣元組成，所述壓電陣元之間的頻率間隔為50kHz～1.2MHz；所述壓電層的前端設置有聲透鏡，所述聲透鏡用于保證不同頻率的壓電陣元共焦點。本發明可以同時接收兩種或多種頻率成分激勵信號，可以在不增加功率損耗的前提下，增強超聲的空化效應，該結構便于制備，成本較低。本發明可以增強治療效果，可行性較好，在諸如血腦屏障打開、超聲溶栓、消融治療、神經調控等應用可以獲得更佳的治療效果。

技術領域

本發明涉及醫學超聲的技術領域，特別涉及一種超聲換能器及其制備方法。

背景技術

醫學超聲技術已經廣泛應用于臨床診斷與治療。超聲診斷主要是利用超聲回波獲取組織的影像學信息，為臨床醫生提供必要的診斷參考。超聲治療則是利用了超聲波的力學效應、熱效應以及空化效應，用于疾病的治療。具體而言，又可以分為高劑量的超聲熱消融技術和低劑量的超聲波調控技術。高強度聚焦超聲(HIFU)就是一種典型的超聲熱消融技術，HIFU可以穿透組織，到達設定的目標區域，用來破壞體內的腫瘤，最后通過機體自身的免疫系統吸收掉被破壞的腫瘤，達到無創治療的功效。低劑量超聲治療主要應用有：超聲血管溶栓、基于超聲波的血腦屏障開啟以及超聲神經調控。所謂的超聲血管溶栓，即利用超聲波來破壞、疏通血斑，以達到治療的目的。血腦屏障是指在血管和腦之間有選擇性地阻止某些物質由血液進入腦的屏障，通常這對于機體的保護，是有益的。但是，同樣會削弱藥物對病人的治療效果。而聚焦超聲波可以暫時解除血腦屏障，令藥物可以穿過屏障到達腦部，有效提高藥物治療的效果。超聲神經調控，即通過超聲刺激神經，引起神經系統興奮或抑制，調節生物體的神經活動，改變神經環路的響應，從而有助于神經性精神疾病的治療。超聲神經調控，通過人為干預生物活體的神經環路，進而開展大腦機能(如認知、感受等)的研究，而成為一種有效的手段。

超聲換能器作為其中的關鍵部件，超聲換能器的性能對治療效果在很大程度上起著決定性的作用。目前，已有文獻報道基于單頻率、雙頻率激勵單陣元超聲換能器用于超聲溶栓。而實際上，受到換能器帶寬限制，使用雙頻率、多頻率信號激勵單陣元超聲換能器時，在非諧振頻率點時，電聲轉化效率將會降低，并且，對阻抗匹配電路也有更高的要求。在使用時，為了達到較好的效果，需要在非諧振頻率激勵信號上做功率補償。

神經類疾病一直以來都是醫學界的難題，傳統化學藥物的方法奏效很難。神經調控的方法越來越受到重視。心血管類疾病，傳統的外科介入治療手段需要在血管內植入導管，存在大出血的風險?；诔暤闹委煼椒?，由于其無創、高分辨率等優點，更是得到了格外的重視。目前領域內已經提出的基于超聲治療的方法主要有以下幾種：

基于單陣元換能器超聲治療方法：這類方法實現較為簡單，可以使用市場已有的信號發生器、信號放大器等設備連接組成，亦可以根據需求定制一個專用的設備，配合單陣元超聲換能器使用。在刺激檢測方面，通常可以結合基于檢測生物電信號的方法或者MRI成像的方法。

基于單一激勵頻率相控陣換能器超聲治療方法：法國Image Guided Therapy公司，設計開發了一套基于單一正弦激勵頻率的相控陣超聲神經調控設備。當前，該設備可以實現128陣元的相控陣電子聚焦，結合MRI成像引導，用于HIFU、神經調控等應用。當前，這些常見的方法在換能器方面并沒有過多設計，通常均采用單一頻率的單陣元或者陣列式超聲換能器。

美國發明專利：Dual-frequency ultrasound transducer(專利號：US20120267986A1)設計一種可以支持一個低頻(100KHz)、一個高頻(1-3MHz)的雙頻率超聲換能器。當換能器在被低頻振蕩分量的電壓激勵時，發生低頻諧振；當換能器在被高頻率振蕩分量的電壓激勵時，發生高頻諧振。該換能器可以增強超聲的穿透深度，但無法在不增加激勵系統的功率損耗的前提下，提高超聲的空化效應。目前，其主要用于醫療美容領域，增加皮膚的穿透性，降低皮膚外角質層的阻礙作用，提升皮膚美容治療的效果，不適用于諸如神經調控、血腦屏障打開、超聲給藥、血管溶栓等應用中。