УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК A61B8/00 G10K11/32 A61N7/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области технологии ультразвуковой терапии и, в частности, к ультразвуковому преобразователю.

Уровень техники

При использовании ультразвука для лечения болезней, вследствие больших потерь энергии ультразвукового излучения на пути передачи, интенсивность ультразвукового излучения в очаге заболевания будет слишком низкой для достижения необходимого клинического терапевтического эффекта. Следовательно, для устройства, предназначенного для ультразвуковой терапии, актуальной технической задачей является по возможности предотвращение значительного ослабления ультразвука на пути передачи, а также увеличение интенсивности ультразвукового излучения в местах лечения.

В уровне техники решение данной технической задачи обычно достигается конструктивным исполнением ультразвукового преобразователя. Для существующих ультразвуковых преобразователей размер и интенсивность излучения в области фокусировки энергии ультразвукового излучения обычно связаны с излучающей областью и рабочей частотой ультразвукового преобразователя. Чем больше излучающая область, тем больше энергия ультразвукового излучения, фокусируемая в области, и тем выше рабочая частота ультразвукового преобразователя, и тем меньше длина волны излученных ультразвуковых волн, что может, таким образом, приводить к уменьшению области фокусировки и увеличению интенсивности ультразвукового излучения.

Для увеличения излучающей области ультразвукового преобразователя в заявке на патент США US 2006/0058678 A1 раскрыт ультразвуковой преобразователь, в котором источники ультразвукового излучения закреплены на кольцеобразном поддерживающем корпусе для увеличения излучающей области ультразвуковых волн. Во избежание взаимного влияния источников ультразвукового излучения в конструкции применено следующее техническое решение: кольцевая поверхность, противолежащая по отношению к каждому одному из источников ультразвукового излучения, выполнена в виде выемки, следовательно, для ультразвукового преобразователя обеспечено усиление вследствие фокусировки по сравнению с преобразователем, содержащим один источник ультразвукового излучения.

Однако вследствие расположения выемки на кольцевой поверхности, противолежащей по отношению к источнику ультразвукового излучения ультразвукового преобразователя, полезная излучающая область источника ультразвукового излучения на кольцевой поверхности оказывается уменьшена, выемка может вызывать рассеяние энергии ультразвукового излучения, и энергия области фокусировки такого ультразвукового медицинского устройства, выступающего в качестве кольцеобразного цельного корпуса, оказывается уменьшена, что представляет собой недостаток для увеличения фокусирующей способности ультразвукового преобразователя. В то же время данное техническое решение только увеличивает излучающую область ультразвукового преобразователя для достижения сложения энергии в точке фокуса.

Когда частота относительно низкая, а длина волны относительно высокая, фокусирующая способность ультразвуковых волн оказывается низкой, а область фокусировки относительно большой, вследствие чего интенсивность ультразвукового излучения в области фокусировки оказывается настолько слабой, что нельзя достичь быстрого и эффективного коагуляционного некроза области воздействия при ультразвуковой терапии. При ультразвуковой терапии глубоких тканей человеческого тела и т.п. ультразвуковые волны должны проходить через кожу, костную ткань, содержащие воздух ткани, нервные ткани и т.п. для достижения фокусного положения.

При выборе относительно высокой частоты проникающая способность ультразвука в тканях мала, и данные ткани выполняют функции, такие как поглощение переданных ультразвуковых волн, что вызывает ослабление и рассеяние энергии в области фокусировки, а температура тканей будет повышена после поглощения ими ультразвуковых волн. В случае, в котором излучающая мощность ультразвукового преобразователя очень велика, подъем температуры тканей может вызывать их повреждения.

Кроме того, ткани человеческого тела воздействуют очень нелинейно на ультразвуковые волны таким образом, что при передаче ультразвуковых волн высокой интенсивности в ткани человеческого тела большая часть ультразвуковых волн преобразуется в ультразвуковые волны высоких гармоник и поглощается тканями. В то же время в случае непрерывного увеличения мощности излучения ультразвукового преобразователя будет достигнут более сильный эффект нелинейности, вследствие которого увеличенная ультразвуковая энергия не может быть эффективно передана в расчетную область фокусировки и возникает эффект акустического насыщения, влияющий на фокусирование ультразвуковых волн.

Очевидно, что описанный технический недостаток не может быть решен эффективно в уровне техники посредством обычного увеличения излучающей области ультразвукового преобразователя и выполнения сложения энергии.

На самом деле, излучение и отражение на противолежащей поверхности источника ультразвукового излучения может быть использовано для увеличения усиления вследствие фокусировки. Например, в заявке на патент Китая (Номер публикации CN 101140354A), поданной ранее заявителем настоящей заявки, раскрыт резонансный ультразвуковой преобразователь с резонансной полостью, содержащий ультразвуковой преобразователь и ультразвуковой отражающий элемент, противолежащие друг другу. Вследствие того что ультразвуковой отражающий элемент аналогичен ультразвуковому преобразователю, резонатор оказывается образован двумя симметрично расположенными ультразвуковыми преобразователями.

Вследствие резонанса ультразвуковых волн в резонаторе длина области фокусировки ультразвуковых волн в направлении акустической оси оказывается меньше, чем длина в случае простого использования единичного ультразвукового преобразователя (при столкновении двух ультразвуковых волн с одной и той же частотой будет возникать интерференция в области их столкновения, при появлении интерференции волны имеют одинаковую фазу в центральной точке и различные фазы в других точках, следовательно, наложение двух ультразвуковых волн обусловит ослабление распределения в отдалении от центра и уменьшение области фокусировки ультразвукового излучения) для обеспечения сосредоточения энергии и значительного увеличения усиления вследствие фокусировки. В рабочем режиме резонансного ультразвукового преобразователя может быть обеспечено большее усиление для области фокусировки данного преобразователя без увеличения излучающей области преобразователя.

Несмотря на это ультразвуковой преобразователь такой конструкции имеет следующие недостатки:

во-первых, резонатор, образованный двумя преобразователями, не является уплотненной кольцеобразной сферической поверхностью и не обеспечивает эффективного акустического резонанса, вследствие чего часть энергии может быть потеряна через открытый участок между двумя преобразователями, размещенными напротив друг друга, и, следовательно, энергия ультразвукового излучения, излученного преобразователями, не может быть использована в полной мере;

во-вторых, поскольку оба преобразователя расположены напротив друг друга, то они не закреплены относительно друг друга, что может служить причиной их отклонений от положения, обеспечивающего резонанс, и поэтому необходимо не допустить нарушения пути передачи ультразвукового излучения, по которому будут излучены ультразвуковые волны двумя преобразователями, под влиянием других факторов, в противном случае может быть не образована необходимая резонансная полость между двумя преобразователями, размещенными друг напротив друга, и в области фокусировки не может быть обеспечено достаточное усиление, или могут быть образованы другие области фокусировки, повреждающие нормальные ткани;

в-третьих, длина области фокусировки уменьшена только в направлении акустической оси резонансной полости, а длины областей фокусировки в других направлениях, отличающихся от направления акустической оси резонансной полости, не уменьшаются, иными словами, образованная область фокусировки оказывается сформированной меньше только по длине в направлении акустической оси ультразвуковых волн, а объем области фокусировки не претерпевает значительного уменьшения;

в-четвертых, на размер области фокусировки ультразвукового преобразователя все еще оказывает влияние частота излучения, и при низкой рабочей частоте проникающая способность ультразвука в тканях мала, таким образом, что технический недостаток, связанный со значительной потерей энергии на пути передачи, не может быть устранен,

в-пятых, излучающая область ультразвукового преобразователя недостаточно велика.

Сущность изобретения

Техническая задача, которую необходимо решить посредством настоящего изобретения, состоит в обеспечении ультразвукового преобразователя, содержащего большую излучающую область ультразвукового излучения, для которого фокусирующая способность ультразвуковых волн практически не подвержена влиянию рабочей частоты источника ультразвукового излучения, с учетом вышеупомянутых недостатков в уровне техники.

Решение технической задачи согласно настоящему изобретению состоит в том, что ультразвуковой преобразователь содержит по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент. Волновые фронты ультразвуковых волн, излученных по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом, представляют собой сферические поверхности одинакового радиуса, а по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент выполнен с функцией отражения ультразвука. Данный по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент выполнен с возможностью образования сферического объемного резонатора, или несколько ультразвуковых излучающих элементов выполнены с возможностью совместного образования сферического объемного резонатора. Внутренняя полость указанного сферического объемного резонатора имеет форму сферической оболочки или усеченную форму сферической оболочки с центром сферы внутри. Ультразвуковые волны, излученные по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом, сфокусированы в области, в которой расположен центр сферы указанного сферического объемного резонатора.

В настоящем изобретении внутренняя полость указанного сферического объемного резонатора, образованного ультразвуковыми излучающими элементами, имеет форму сферической оболочки или форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри, и резонирующая поверхность всего сферического объемного резонатора выступает в качестве излучающей поверхности и отражающей поверхности для ультразвуковых волн, таким образом, что эффективная излучающая площадь ультразвукового излучения и количество отражений могут быть увеличены. В то же время после отражения сферических волн на волновом фронте каждого из ультразвуковых излучающих элементов в обратную сторону в направлении, противоположном направлению исходного пути излучения, отраженные ультразвуковые волны и излученные ультразвуковые волны, имеющие одинаковую частоту, обеспечивают возникновение резонанса в сферическом объемном резонаторе. Эти две ультразвуковые волны могут приходить к центру сферы в одно и то же время и обеспечивать образование нескольких резонансных точек во всей сфере сферического объемного резонатора.

В случае, в котором центр сферического объемного резонатора поглощает несколько ультразвуковых волн (центр полости обычно поглощает несколько ультразвуковых волн, в случае относительно низкого значения частоты ультразвуковых волн) и ультразвуковые излучающие элементы могут отражать ультразвуковое излучение, ультразвуковые волны, излученные ультразвуковыми излучающими элементами, могут быть многократно отражены в сферическом объемном резонаторе, таким образом, что ультразвуковые волны могут обеспечивать многократное возникновение резонанса в сферическом объемном резонаторе. Вследствие того что центр сферы сферического объемного резонатора также представляет собой резонансную точку, ультразвуковые волны, излученные с резонирующей поверхности сферического объемного резонатора и ультразвуковые волны, отражаемые ее противолежащей поверхностью, могут образовывать резонансно-усиленную область фокусировки в центре сферы, могут усиливать, таким образом, интенсивность ультразвуковых волн в центре сферы и могут значительно улучшить степень использования ультразвуковых волн.

Кроме того, при излучении энергии ультразвукового излучения по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом и сосредоточивании энергии отраженных ультразвуковых волн в центре сферы, подверженном многократному резонансному усилению, происходит многократное увеличение энергии, приводящее к усилению резонанса в центре сферы и энергии в области фокусировки. Однако точки усиления резонанса, не расположенные на центре сферы, будут подвержены резонансу ограниченное количество раз, таким образом, что ультразвуковая энергия положений в сферическом объемном резонаторе, отличающихся от положений в центре сферы, относительно низкая по сравнению с ультразвуковой энергией в центре сферы. Таким образом, при нахождении места лечения в центре сферы возможно успешное избежание повреждений других органов, не требующих лечения.

В случае, в котором существующий известный ультразвуковой преобразователь использован для непосредственной фокусировки для воздействия на тело человека, можно задать давление звука в фокусе равным Р, а интенсивность звука равной I, кроме того, ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению будет использован для воздействия на тело человека при условии задания частоты ультразвуковых волн, излученных ультразвуковыми излучающими элементами, равной частоте при использовании существующего ультразвукового преобразователя для выполнения лечения и при условии задания коэффициента ослабления ультразвукового излучения для ультразвукового преобразователя согласно настоящему изобретению около 10%. После выполнения первого отражения, давление звука ультразвуковых волн будет ослаблено до величины, составляющей примерно 0,9 от исходной величины, т.е. давление звука будет ослаблено до 0,9 Р, и давление звука будет ослаблено до величины, составляющей 0,81 от исходной величины, после двух ослаблений (при условии наличия только двух отражений, однако фактическое количество отражений значительно больше двух), т.е. давление звука будет ослаблено до 0,81 Р.

В то же время, давления звука после сложения в центре сферы составляет Р+0,9 Р+0,81 Р=2,71 Р. Вследствие того что излучение и отражение ультразвуковых волн выполнены дважды (ультразвуковые излучающие элементы могут выполнять излучение и отражение ультразвука), суммарное звуковое давление в центре сферы составляет 2×2,71 Р=5,42 Р. Интенсивность звука может иметь квадратичную зависимость от давления звука, таким образом, что интенсивность звука в центре сферы области фокусировки будет равной 5,42²I=29,3764 I. Следовательно, при условии двукратного отражения ультразвуковых волн, энергия ультразвукового преобразователя согласно настоящему изобретению достигает значения, которое примерно в 30 раз больше значения энергии для существующего ультразвукового преобразователя. Однако в определенных приложениях с повышением частоты отражений и дополнительным уменьшением степени ослабления фокусируемая энергия будет больше. Очевидно, что ультразвуковая энергия в области фокусировки ультразвукового преобразователя согласно настоящему изобретению значительно превышает энергию для существующего ультразвукового преобразователя.

Сферический резонатор, образованный ультразвуковым преобразователем, согласно настоящему изобретению имеет форму сферической оболочки или форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри. В случае, в котором внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму сферической оболочки, она представляет собой сферический резонатор с полностью закрытым звуковым путем (или изолированным звуковым путем), и ультразвуковые волны могут быть переданы только в резонаторе и не подвержены рассеиванию за ее пределами. В случае, в котором внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму усеченной сферической оболочки, с центром сферы внутри, выражение «с центром сферы внутри» означает, что форма внутренней полости, образованной сферическим объемным резонатором, имеет закрытый звуковой путь в направлении по окружности, перпендикулярном центральной оси и проходящем через центр сферы, то есть в этом случае кривые, образующие внутреннюю плоскость, включают кольцеобразные кривые, проходящие через центр сферы, что обеспечивает образование закрытого звукового пути сферическим объемным резонатором (или закрытой траектории звука, т.е. такой характер распределения звукового поля, при котором не происходит рассеяние ультразвуковых волн в направлении по окружности, вследствие чего не возникает дифракция в данном направлении и может быть обеспечена предпочтительная фокусировка) в направлении по окружности, перпендикулярном центральной оси. Следовательно, по сравнению с существующими ультразвуковыми преобразователями (например, заявкой на патент Китая CN 101140354 A) ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению может обеспечивать предотвращение утечки энергии ультразвукового излучения из резонансной полости.

Вследствие того что образование области фокусировки энергии ультразвукового излучения фокусирующегося ультразвукового преобразователя обусловлено дифракцией на крае резонирующей поверхности ультразвукового преобразователя, известный фокусирующийся ультразвуковой преобразователь может вызывать рассеяние области фокусировки энергии ультразвукового излучения вследствие краевого эффекта на поверхности, излучающей ультразвуковое излучение, а при снижении рабочей частоты ультразвукового преобразователя влияние краевого эффекта может быть увеличено и может приводить к ослаблению фокусирующей способности ультразвукового излучения (т.е. к увеличению области фокусировки). Следовательно, при проведении ультразвуковой терапии для достижения коагуляционного некроза в местах лечения известный ультразвуковой преобразователь должен работать на относительно высокой рабочей частоте, обычно в диапазоне от 0,8 МГц до 10 МГц. Однако в сферическом объемном резонаторе, образованном ультразвуковым преобразователем согласно настоящему изобретению, вследствие наличия закрытого звукового пути по меньшей мере в одном направлении передачи ультразвукового излучения, не возникает дифракция в окружном направлении относительно области фокусировки и, следовательно, не возникает ослабление фокусирующей способности, вызванное снижением частоты ультразвукового излучения.

Таким образом, размер области фокусировки согласно настоящему изобретению практически не подвержен влиянию частоты излучения ультразвукового преобразователя (например, для ультразвукового преобразователя, в котором внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри, обеспечено только сжатие области фокусировки ультразвукового излучения по окружности, проходящей через центр сферы и перпендикулярной акустической оси, т.е. область фокусировки сжата только во всех направлениях плоскости передачи звука и обеспечивает наличие дифракции на крае вдоль направления центральной оси). Следовательно, нижняя граница диапазона рабочих частот ультразвуковых излучающих элементов согласно настоящему изобретению может быть задана, соответственно, меньшей относительно нижней границы для ультразвуковых излучающих элементов в составе существующих ультразвуковых преобразователей, при этом диапазон рабочих частот ультразвуковых излучающих элементов составляет от 20 кГц до 10 МГц, а предпочтительный диапазон рабочих частот составляет от 0,1 МГц до 0,8 МГц.

Фокусирующая способность ультразвукового преобразователя согласно настоящему изобретению значительно лучше фокусирующей способности существующего ультразвукового преобразователя, следовательно, даже при работе на низких частотах, например 20 кГц, ультразвуковой преобразователь настоящего изобретения может успешно работать для выполнения эффективного воздействия на тело человека, в то же самое время существующий ультразвуковой преобразователь не может обеспечивать высокое акустическое поле на такой низкой частоте. Низкая рабочая частота и повышение температуры тканей могут обеспечивать возможность выполнения безопасного и эффективного лечения некоторых органов, содержащих ткани, содержащие воздух, и костные ткани, или органов, ткани которых закрыты другими тканями тел посредством, ультразвукового преобразователя согласно настоящему изобретению. Кроме того, количество отражений ультразвукового излучения в фактическом процессе лечения ограничено, а ультразвуковые излучающие элементы в ультразвуковом преобразователе согласно настоящему изобретению могут выступать в качестве ультразвуковых отражающих элементов (ультразвуковые излучающие элементы выполнены с функцией отражения ультразвука) и выполнены со способностью хорошей фокусировки таким образом, что ультразвуковые излучающие элементы могут работать в условиях низкой частоты. Уменьшение рабочей частоты ультразвуковых излучающих элементов способствует увеличению количества отражений ультразвукового излучения (чем ниже частота, тем меньше ультразвукового излучения будет поглощено тканями и тем больше отражений происходит) таким образом, что интенсивность ультразвукового излучения в области фокусировки (центр сферы) может быть дополнительно увеличена.

При выполнении сферического объемного резонатора согласно настоящему изобретению необходимо обеспечение соответствия сферического объемного резонатора, образованного ультразвуковыми излучающими элементами, излучающими сферические волны, принципу суперпозиции ультразвукового резонанса, то есть диаметр сферического объемного резонатора представляет собой интегральное произведение половины длины волны излученных ультразвуковых волн.

Согласно настоящему изобретению внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри, при этом указанная внутренняя полость, имеющая форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри, может быть выполнена в виде внутренней полости в форме усеченной сферической оболочки, образованной отсечением одного сегмента, (высота полости больше сферического радиуса), или усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов.

В случае, в котором внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов, с центром сферы внутри, могут быть использованы следующие формы.

В первой форме верхняя ограничивающая поверхность S1 и нижняя ограничивающая поверхность S2 указанной внутренней полости выполнены параллельными друг другу, и расстояние между верхней ограничивающей поверхностью и центром сферы не равно расстоянию между нижней ограничивающей поверхностью и центром сферы.

В другой форме верхняя ограничивающая поверхность (S1) и нижняя ограничивающая поверхность (S2) указанной внутренней полости выполнены параллельными друг другу и расстояние между верхней ограничивающей поверхностью и центром сферы равно расстоянию между нижней ограничивающей поверхностью и центром сферы, при этом будет обеспечена возможность сохранения усиления вследствие фокусировки в центре сферы максимально возможным. Конечно, в практических приложениях, в случае, в котором данные две формы сферического объемного резонатора, содержащего усеченную сферическую оболочку, образованную отсечением двух сегментов, не могут быть использованы для лечения (например, в случае лечения заболеваний, подобных миоме матки), внутренняя полость сферического объемного резонатора может иметь форму усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов. В подобном случае верхняя ограничивающая поверхность внутренней полости выполнена не параллельной ее нижней ограничивающей поверхности, а расстояние между верхней ограничивающей поверхностью и центром сферы равно или не равно расстоянию между нижней ограничивающей поверхностью и центром сферы.

В случае, в котором внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму усеченной сферической оболочки, образованной отсечением одного сегмента, она содержит резонатор в форме свода сферы и резонатор в форме сферы, образованный отсечением двух сегментов. Ограничивающая поверхность резонатора в форме свода сферы соответствует одной ограничивающей поверхности указанного резонатора в форме сферы, образованного отсечением двух сегментов, и соединена с ней. Соединение между резонатором в форме свода сферы и резонатором в форме сферы, образованным отсечением двух сегментов, выполнено с возможностью разделения или неразъемным.

Внутренняя полость сферического объемного резонатора может иметь форму полной сферической оболочки.

В настоящем изобретении один ультразвуковой излучающий элемент представляет собой один источник излучения, а сферическая резонатор, образованный по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом, может содержать корпус любой формы, и необходимо только обеспечение формы оболочки или формы усеченной оболочки с центром сферы внутри для сферического объемного резонатора. В случае, в котором внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму полной сферической оболочки, сферический резонатор может быть образован только одним ультразвуковым излучающим элементом, имеющим форму сферической оболочки, или резонатор, имеющий форму сферической оболочки, может быть разделен на несколько небольших частей, каждая из которых представляет собой ультразвуковой излучающий элемент, и все ультразвуковые излучающие элементы обеспечены возможностью излучения сферических волн одинакового радиуса.

Другими словами, сферический резонатор, имеющий форму сферической оболочки, может быть образован ультразвуковыми излучающими элементами, излучающими сферические волны одинакового радиуса. Данные ультразвуковые излучающие элементы могут быть выполнены из пьезоэлектрического материала любого вида при условии выполнения условия, состоящего в том, что ультразвуковые волны, излученные волновыми фронтами ультразвуковых излучающих элементов, должны представлять собой сферические волны. Например, сочетание пьезоэлектрических материалов, обеспеченных возможностью излучения плоских ультразвуковых волн, и фокусирующих линз, образующих ультразвуковой излучающий элемент, фокусирующийся посредством линзы, может быть использовано для образования внутренней полости, имеющей форму сферической оболочки. При этом фокусирующие линзы расположены на одинаковом расстоянии от центра сферы и внутренняя полость указанного сферического объемного резонатора, образованная посредством объединения внутренних поверхностей всех фокусирующих линз, имеет форму сферической оболочки или форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри. Вследствие того что ультразвуковой излучающий элемент такого типа способен также излучать сферические волны, он удовлетворяет условию для ультразвуковых излучающих элементов согласно настоящему изобретению.

При выполнении сферического объемного резонатора согласно настоящему изобретению необходимо обеспечение соответствия сферического объемного резонатора, образованного ультразвуковыми излучающими элементами, излучающими сферические волны, по принципу суперпозиции ультразвукового резонанса, то есть диаметр сферического объемного резонатора представляет собой интегральное произведение половины длины волны излученных ультразвуковых волн.

В случае, в котором внутренняя полость указанного сферического объемного резонатора имеет форму полной сферической оболочки, несмотря на то что энергия ультразвукового излучения в центре сферы может быть усилена в наибольшей степени, ультразвуковой преобразователь с такой резонатором в форме сферы может эффективно воздействовать на очаг заболевания в конкретных приложениях только при условии большого объема данного ультразвукового преобразователя (например, преобразователь может вместить тело человека). Таким образом, на основании требований к лечению, например, при лечении головы, предпочтительно для внутренней полости сферического объемного резонатора, имеющей форму сферической оболочки, наличие резонатора в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента (высота полости меньше сферического радиуса). Ограничивающая поверхность резонатора в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, соответствует ограничивающей поверхности резонатора в форме свода сферы и соединена с ней. Соединение между резонатором в форме свода сферы и резонатором в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, выполнено с возможностью отделения или неразъемным. В случае, в котором соединение между резонатором в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, и резонатором в форме свода сферы выполнено с возможностью отделения, только резонатор в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, может быть использован при лечении головы человека, а ультразвуковые волны, излученные и отраженные ультразвуковыми излучающими элементами, могут образовывать резонансно-усиленную область фокусировки в центре сферы.

В случае, в котором внутренняя полость сферического объемного резонатора, образованного ультразвуковым преобразователем, представляет собой резонатор в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, область фокусировки ультразвукового преобразователя сжата только в направлении, перпендикулярном направлению акустической оси (т.е. центральной оси сферического объемного резонатора), но не в направлении акустической оси. Следовательно, усиление вследствие фокусировки для ультразвукового преобразователя в центре сферы меньше, чем усиление вследствие фокусировки для ультразвукового преобразователя с внутренней полостью, имеющей форму сферической оболочки.

В другом варианте внутренняя полость сферического объемного резонатора, имеющая форму сферической оболочки, содержит резонатор в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, с центром сферы внутри, и два резонатора в форме свода сферы, расположенных соответственно на верхнем и нижнем концах резонатора в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов.

Внутренняя полость сферического объемного резонатора, имеющая форму сферической оболочки, может дополнительно содержать резонатор в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, с центром сферы внутри, и две выпуклообразные сферические полости, расположенные соответственно на верхнем и нижнем концах резонатора в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов. Ограничивающие поверхности двух резонатор в форме свода сферы соответствуют верхней ограничивающей поверхности и нижней ограничивающей поверхности резонатора в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, и соединены с ними. Соединение между резонатором в форме свода сферы и резонатором в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, выполнено с возможностью разделения или неразъемным. В случае, в котором соединение между резонатором в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, и резонатором в форме свода сферы выполнено с возможностью разделения, только резонатор в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, может быть использован при лечении туловища и конечностей человека, а ультразвуковые волны, излученные и отраженные ультразвуковыми излучающими элементами, могут образовывать резонансно-усиленную область фокусировки в центре сферы.

Предпочтительно выполнение двух ограничивающих поверхностей указанного резонатора в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, параллельными между собой и расположение их на одинаковом или различном расстоянии до центра сферы, кроме того, данное определенное расстояние может быть задано на основании требований в фактическом приложении. Для сохранения области фокусировки в центре сферы максимально большой, предпочтительно равенство расстояний между двумя ограничивающими поверхностями резонатора в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, и центром сферы.

В случае, в котором внутренняя полость сферического объемного резонатора, образованного ультразвуковым преобразователем, представляет собой сферический объемный резонатор, образованный отсечением двух сегментов, и вследствие того что область фокусировки ультразвукового излучения сжата только по окружности, то есть сжата только во всех направлениях плоскости передачи звука, существует некоторая дифракция на краю вдоль направления центральной оси ультразвукового преобразователя. Таким образом, усиление вследствие фокусировки в центре сферы ультразвукового преобразователя ниже, чем усиление вследствие фокусировки для ультразвукового преобразователя, сферический резонатор которого содержит сферическую резонансную внутреннюю полость, образованную отсечением одного сегмента.

Предпочтительно выполнение отверстия с возможностью обеспечения прохождения через него визуализирующего контролирующего устройства в указанный сферический объемный резонатор.

Ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению содержит по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент. В случае наличия только одного ультразвукового излучающего элемента он образует сферический объемный резонатор, имеющий форму полной сферической оболочки.

Различные ультразвуковые излучающие элементы, способные излучать ультразвуковые волны различной частоты, могут быть использованы в настоящем изобретении. При различии в частоте ультразвуковых волн, излученных ультразвуковыми излучающими элементами, несмотря на то что для всех ультразвуковых излучающих элементов, имеющих различную рабочую частоту, обеспечено сложение энергии в фокусе, данное сложение энергии некогерентное. Таким образом, высокая энергия, например обеспечиваемая при условии когерентного сложения, не может быть получена в фокусе (в центре сферы), однако сложение энергии может быть проведено в фокусе вследствие того, что излученная энергия подобного вида сложения значительно больше энергии в случае использования одиночного источника излучения. Для увеличения энергии ультразвукового излучения в области фокусировки и образования устойчивого ультразвукового резонанса предпочтительно обеспечение разницы между частотами сферических волн, излученных ультразвуковыми излучающими элементами, не более 20%. Дополнительно предпочтительно обеспечение одинаковой частоты сферических волн, излученных ультразвуковыми излучающими элементами, для образования резонанса и обеспечения когерентного сложения энергии ультразвукового излучения в центре сферы и последующего увеличения энергии ультразвукового излучения.

В случае, в котором ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению содержит один ультразвуковой излучающий элемент или несколько ультразвуковых излучающих элементов, имеющих одинаковую рабочую частоту, происходит образование сферического объемного резонатора. Все излученные и отраженные в указанной сферического объемного резонатора ультразвуковые волны проходят через центр сферы, и энергия ультразвукового излучения в центре сферы будет сложена посредством сложения в фазе для обеспечения ее значительного увеличения. Для резонансных точек, не расположенных в центре сферы в сферическом объемном резонаторе вследствие того что сложение энергии ультразвукового излучения в данных резонансных точка не представляет собой сложение в фазе, энергия ультразвукового излучения в данных резонансных точках уменьшена. Таким образом, при использовании ультразвуковых преобразователей согласно настоящему изобретению для лечения человеческого тела, может быть обеспечена подача высокой энергии ультразвукового излучения в очаг заболевания и безопасность других тканей, не подвергающихся терапии.

Дифракция в ультразвуковом преобразователе согласно настоящему изобретению протекает аналогично оптической дифракции. В случае, в котором ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению содержит сферический объемный резонатор, имеющий форму сферической оболочки с центром сферы внутри, вследствие того что в ультразвуковом преобразователе открытого типа все еще возникает дифракция в направлении окружности, перпендикулярном акустической оси, длина области фокусировки в данном направлении не подвержена сжатию при условии наличия в ультразвуковом преобразователе согласно настоящему изобретению сферического объемного резонатора, имеющего форму сферической оболочки, и при условии наличия полностью закрытого звукового пути и отсутствия дифракции, таким образом, что в фокусе обеспечена наибольшая энергия.

Ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению устраняет недостатки ультразвуковой терапии заболеваний глубоких тканей человеческого тела и внутричерепного ультразвукового лечения. При условии обеспечения безопасности человеческого тела достаточное количество энергии ультразвукового излучения может проникать в глубокие ткани тела человека, при этом возможно избежание температурных повреждений, возникающих вследствие поглощения ультразвуковых волн костной тканью на пути передачи ультразвука. Следовательно, ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению в частности выполнен подходящим для воздействия на глубокие ткани тела человека и внутричерепные очаги заболевания.

Ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению может быть не только выполнен с большой излучающей областью ультразвукового излучения и значительным усилением фокусировки, вызывающих значительное увеличение энергии ультразвуковой фокусировки, но помимо этого может быть также не подвержен влиянию рабочей частоты источника ультразвукового излучения.

По сравнению с существующими ультразвуковыми преобразователями ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества:

(1) размер области фокусировки ультразвуковых волн, излученных ультразвуковым преобразователем согласно настоящему изобретению, практически не подвержен влиянию частоты ультразвукового излучающего элемента и достижение коагуляционного некроза в очаге заболевания может быть обеспечено посредством использования низкочастотных ультразвуковых волн;

(2) длины вдоль направления области фокусировки ультразвуковых волн могут быть сжаты для значительного уменьшения объема области фокусировки и усиления интенсивности ультразвукового излучения в области фокусировки и

(3) интенсивность ультразвукового излучения в области фокусировки может быть усилена посредством резонанса ультразвуковых волн, при этом отсутствует необходимость увеличения мощности излучения ультразвуковых волн, обеспечивая избежание усиления интенсивности ультразвукового излучения вне области фокусировки и безопасность органов, не подвергающихся лечению.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана схема сферического объемного резонатора, имеющего форму сферической оболочки, по Примеру 1 реализации настоящего изобретения.

На фиг.2 показана схема сферического объемного резонатора, имеющего форму сферической оболочки, по Примеру 2 реализации настоящего изобретения.

На фиг.3 показана конструктивная схема сферического объемного резонатора, образованного отсечением одного сегмента, по Примеру 2 реализации настоящего изобретения (при использовании одного ультразвукового излучающего элемента).

На фиг.4 показана конструктивная схема резонатора в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, по Примеру 2 реализации настоящего изобретения (при использовании нескольких ультразвуковых излучающих элементов).

На фиг.5 показана конструктивная схема (симметричного) сферического объемного резонатора, образованного отсечением двух сегментов, по Примеру 3 реализации настоящего изобретения (при использовании одного ультразвукового излучающего элемента).

На фиг.6 показана конструктивная схема (симметричного) сферического объемного резонатора, образованного отсечением двух сегментов (имеющего две ограничивающих поверхности, параллельные друг другу), по Примеру 3 реализации настоящего изобретения (при использовании нескольких ультразвуковых излучающих элементов, расположенных в один слой).

На фиг.7 показана конструктивная схема (симметричного) сферического объемного резонатора, образованного отсечением двух сегментов (имеющего две ограничивающие поверхности, параллельные друг другу), по Примеру 3 реализации настоящего изобретения (при использовании нескольких ультразвуковых излучающих элементов, расположенных в несколько слоев).

На фиг.8 показана конструктивная схема (несимметричного) сферического объемного резонатора, образованного отсечением двух сегментов (имеющего две нижних поверхности, не параллельные друг другу), по Примеру 4 реализации настоящего изобретения.

На фиг.9 показана конструктивная схема ультразвукового преобразователя по Примеру 5 реализации настоящего изобретения.

На фиг.10 показан вид сверху ультразвукового преобразователя согласно фиг.9, и на фиг.11 показан частичный разрез ультразвукового преобразователя согласно фиг.9.

На чертежах использованы следующие номера позиций и обозначения:

1 - ультразвуковой излучающий элемент,

10 - сферический резонатор, имеющий форму сферической оболочки,

11 - резонатор в форме свода сферы,

12 - резонатор в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента,

13 14 - резонатор в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов,

15 - плоская пьезоэлектрическая полупроводниковая пластина,

16 - фокусирующая линза,

20 - отверстие,

h1 - высота резонатора в форме свода сферы,

h2 - высота усеченного сферического объемного резонатора,

R - радиус сферы,

S1 - верхняя ограничивающая поверхность,

S2 - нижняя ограничивающая поверхность.

Детальное описание предпочтительного примеров реализации изобретения

Далее приведено детальное описание настоящего изобретения со ссылкой на чертежи и примеры реализации изобретения согласно настоящей заявке.

Ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению содержит по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент. Волновые фронты ультразвуковых волн, излученных по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом, представляют собой сферические поверхности одинакового радиуса, и по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент выполнен с функцией отражения ультразвука и выполнен с возможностью образования сферического объемного резонатора, или несколько ультразвуковых излучающих элементов выполнены с возможностью совместного образования сферического объемного резонатора. Внутренняя полость указанного сферического объемного резонатора имеет форму сферической оболочки или форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри. Ультразвуковые волны, излученного по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом, сфокусированы в области, в которой расположен центр сферы указанного сферического объемного резонатора.

Следующие примеры реализации изобретения не ограничивают настоящее изобретение.

Пример 1 реализации изобретения

Согласно настоящему примеру реализации изобретения ультразвуковой преобразователь содержит один ультразвуковой излучающий элемент, выполненный с функцией отражения ультразвука и выполненный в виде самофокусирующегося ультразвукового излучающего элемента. Волновой фронт ультразвуковых волн, излученных ультразвуковым излучающим элементом, представляет собой сферическую поверхность одинакового радиуса, и излученные ультразвуковые волны представляют собой сферические волны. Ультразвуковой излучающий элемент выполнен с возможностью образования сферического объемного резонатора, внутренняя полость которого имеет форму сферической оболочки, для образования сферического объемного резонатора, имеющего форму сферической оболочки с полностью закрытым звуковым путем. Область фокусировки сферического объемного резонатора, имеющего форму сферической оболочки, представляет собой область, в которой расположен центр сферы указанного сферического объемного резонатора.

В ультразвуковом преобразователе согласно настоящему изобретению ультразвуковые волны, излученные ультразвуковым излучающим элементом, и ультразвуковые волны, излученные или отражаемые его противолежащей поверхностью, могут образовывать резонансно-усиленную область фокусировки в центре сферы.

Пример, в котором ультразвуковой излучающий элемент может быть выполнен из самофокусирующихся ультразвуковых пьезоэлектрических материалов, имеющих различные формы.

Для удобства выполнения ультразвуковой преобразователь согласно настоящему изобретению может быть непосредственно выполнен в виде сферического объемного резонатора 10, имеющего форму сферической оболочки, показанной на фиг.1. Конечно, внешний корпус сферического объемного резонатора может быть выполнен любой формы, то есть необходимо выполнение только внутренней полости сферического объемного резонатора в форме полной сферической оболочки.

Сферический резонатор 10, имеющий форму сферической оболочки, согласно примеру реализации изобретения выполнен с возможностью ее открывания для размещения объектов внутри полости, и положение ее открываемой части может быть задано в зависимости от объектов, которые необходимо разместить в сферическом объемном резонаторе 10, имеющем форму сферической оболочки.

Ультразвуковой преобразователь в данном примере реализации изобретения в основном выполнен подходящим для некоторых медицинских экспериментов с возможностью проведения их в изолированной среде. Например, шаблонные органы или фантомы для экспериментов или другие объекты сначала размещены в сферическом объемном резонаторе 10, имеющем форму сферической оболочки, ультразвукового преобразователя, и затем указанный сферический резонатор 10, имеющий форму сферической оболочки, будет изолирован для начала процедур или экспериментов. После проведения процедур или экспериментов сферический резонатор 10, имеющий форму сферической оболочки, будет открыт для изучения результатов процедур или экспериментов. Данные процедурные или экспериментальные случаи будут взяты в качестве образцов для клинического использования.

В случае, в котором сферический резонатор 10, имеющий форму сферической оболочки, выполнен с большим размером, например, в случае, в котором полость выполнена с размером, подходящим для размещения человеческого тела, ультразвуковой преобразователь может быть также использован для лечения человеческого тела.

Пример 2 реализации изобретения

Согласно фиг.2 в данном примере реализации изобретения внутренняя полость сферического объемного резонатора, образованного ультразвуковым преобразователем, имеет форму полной сферической оболочки, а отличие между Примером 2 и Примером 1 реализации изобретения состоит в том, что указанный сферический резонатор, имеющий форму сферической оболочки, образован не только одним ультразвуковым излучающим элементом. Внутренняя полость сферического объемного резонатора, имеющая форму сферической оболочки, образована совместно резонатором в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента (согласно фиг.3 и фиг.4) и резонатором в форме свода сферы 11. Ограничивающая поверхность резонатора в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента, соответствует ограничивающей поверхности резонатора в форме свода сферы 11 и соединена с ней, и указанное соединение между резонатором в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента, и резонатором в форме свода сферы 11 выполнено с возможностью разделения.

Пример, в котором высота h1 резонатора в форме свода сферы 11 меньше, чем сферический радиус R, а высота h2 резонатора в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента, больше, чем сферический радиус R.

Для удобного позиционирования области воздействия, выполнения контроля процесса лечения и оценки эффективности лечения с течением времени в данном примере реализации изобретения, согласно фиг.3 и фиг.4 в резонаторе в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента, или в резонаторе в форме свода сферы 11 выполнено отверстие 20 с возможностью обеспечения прохождения через него визуализирующего контролирующего устройства.

В данном примере реализации изобретения сферический резонатор 12, образованный отсечением одного сегмента, может быть образован одним ультразвуковым излучающим элементом 1 (согласно фиг.3), и для упрощения процесса производства он может быть образован посредством соединения нескольких ультразвуковых излучающих элементов (согласно фиг.4). По той же причине, резонатор в форме свода сферы 11 может быть образован одним ультразвуковым излучающим элементом 1 и также может быть образован посредством соединения нескольких ультразвуковых излучающих элементов. По меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент выполнен в виде самофокусирующегося ультразвукового излучающего элемента, выполненного с функцией отражения ультразвуковых волн. Волновые фронты ультразвуковых волн, излученных по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом, представляют собой сферические поверхности одинакового радиуса.

В резонаторе в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента, согласно приведенному выше описанию, содержащей ультразвуковые излучающие элементы, разница между частотами ультразвуковых волн, излученных ультразвуковыми излучающими элементами, лежит в пределах 20%, и предпочтительно обеспечение одинаковой частоты для ультразвуковых волн, изученных различными ультразвуковыми излучающими элементами.

В данном примере реализации изобретения резонатор в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента, выполнен с размером, подходящим для лечения человеческой головы. При лечении человеческой головы может быть использован только резонатор в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента. Сначала голова будет размещена в резонаторе в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента, при этом, в связи с тем что ультразвуковые волны, излученные и отражаемые ультразвуковыми излучающими элементами, могут образовывать резонансно-усиленную область фокусировки в центре сферы, очаг заболевания будет размещен в центре сферы, и затем для выполнения лечения будут приведены в действие ультразвуковые излучающие элементы, образующие резонатор в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента.

По существу, резонатор в форме сферы 12, образованной отсечением одного сегмента, может образовывать ультразвуковой преобразователь, внутренняя полость которого сама по себе представляет собой резонатор в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента. Внешний корпус ультразвукового преобразователя может быть выполнен любой формы с внешней стороны полости на основании требований (возможна конструкция без корпуса).

Пример 3 реализации изобретения

Согласно фиг.5, 6 и 7 в данном примере реализации изобретения внутренняя полость сферического объемного резонатора, образованного ультразвуковым преобразователем, имеет форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри, и внутренняя полость представляет собой резонатор в форме сферы 13, образованной симметричным отсечением двух сегментов.

В данном примере реализации изобретения верхняя ограничивающая поверхность S1 и нижняя ограничивающая поверхность S2 резонатора в форме сферы 13, образованной отсечением двух сегментов, выполнены параллельными друг другу, и расстояние между верхней ограничивающей поверхностью S1 и центром сферы О равно расстоянию между нижней ограничивающей поверхностью S2 и центром сферы О.

В данном примере реализации изобретения резонатор в форме сферы 13, образованной отсечением двух сегментов, может быть образован посредством одного ультразвукового излучающего элемента 1 (согласно фиг.5) или нескольких ультразвуковых излучающих элементов 1, расположенных в один слой (согласно фиг.6), или нескольких ультразвуковых излучающих элементов 1, расположенных в несколько слоев (согласно фиг.7). По меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент выполнен в виде самофокусирующегося ультразвукового излучающего элемента, выполненного с функцией отражения ультразвуковых волн. Пример, в котором направление оси Z, показанное на фиг.5, представляет собой направление акустической оси резонатора в форме сферы 13, образованного отсечением двух сегментов, и ось Z совпадает с ее центральной осью.

В случае, в котором резонатор в форме сферы 13, образованной отсечением двух сегментов, образован посредством соединения нескольких ультразвуковых излучающих элементов, излученные ими ультразвуковые волны имеют одинаковую частоту. Волновые фронты ультразвуковых волн, излученных ультразвуковым излучающим элементом, представляют собой сферические поверхности одинакового радиуса.

Ультразвуковой преобразователь согласно данному примеру реализации изобретения выполнен подходящим для лечения туловища или конечностей. При лечении туловища или конечностей сначала будет выполнено прохождение туловища или конечностей через резонатор в форме сферы 13, образованной отсечением двух сегментов, затем очаг заболевания будет размещен в центре сферы, и далее для выполнения лечения будут приведены в действие ультразвуковые излучающие элементы, образующие резонатор в форме сферы 13, образованной отсечением двух сегментов.

Пример 4 реализации изобретения

Согласно фиг.8, в данном примере реализации изобретения внутренняя полость сферического объемного резонатора, образованного ультразвуковым преобразователем, имеет форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри, и внутренняя полость выполнена в виде резонатора в форме сферы 14, образованной несимметричным отсечением двух сегментов

В данном примере реализации изобретения верхняя ограничивающая поверхность S1 и нижняя ограничивающая поверхность S2 резонатора в форме сферы 14, образованной отсечением двух сегментов, выполнены не параллельными друг другу, и расстояние между верхней ограничивающей поверхностью S1 и центром сферы О равно расстоянию между нижней ограничивающей поверхностью S2 и центром сферы О.

В данном примере реализации изобретения резонатор в форме сферы 14, образованной отсечением двух сегментов, может быть образован посредством одного ультразвукового излучающего элемента 1 или нескольких ультразвуковых излучающих элементов 1, расположенных в один слой, или нескольких ультразвуковых излучающих элементов 1, расположенных в несколько слоев. По меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент выполнен в виде самофокусирующегося ультразвукового излучающего элемента, выполненного с функцией отражения ультразвуковых волн. Пример, в котором направление оси Z, показанное на фиг.8, представляет собой направление акустической оси резонатора в форме сферы 14, образованной отсечением двух сегментов, и ось Z совпадает с ее центральной осью.

В случае, в котором резонатор в форме сферы 14, образованной отсечением двух сегментов, образован посредством соединения нескольких ультразвуковых излучающих элементов, излученные ими ультразвуковые волны имеют одинаковую частоту. Волновые фронты ультразвуковых волн, излученных ультразвуковыми излучающими элементами, представляют собой сферические поверхности одинакового радиуса.

Ультразвуковой преобразователь согласно данному примеру реализации изобретения выполнен подходящим для лечения миомы матки и других заболеваний. При лечении миомы матки и других заболеваний для выполнения лечения в определенном положении ультразвуковой преобразователь, содержащий резонатор в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, может быть использован в данном примере реализации изобретения.

Пример 5 реализации изобретения

Различие между данным примером реализации изобретения и примером 3 реализации изобретения состоит в том, что ультразвуковой излучающий элемент в ультразвуковом преобразователе данного примера реализации изобретения образован сочетанием пьезоэлектрических материалов, обеспечивающих возможность излучения плоских ультразвуковых волн, и фокусирующих линз, то есть ультразвуковой излучающий элемент выполнен в виде ультразвукового излучающего элемента, фокусирующегося посредством линзы. Согласно фиг.9, 10 и 11 в данном примере реализации изобретения сферический резонатор образован четырьмя плоскими пьезоэлектрическими полупроводниковыми пластинами 15 и четырьмя фокусирующими линзами 16, то есть каждая плоская пьезоэлектрическая полупроводниковая пластина 15 содержит одну фокусирующую линзу 16, закрепленную неподвижно на ней. Ультразвуковые волны, излученные четырьмя ультразвуковыми излучающими элементами, фокусирующимися посредством линзы, также могут представлять собой сферические волны, и волновые фронты излученных ультразвуковых волн представляют собой сферические поверхности одинакового радиуса.

В связи с тем что внутренняя поверхность каждой из вышеописанных четырех фокусирующих линз 16 представляет собой одну часть сферической поверхности, все фокусирующие линзы расположены на одном и том же расстоянии от центра сферы, и резонатор в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, с центром сферы внутри может быть образован посредством объединения линз (например, сферический резонатор, имеющий форму сферической оболочки, или резонатор в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, также могут быть образованы посредством объединения линз). Другими словами, внутренняя полость сферического объемного резонатора, образованного ультразвуковым преобразователем, имеет форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри, и ее внутренняя полость выполнена в виде резонатора в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов.

Следует понимать, что примеры реализации изобретения согласно приведенному выше описанию представляют собой примерные конструкции, служащие для объяснения принципа настоящего изобретения, и не ограничивают настоящее изобретение. Специалист в данной области техники может выполнять различные варианты и улучшения, не выходящие за рамки характера и сущности настоящего изобретения, которые могут быть рассмотрены в качестве не выходящих за рамки объема правовой охраны настоящего изобретения.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для ультразвуковой терапии. Ультразвуковой преобразователь содержит по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент, причем волновые фронты ультразвуковых волн, излученных ультразвуковым излучающим элементом, представляют собой сферические поверхности одинакового радиуса, а ультразвуковой излучающий элемент выполнен с функцией отражения ультразвука и с возможностью образования сферического объемного резонатора. В случае использования нескольких ультразвуковых излучающих элементов они выполнены с возможностью совместного образования сферического объемного резонатора. Внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму полной сферической оболочки или форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри, а ультразвуковые волны, излученные по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом, сфокусированы в области, в которой расположен центр сферы сферического объемного резонатора. Использование изобретения позволяет увеличить энергию ультразвуковой фокусировки, а также исключить влияние рабочей частоты источника ультразвукового излучения.14 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Ультразвуковой преобразователь, содержащий по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент, причем
волновые фронты ультразвуковых волн, излученных по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом, представляют собой сферические поверхности одинакового радиуса, а по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент выполнен с функцией отражения ультразвука и с возможностью образования сферического объемного резонатора, а в случае использования нескольких ультразвуковых излучающих элементов они выполнены с возможностью совместного образования сферического объемного резонатора,
при этом внутренняя полость указанного сферического объемного резонатора имеет форму полной сферической оболочки или форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри, а ультразвуковые волны, излученные по меньшей мере одним ультразвуковым излучающим элементом, сфокусированы в области, в которой расположен центр сферы указанного сферического объемного резонатора.

2. Ультразвуковой преобразователь по п.1, в котором внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму усеченной сферической оболочки с центром сферы внутри и указанная внутренняя полость, имеющая форму усеченной сферической оболочки, выполнена в виде внутренней полости в форме усеченной сферической оболочки, образованной отсечением одного сегмента, или в форме усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов.

3. Ультразвуковой преобразователь по п.2, в котором
внутренняя полость указанного сферического объемного резонатора выполнена в виде внутренней полости в форме усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов, с центром сферы внутри,
при этом верхняя ограничивающая поверхность (S1) и нижняя ограничивающая поверхность (S2) указанной внутренней полости в форме усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов, выполнены параллельными друг другу, а расстояние между верхней ограничивающей поверхностью и центром сферы равно расстоянию между нижней ограничивающей поверхностью и центром сферы; или
внутренняя полость указанного сферического объемного резонатора выполнена в виде внутренней полости в форме усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов, с центром сферы внутри,
при этом верхняя ограничивающая поверхность (S1) и нижняя ограничивающая поверхность (S2) указанной внутренней полости в форме усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов, выполнены параллельными друг другу, а расстояние между верхней ограничивающей поверхностью и центром сферы не равно расстоянию между нижней ограничивающей поверхностью и центром сферы.

4. Ультразвуковой преобразователь по п.2, в котором
внутренняя полость указанного сферического объемного резонатора выполнена в виде внутренней полости в форме усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов, с центром сферы внутри,
при этом верхняя ограничивающая поверхность (S1) и нижняя ограничивающая поверхность (S2) указанной внутренней полости в форме усеченной сферической оболочки, образованной отсечением двух сегментов, выполнены не параллельными друг другу, а расстояние между верхней ограничивающей поверхностью и центром сферы равно или не равно расстоянию между нижней ограничивающей поверхностью и центром сферы.

5. Ультразвуковой преобразователь по п.2, в котором
внутренная полость в форме усеченной сферической оболочки, образованная отсечением одного сегмента, содержит резонатор в форме свода сферы и резонатор в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, с центром сферы внутри,
при этом ограничивающая поверхность резонатора в форме свода сферы соответствует одной из ограничивающих поверхностей указанного резонатора в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, и соединена с ней,
причем соединение между резонатором в форме свода сферы и резонатором в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, выполнено с возможностью разделения или неразъемным.

6. Ультразвуковой преобразователь по п.1, в котором
внутренняя полость сферического объемного резонатора имеет форму сферической оболочки и содержит резонатор в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, и резонатор в форме свода сферы,
при этом ограничивающая поверхность резонатора в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, соответствует ограничивающей поверхности резонатора в форме свода сферы и соединена с ней,
причем соединение между резонатором в форме свода сферы и резонатором в форме сферы, образованной отсечением одного сегмента, выполнено с возможностью разделения или неразъемным, или
указанная внутренняя полость, имеющая форму сферической оболочки, содержит резонатор в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, с центром сферы в ней, и два резонатора в форме свода сферы, расположенные соответственно на верхнем и нижнем концах указанного резонатора в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов,
при этом ограничивающие поверхности указанных двух резонаторов в форме свода сферы соответствуют верхней ограничивающей поверхности и нижней ограничивающей поверхности резонатора в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, и соединены с ними,
причем соединение между двумя резонаторами в форме свода сферы и резонатором в форме сферы, образованной отсечением двух сегментов, выполнено с возможностью разделения или неразъемным.

7. Ультразвуковой преобразователь по любому из пп.1-6, в котором использованы несколько ультразвуковых излучающих элементов, а ультразвуковые волны, излученные ими, имеют одинаковую частоту.

8. Ультразвуковой преобразователь по п.7, в котором диапазон рабочей частоты ультразвуковых излучающих элементов составляет от 20 кГц до 10 МГц.

9. Ультразвуковой преобразователь по п.8, в котором диапазон рабочей частоты ультразвуковых излучающих элементов составляет от 0,1 МГц до 0,6 МГц.

10. Ультразвуковой преобразователь по п.7, в котором в указанном сферическом объемном резонаторе расположено отверстие (20), выполненное с возможностью обеспечения прохождения через него визуализирующего контролирующего устройства.

11. Ультразвуковой преобразователь по п.7, в котором ультразвуковые излучающие элементы выполнены в виде самофокусирующихся ультразвуковых преобразующих элементов или ультразвуковых преобразующих элементов, фокусируемых посредством линзы.

12. Ультразвуковой преобразователь по любому из пп.1-6, в котором диапазон рабочей частоты по меньшей мере одного ультразвукового излучающего элемента составляет от 20 кГц до 10 МГц.

13. Ультразвуковой преобразователь по п.12, в котором диапазон рабочей частоты по меньшей мере одного ультразвукового излучающего элемента составляет от 0,1 МГц до 0,6 МГц.

14. Ультразвуковой преобразователь по любому из пп.1-6, в котором в указанном сферическом объемном резонаторе расположено отверстие (20), выполненное с возможностью прохождения через него визуализирующего контролирующего устройства.

15. Ультразвуковой преобразователь по любому из пп.1-6, в котором по меньшей мере один ультразвуковой излучающий элемент выполнен в виде самофокусирующегося ультразвукового преобразующего элемента или ультразвукового преобразующего элемента, фокусируемого посредством линзы.