УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И УСТРОЙСТВО ЛЕЧЕНИЯ СФОКУСИРОВАННЫМ УЛЬТРАЗВУКОМ Российский патент 2021 года по МПК A61N7/02 

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее раскрытие относится к области технологии высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука, а конкретно относится к ультразвуковому преобразователю и устройству лечения сфокусированным ультразвуком.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Технология высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука (HIFU) широко используется в области лечения, научных исследований, обработки материала и тому подобное. Ультразвук фокусируют в определенном месте за счет использования фокусируемости и проницаемости ультразвука, а высокую энергию в фокальной области используют для лечения заболеваний, возбуждения реакций и изменения свойств материала. Например, технологию высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука используют в клинической практике для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей, таких как рак печени, рак молочной железы, рак почек, опухоль кости, миома матки и т.д., и ее принцип заключается в фокусировании ультразвука на поражении тела человека, так чтобы преобразовать механическую энергию с высокой плотностью энергии в фокальной области в тепловую энергию, вызывая коагуляционный некроз (также называемый ультразвуковой термической абляцией) больных тканей; между тем, из-за того, что плотность ультразвуковой энергии на пути луча является небольшой, можно гарантировать, что воздействие на нормальные ткани вокруг больных тканей и на пути луча является незначительным или допустимым.

Основным компонентом технологии высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука является ультразвуковой преобразователь, который используют для преобразования электрической энергии в механическую энергию и для излучения ультразвука в перпендикулярном направлении со всех позиций звукоизлучающей поверхности с целью фокусирования излучаемого ультразвука. Звукоизлучающие поверхности существующих сфокусированных ультразвуковых преобразователей в основном имеют форму сферического сегмента, а ультразвук, излучаемый существующим сфокусированным ультразвуковым преобразователем, представляет собой бегущую волну и фокусируется около сферического центра сферического сегмента. Из-за характеристики ультразвука фокальная область существующего ультразвукового преобразователя фактически имеет форму, похожую на сигару или веретено, ее длина в направлении звуковой оси является относительно большой и обычно превышает 10 мм, а размеры по двум другим коротким осям варьируют от 2 мм до 3 мм (на примере ультразвуковой частоты 1 МГц).

Существующий ультразвуковой преобразователь имеет большой диапазон фокальной области, низкую концентрацию энергии, низкую плотность энергии в фокальной области и акустическое давление, которое может достигать величины не более 10⁷ Па, поэтому он не может быстро удалять больные ткани, время лечения является долгим, а эффект лечения - плохой.

Кроме того, в человеческом теле существует большое количество неоднородных тканей, таких как кости, органы, содержащие воздух, жир и тому подобное, и они могут вызывать значительное рассеивание и отражение ультразвука, излучаемого существующим ультразвуковым преобразователем, и, таким образом, обеспечивать очень нелинейное распространение ультразвука, что, в свою очередь, вызывает непредсказуемое отклонение и искривление фокальной области и влияет на безопасность лечения.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

В настоящем раскрытии по меньшей мере частично решены проблемы большого размера и сигарообразной формы фокальной области существующего ультразвукового преобразователя и представлены ультразвуковой преобразователь и устройство лечения сфокусированным ультразвуком, которые могут образовать сферическую фокальную область, имеющую небольшой размер.

В качестве технического решения, принятого для решения технической задачи настоящего раскрытия, представлен ультразвуковой преобразователь, содержащий блок генерирования звука и звукоизлучающую поверхность, причем блок генерирования звука выполнен с возможностью генерирования ультразвуковой волны, а

звукоизлучающая поверхность представляет собой сферическую поверхность, имеющую первый срез, второй срез и третий срез, причем одна большая окружность сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности, представляет собой главную большую окружность, первый срез и второй срез, соответственно, расположены на двух пересечениях сферической поверхности и диаметра, перпендикулярного главной большой окружности, а третий срез соединяет первый срез со вторым срезом;

в пределах определенного расстояния от главной большой окружности, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности поперечное сечение звукоизлучающей поверхности, параллельное главной большой окружности, имеет форму дуги, отверстие дуги соответствует третьему срезу, а соответствующий дуге центральный угол составляет более 180 градусов и менее 360 градусов; и

звукоизлучающая поверхность способна отражать ультразвук, а ультразвуковая волна, генерируемая блоком генерирования звука, сфокусирована на центр сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности.

Необязательно, край первого среза и край второго среза расположены в первой плоскости и второй плоскости, соответственно.

Необязательно, первая плоскость и вторая плоскость - обе параллельны главной большой окружности.

Необязательно, расстояние между первой плоскостью и второй плоскостью находится в диапазоне от 80 мм до 1000 мм.

Необязательно, расстояние между первой плоскостью и второй плоскостью находится в диапазоне от 150 мм до 500 мм.

Необязательно, расстояние между первой плоскостью и главной большой окружностью равно расстоянию между второй плоскостью и главной большой окружностью.

Необязательно, каждое поперечное сечение звукоизлучающей поверхности, параллельное главной большой окружности, имеет форму дуги, а соответствующий дуге центральный угол составляет более 180 градусов и менее 360 градусов.

Необязательно, отверстие дуги в каждом поперечном сечении звукоизлучающей поверхности, параллельном главной большой окружности, ориентировано в одном и том же направлении.

Необязательно, центральные углы, соответствующие дугам во всех поперечных сечениях звукоизлучающей поверхности, параллельных главной большой окружности, являются одинаковыми.

Необязательно, в пределах определенных расстояний от главной большой окружности, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности соответствующий дуге центральный угол в поперечном сечении звукоизлучающей поверхности, параллельном главной большой окружности, составляет более 180 градусов и менее 300 градусов.

Необязательно, в пределах определенных расстояний от главной большой окружности, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности соответствующий дуге центральный угол в поперечном сечении звукоизлучающей поверхности, параллельном главной большой окружности, составляет более 200 градусов и менее 280 градусов.

Необязательно, определенные расстояния от главной большой окружности, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности находятся в диапазоне от 40 мм до 500 мм.

Необязательно, диаметр сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности, находится в диапазоне от 100 мм до 3000 мм.

Необязательно, диаметр сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности, находится в диапазоне от 200 мм до 2000 мм.

Необязательно, звукоизлучающая поверхность симметрична относительно главной большой окружности.

В качестве технического решения, принятого для решения технической задачи настоящего раскрытия, представлено устройство лечения сфокусированным ультразвуком, содержащее:

ультразвуковой преобразователь, описанный выше.

В ультразвуковом преобразователе звукоизлучающая поверхность обладает способностью отражения ультразвуковых волн, а соответствующий ей центральный угол превышает 180 градусов, так что ультразвуковая волна, излучаемая частью звукоизлучающей поверхности, будет отражаться назад противоположной частью звукоизлучающей поверхности, обеспечивая таким образом образование в данной области ультразвуковой волны в виде стоячей волны, а ультразвуковая волна, излучаемая другой частью звукоизлучающей поверхности, не будет отражаться и по-прежнему будет оставаться бегущей волной.

При комбинации бегущей волны и стоячей волны фокальную область ультразвука можно сжимать в некотором направлении (направлениях) с изменением формы фокальной области от сигарообразной формы до правильной формы, близкой к сферической форме и с уменьшением размера фокальной области, улучшая за счет этого плотность энергии в фокальной области, улучшая результат и эффективность лечения и уменьшая повреждение нормальных тканей; между тем можно уменьшить рассеивание, отражение и тому подобное ультразвука в неравномерных тканях тела человека, чтобы уменьшить отклонение и искривление фокальной области, облегчая тем самым точное позиционирование фокальной области.

Кроме того, звукоизлучающая поверхность снабжена тремя срезами, так чтобы человеческое тело, подлежащий обработке материал, исследовательское оборудование и тому подобное можно было вводить на звукоизлучающую поверхность через срезы и располагать поблизости от фокальной области, что облегчает практическое применение ультразвукового преобразователя.

Ультразвуковой преобразователь согласно настоящему раскрытию необязательно применять в устройстве лечения сфокусированным ультразвуком, но также можно применять в других областях, таких как научные исследования, обработка материала и тому подобное.

Краткое описание фигур

На фиг. 1 представлено схематичное структурное изображение ультразвукового преобразователя согласно варианту осуществления настоящего раскрытия;

на фиг. 2 представлено схематичное структурное изображение звукоизлучающей поверхности в ультразвуковом преобразователе согласно варианту осуществления настоящего раскрытия;

на фиг. 3 представлено схематичное изображение конструкции, в направлении, параллельном главной большой окружности, звукоизлучающей поверхности ультразвукового преобразователя согласно варианту осуществления настоящего раскрытия;

на фиг. 4 представлено схематичное изображение конструкции, в направлении, перпендикулярного главной большой окружности, звукоизлучающей поверхности ультразвукового преобразователя согласно варианту осуществления настоящего раскрытия;

на фиг. 5 представлено схематичное структурное изображение поперечного сечения звукоизлучающей поверхности, параллельного главной большой окружности, в ультразвуковом преобразователе согласно варианту осуществления настоящего раскрытия;

на фиг. 6 представлено изображение, иллюстрирующее пространственное распределение интенсивности смоделированного акустического поля звукоизлучающей поверхности, соответствующей 60-градусному центральному углу;

на фиг. 7 представлено изображение, иллюстрирующее пространственное распределение интенсивности смоделированного акустического поля звукоизлучающей поверхности, соответствующей 100-градусному центральному углу;

на фиг. 8 представлено изображение, иллюстрирующее пространственное распределение интенсивности смоделированного акустического поля звукоизлучающей поверхности, соответствующей 220-градусному центральному углу;

на фиг. 9 представлено изображение, иллюстрирующее пространственное распределение интенсивности смоделированного акустического поля звукоизлучающей поверхности, соответствующей 300-градусному центральному углу;

на фиг. 10 представлена диаграмма распределения интенсивности смоделированного акустического поля на оси X звукоизлучающих поверхностей с разными центральными углами;

на фиг. 11 представлена диаграмма распределения интенсивности смоделированного акустического поля на оси Y звукоизлучающих поверхностей с разными центральными углами;

на фиг. 12 представлена диаграмма распределения интенсивности смоделированного акустического поля на оси Z звукоизлучающих поверхностей с разными центральными углами;

на фиг. 13 представлено изображение ширины смоделированного акустического поля -6 дБ по каждой оси звукоизлучающих поверхностей с разными центральными углами;

на фиг. 14 представлено изображение объема фокальной области ширины -6 дБ, соответствующего звукоизлучающим поверхностям с разными центральными углами;

на фиг. 15 представлена диаграмма распределения интенсивности смоделированного акустического поля на оси X звукоизлучающих поверхностей с разными размерами на оси Y;

на фиг. 16 представлена диаграмма распределения интенсивности смоделированного акустического поля на оси Y звукоизлучающих поверхностей с разными размерами на оси Y;

на фиг. 17 представлена диаграмма распределения интенсивности смоделированного акустического поля на оси Z звукоизлучающих поверхностей с разными размерами на оси Y;

на фиг. 18 представлена диаграмма ширины смоделированного акустического поля -6 дБ по каждой оси звукоизлучающих поверхностей с разными размерами на оси Y; а

на фиг. 19 представлено изображение объема фокальной области ширины -6 дБ, соответствующего смоделированному акустическому полю звукоизлучающих поверхностей с разными размерами на оси Y.

Ссылочные номера: 1. Корпус; 2. Верхняя крышка; 3. Звукоизлучающая поверхность; 31. Первый срез; 32. Второй срез; 33. Третий срез; 4. Пьезоэлектрический матричный элемент; 5. Торцевая крышка; 91. Первая плоскость; 92. Вторая плоскость; 99. Главная большая окружность.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

Для того, чтобы специалисты в данной области могли лучше понять технические решения настоящего раскрытия, настоящее раскрытие будет дополнительно подробно описано ниже со ссылкой на сопровождающие фигуры и конкретные варианты исполнения.

Первый вариант осуществления:

Как показано на фиг. 1-19, в варианте осуществления представлен ультразвуковой преобразователь, содержащий блок генерирования звука для генерирования ультразвуковой волны и звукоизлучающую поверхность 3.

Кроме того, звукоизлучающая поверхность 3 представляет собой сферическую поверхность, имеющую первый срез 31, второй срез 32 и третий срез 33. Одна большая окружность сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности 3, представляет собой главную большую окружность 99, первый срез 31 и второй срез 32 расположены, соответственно, на двух пересечениях сферической поверхности и диаметра, перпендикулярного главной большой окружности 99, а третий срез 33 соединяет первый срез 31 со вторым срезом 32.

В пределах определенных расстояний от главной большой окружности 99, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности 99 поперечное сечение звукоизлучающей поверхности 3, параллельное главной большой окружности 99, имеет форму дуги, отверстие дуги соответствует третьему срезу 33, а соответствующий дуге центральный угол составляет более 180 градусов и менее 360 градусов.

Звукоизлучающая поверхность 3 обладает способностью отражения ультразвуковых волн, а ультразвуковая волна, генерируемая блоком генерирования звука, сфокусирована на центр сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности 3.

Ультразвуковой преобразователь варианта осуществления имеет блок генерирования звука, который представляет собой устройство, способное генерировать ультразвук. Например, материал блока генерирования звука может включать в себя пьезоэлектрический керамический материал или пьезоэлектрический композитный материал 1-3 типа. Форма, количество, положение и другие параметры блока генерирования звука могут быть разработаны таким образом, чтобы блок генерирования звука мог излучать ультразвук со всех позиций звукоизлучающей поверхности 3, а ультразвук, излучаемый в каждой позиции, распространялся вдоль направления, перпендикулярного звукоизлучающей поверхности 3 в этой позиции, и ультразвук в итоге можно было сфокусировать (в том числе прямо сфокусировать или сфокусировать после отражения) в требуемой позиции.

В частности, как показано на фиг. 1, звукоизлучающая поверхность 3 может быть акустически прозрачной поверхностью заданной формы, а блок генерирования звука (например, пьезоэлектрический матричный элемент 4) может быть расположен позади звукоизлучающей поверхности 3; альтернативно, звукоизлучающая поверхность 3 может быть излучающей поверхностью самого блока генерирования звука.

В частности, блок генерирования звука также может принимать разные формы. Например, блок генерирования звука может представлять собой множество пьезоэлектрических матричных элементов 4 (например, прямоугольных пьезоэлектрических керамических пластин), расположенных в разных позициях звукоизлучающей поверхности 3, то есть множество пьезоэлектрических матричных элементов 4 соединены вместе с образованием звукоизлучающей поверхности 3; альтернативно, блок генерирования звука также может иметь такую же форму, как звукоизлучающая поверхность 3 (например, блок генерирования звука представляет собой пьезоэлектрическую керамическую пластину специальной формы).

Очевидно, что, как показано на фиг. 1, ультразвуковой преобразователь может дополнительно содержать, помимо звукоизлучающей поверхности 3 и блока генерирования звука, задающий контур блока генерирования звука, корпус (например, корпус блока генерирования звука может включать в себя корпус 1, верхнюю крышку 2, нижнюю крышку, торцевую крышку 5 и т.д.) для размещения задающего контура и блока генерирования звука и других компонентов, которые не будут подробно описаны в данном документе.

В отличие от традиционной звукоизлучающей поверхности в форме сферического сегмента, звукоизлучающая поверхность 3 ультразвукового преобразователя согласно настоящему варианту осуществления эквивалентна сферической поверхности, у которой отсутствуют три участка.

Как показано на фиг. 2-4, двумя участками (первый срез 31 и второй срез 32), отсутствующими на звукоизлучающей поверхности 3, являются участки сферической поверхности на обоих концах одного диаметра, а большая окружность (то есть плоскость, проходящая через сферический центр), перпендикулярная диаметру, представляет собой главную большую окружность 99. Третьим участком (третьим срезом 33), отсутствующим на звукоизлучающей поверхности 3, является участок, соединяющий в боковом направлении первый срез 31 со вторым срезом 32.

То есть, если плоскость, в которой расположена главная большая окружность 99, проходит в горизонтальном направлении, диаметр, перпендикулярный главной большой окружности 99, проходит в вертикальном направлении. Для сферической поверхности можно срезать части верхнего конца и нижнего конца сферической поверхности в вертикальном направлении, соответственно, затем можно срезать часть одной стороны сферической поверхности, и срезанная часть стороны должна соединить срезы верхнего конца и нижнего конца, так чтобы оставшаяся сферическая поверхность являлась звукоизлучающей поверхностью 3.

В пределах определенных расстояний (предпочтительно от 40 мм до 500 мм, причем расстояния с двух сторон могут быть разными) от главной большой окружности 99, соответственно, с двух сторон от главной большой окружности 99, поперечное сечение звукоизлучающей поверхности 3, параллельное главной большой окружности 99, представляет собой дугу, соответствующий дуге центральный угол составляет более 180 градусов и менее 360 градусов, а отверстие дуги соответствует третьему срезу 33. То есть по меньшей мере в пределах определенного расстояния от главной большой окружности 99 участок сферической поверхности, срезанный третьим срезом 33, представляет собой только участок, меньший, чем полусфера, в то время как остающаяся звукоизлучающая поверхность 3 представляет собой участок больший, чем полусфера.

Кроме того, поскольку звукоизлучающая поверхность 3 обладает способностью отражения ультразвука, как показано на фиг. 5, ультразвук, излучаемый из части дуги под углом, превышающим центральный угол 180 градусов, отражается противоположной частью звукоизлучающей поверхности 3, и часть дуги под углом, превышающим центральный угол 180 градусов, также может отражать ультразвук, излучаемый из противоположной части звукоизлучающей поверхности 3, так что ультразвук может возвращаться в частичной области (области, заштрихованной наклонными линиями на фиг. 5), образуя стоячую волну, изменяя за счет этого состояние фокусировки и форму фокальной области ультразвука; между тем ультразвук, излучаемый из части дуги, соответствующей отверстию, не отражается, так что ультразвук, излучаемый из этой части дуги, по-прежнему будет представлять собой бегущую волну.

То есть, ультразвук, генерируемый ультразвуковым преобразователем согласно варианту осуществления, фактически имеет вид комбинации бегущей волны и стоячей волны, и таким образом, его распространение и фокусирование будет меняться. В частности, с помощью ультразвукового преобразователя главную ось первоначальной сигарообразной фокальной области можно сжимать так, чтобы фокальная область имела форму ближе к сферической форме и имела меньший размер, плотность энергии в фокальной области увеличивалась, результат и эффективность лечения повышались, а повреждение нормальных тканей снижалось. Между тем ультразвуковой преобразователь также может уменьшать рассеивание, отражение и тому подобное ультразвука в неравномерных тканях тела человека, и уменьшать отклонение и искривление фокальной области, что облегчает точное позиционирование фокальной области.

Кроме того, звукоизлучающая поверхность 3 также снабжена тремя срезами, так чтобы человеческое тело, подлежащий обработке материал, исследовательское оборудование и тому подобное можно было вводить через срезы на звукоизлучающую поверхность 3 и располагать поблизости от фокальной области, что облегчает практическое применение ультразвукового преобразователя.

В варианте осуществления края первого среза 31 и второго среза 32 расположены в первой плоскости 91 и второй плоскости 92, соответственно. В варианте осуществления первая плоскость 91 и вторая плоскость 92 - обе параллельны главной большой окружности 99.

Как показано на фиг. 3, в варианте осуществления первый срез 31 и второй срез 32 представляют собой сферические сегменты, срезанные плоскостями. В варианте осуществления первый срез 31 и второй срез 32 представляют собой сферические сегменты, срезанные двумя параллельными плоскостями, то есть нижние поверхности двух срезанных сферических сегментов параллельны друг другу. В связи с этим сферическая поверхность, за исключением первого среза 31 и второго среза 32, эквивалентна конструкции, образованной путем стыковки нижних поверхностей двух сферических сегментов. Очевидно, что нижние поверхности двух сферических сегментов представляют собой главную большую окружность 99, и два сферических сегмента могут иметь разную высоту. Звукоизлучающая поверхность 3 имеет форму, похожую на сферический сегмент и имеет правильную и простую конструкцию.

Очевидно, что также возможно, чтобы первый срез 31 и второй срез 32 были срезаны не параллельными друг другу плоскостями или не плоскими криволинейными поверхностями.

В варианте осуществления расстояние между первой плоскостью 91 и второй плоскостью 92 варьирует от 80 мм до 1000 мм. В варианте осуществления расстояние между первой плоскостью 91 и второй плоскостью 92 варьирует от 150 мм до 500 мм.

То есть, расстояние между первым срезом 31 и вторым срезом 32 (то есть размер звукоизлучающей поверхности 3 в вертикальном направлении) предпочтительно находится в указанном выше диапазоне (конечно, диаметр сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности 3, должен быть больше расстояния), и такая звукоизлучающая поверхность 3 имеет достаточную область для генерирования ультразвука, подходящего для практического применения.

В варианте осуществления расстояние между первой плоскостью 91 и главной большой окружностью 99 равно расстоянию между второй плоскостью 92 и главной большой окружностью 99.

То есть, первый срез 31 и второй срез 32 предпочтительно получают путем срезания двумя плоскостями, которые имеют одинаковое расстояние до центра сферы, так что два среза имеют одинаковый размер и распределены симметричным образом.

Очевидно, что также возможно, чтобы первый срез 31 и второй срез 32 имели разные расстояния до центра сферы или имели разные формы.

В варианте осуществления любое поперечное сечение звукоизлучающей поверхности 3, параллельное главной большой окружности 99, имеет форму дуги, а соответствующий дуге центральный угол составляет более 180 градусов и менее 360 градусов.

Выше определено, что звукоизлучающая поверхность 3 является дугообразной в поперечном сечении, параллельном главной большой окружности 99, по меньшей мере рядом с главной большой окружностью 99. В варианте осуществления любое поперечное сечение звукоизлучающей поверхности 3, параллельное главной большой окружности 99, может иметь форму дуги с соответствующим центральным углом составляющим более 180 градусов и менее 360 градусов, обеспечивая за счет этого, чтобы звукоизлучающая поверхность 3 могла генерировать стоячую волну в каждой позиции в вертикальном направлении.

Очевидно, что также возможно, чтобы звукоизлучающая поверхность 3 не имела формы дуги (например, представляла собой две отдельные дуги) в некоторых позициях в поперечном сечении, параллельном главной большой окружности 99.

В варианте осуществления отверстия дуг в любом поперечном сечении звукоизлучающей поверхности 3, параллельном главной большой окружности 99, обращены в одном и том же направлении. В варианте осуществления центральные углы, соответствующие дугам в любом поперечном сечении звукоизлучающей поверхности 3, параллельном главной большой окружности 99, являются одинаковыми.

То есть, в разных позициях в вертикальном направлении, третий срез 33 ориентирован в одном и том же направлении, и более предпочтительно имеет такой же соответствующий центральный угол. То есть третий срез 33 предпочтительно получают путем срезания плоскостью, перпендикулярной главной большой окружности 99.

Как показано на фиг. 4, звукоизлучающая поверхность 3 образована в виде буквы «С», если смотреть в направлении, перпендикулярном главной большой окружности 99, «С» имеет определенную толщину в направлении, перпендикулярном главной большой окружности 99, и «С» имеет разные размеры в разных позициях в направлении, перпендикулярном главной большой окружности 99.

В варианте осуществления в пределах определенного расстояния до главной большой окружности 99 и с каждой стороны от главной большой окружности 99 соответствующий дуге центральный угол в поперечном сечении звукоизлучающей поверхности 3, параллельном главной большой окружности 99, составляет более 180 градусов и менее 300 градусов, предпочтительно более 200 градусов и менее 280 градусов.

Стоячая волна может быть образована при условии, что центральный угол составляет более 180 градусов и менее 360 градусов, но с практической точки зрения более предпочтительно, чтобы центральный угол находился в приведенном выше диапазоне. В связи с этим может быть образована достаточная стоячая волна, а третий срез 33 является достаточно большим для практического использования.

В варианте осуществления сфера, соответствующая звукоизлучающей поверхности 3, имеет диаметр в диапазоне от 100 мм до 3000 мм, а более предпочтительно в диапазоне от 200 мм до 2000 мм.

В случае, когда форма (размер не считается) звукоизлучающей поверхности 3 является фиксированной, чем больше диаметр соответствующей сферы, тем больше фактический размер звукоизлучающей поверхности 3, так что когда ультразвуковая энергия, излучаемая на единицу площади, является одинаковой, чем больше общая энергия ультразвукового преобразователя, тем выше плотность энергии фокальной области. Сферическая поверхность с указанным выше размером является более практичной.

В варианте осуществления звукоизлучающая поверхность 3 симметрична относительно главной большой окружности 99.

Как показано на фиг. 3, звукоизлучающая поверхность 3 предпочтительно является симметричной относительно главной большой окружности 99, то есть части звукоизлучающей поверхности 3, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности 99 предпочтительно имеют одинаковую форму, так что акустическое поле и фокальная область, образованные звукоизлучающей поверхностью, также симметричны относительно главной большой окружности 99, и являются более равномерными и легкими в управлении.

После этого моделируют ультразвук, излучаемый разными звукоизлучающими поверхностями 3. Для каждой звукоизлучающей поверхности 3 для моделирования первая плоскость 91 и вторая плоскость 92 параллельны друг другу и имеют одинаковое расстояние до главной большой окружности 99, поперечные сечения, параллельные главной большой окружности 99, имеют форму дуг, а центральные углы, соответствующие дугам, являются одинаковыми и обращены в одном и том же направлении.

В частности, на фиг. 6-9 показано пространственное распределение интенсивности смоделированного акустического поля (отображаемой акустическим давлением в Па) звукоизлучающей поверхности 3, соответственно, имеющей центральные углы 60 градусов, 100 градусов, 220 градусов и 300 градусов (где О представляет центр сферы, Y представляет вертикальное направление, Z направлено на геометрический центр звукоизлучающей поверхности 3, а X перпендикулярно и Y и Z, то же самое применимо ниже).

Можно видеть, что, когда центральный угол меньше, чем 180 градусов, фокальная область явно имеет форму эллипса в плоскости XOZ и плоскости YOZ, а при увеличении центрального угла главная ось эллипса укорачивается, но изменение не является существенным. Показано, что фокальная область, образованная существующей поверхностью 3, излучающей звук в виде бегущей волны, явно имеет форму сигары. Когда центральный угол превышает 180 градусов, фокальная область имеет форму, приближающуюся к окружности в плоскости XOZ и плоскости YOZ, так что фокальная область, соответственно, имеет правильную форму, близкую к сфере. Показано, что когда центральный угол превышает 180 градусов, за счет образования стоячих волн в конкретных позициях размер фокальной области можно значительно сжимать в частичных направлениях, получая за счет этого приблизительно сферическую фокальную область.

Кроме того, когда центральные углы разные, распределение интенсивности смоделированного акустического поля (отображаемой акустическим давлением в Па) по каждой оси такое, как показано на фиг. 10-12, ширина смоделированного акустического поля -6 дБ по каждой оси такая, как показана на фиг. 13, а объем фокальной области с шириной -6 дБ такой, как показан на фиг. 14.

Как можно видеть на указанных выше фигурах, когда центральный угол больше, чем 180 градусов, фокальная область значительно сжата по оси X и оси Z, и в частности на оси Z длина фокальной области сжата с почти 5 длин волны до приблизительно 1 длины волны, так что размеры фокальной области по оси X, оси Y и оси Z являются по существу одинаковыми, фокальная область изменяется с сигарообразной формы до почти сферической формы, а объем сильно снижается. Между тем при увеличении центрального угла максимальное значение акустического давления непрерывно улучшается, что показывает, что плотность энергии в фокальной области явно улучшается наряду со снижением объема фокальной области.

Когда расстояние между первой плоскостью 91 и второй плоскостью 92 (то есть размер звукоизлучающей поверхности 3 в направлении оси Y) изменяется, распределение интенсивности смоделированного акустического поля (отображаемой акустическим давлением в Па) по каждой оси такое, как показано на фиг. 15-17, ширина -6 дБ смоделированного акустического поля по каждой оси такая, как показано на фиг. 18, в объем фокальной области с шириной -6 дБ такой, как показано на фиг. 19.

Можно видеть, что при увеличении общей высоты (то есть размера звукоизлучающей поверхности 3 в направлении оси Y) сферического сегмента, размер фокальной области также сжимается, и сжатие в направлении оси Y является более значительным, и, соответственно, значительно снижается объем фокальной области. Это показывает, что на фокальную область также оказывает влияние расстояние между первой плоскостью 91 и второй плоскостью 92.

Второй вариант осуществления

В настоящем в варианте осуществления представлено устройство лечения сфокусированным ультразвуком, которое содержит: ультразвуковой преобразователь, который описан выше.

То есть, вышеописанный ультразвуковой преобразователь можно объединить с другими компонентами для создания устройства для лечения заболеваний с использованием сфокусированного ультразвука. Например, устройство лечения сфокусированным ультразвуком может излучать ультразвук (например, за пределами тела) и фокусировать ультразвук на больные ткани, например, при раке печени, раке молочной железы, раке почек, опухоли кости, миоме матки и тому подобное, для лечения доброкачественных и злокачественных опухолей.

Из-за того в устройстве лечения сфокусированным ультразвуком согласно варианту осуществления используют вышеописанный ультразвуковой преобразователь, неоднородные ткани тела человека оказывают небольшое воздействие на распространение ультразвука, а образованная фокальная область имеет правильную форму, небольшой размер и высокую плотность энергии. Вследствие этого, фокальную область можно точно разместить в положении больной ткани для быстрого удаления больной ткани, улучшая за счет этого эффективность и результат лечения. Между тем воздействие на нормальные ткани вокруг больной ткани и на пути луча можно уменьшить как можно больше, повышая за счет этого безопасность.

Очевидно, что в соответствии с разными подвергаемыми лечению частями форма и размер ультразвукового преобразователя в устройстве лечения сфокусированным ультразвуком могут быть разными, и относительное взаимное расположение между звукоизлучающей поверхностью ультразвукового преобразователя и человеческим телом также может быть разным. Например, звукоизлучающую поверхность можно «надеть» на часть тела человека (то есть часть тела человека проходит через первый и второй срезы) как «кольцо»; альтернативно, часть тела человека может попадать на звукоизлучающую поверхность через третий срез.

Очевидно, что устройство лечения сфокусированным ультразвуком также может содержать другие компоненты. Например, для облегчения попадания ультразвука в человеческое тело между звукоизлучающей поверхностью и поверхностью тела человека можно предусмотреть содержащее среду устройство для содержания передающей звук среды (такой как деаэрированная вода). В качестве другого примера, для удобства лечения можно предусмотреть процедурный стол и тому подобное для размещения тела человека. В качестве еще одного примера, можно дополнительно предусмотреть блок привода для приведения в действие ультразвукового преобразователя и/или для перемещения тела человека с целью регулировки положения фокальной области. В качестве еще одного примера, можно предусмотреть блок визуализации (например, ультразвуковой типа В, СТ, MRI) для формирования изображения зоны вокруг фокальной области в реальном времени для оценки эффекта лечения в реальном времени.

Должно быть понятно, что приведенные выше варианты исполнения являются всего лишь иллюстративными вариантами исполнения для объяснения принципа настоящего раскрытия, но настоящее раскрытие ими не ограничено. Специалисты в данной области могут проделать разные модификации и усовершенствования без отклонения от сути и сущности настоящего раскрытия, и эти модификации и усовершенствования также следует считать в пределах объема защиты настоящего раскрытия.

Группа изобретений относится к медицине. Ультразвуковой преобразователь содержит блок генерирования звука и звукоизлучающую поверхность. Блок генерирования звука выполнен с возможностью генерирования ультразвуковой волны. Звукоизлучающая поверхность представляет собой сферическую поверхность, имеющую первый срез, второй срез и третий срез, причем одна большая окружность сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности, представляет собой главную большую окружность, первый срез и второй срез, соответственно, расположены на двух пересечениях сферической поверхности и диаметра, перпендикулярного главной большой окружности, а третий срез соединяет первый срез со вторым срезом. В пределах определенных расстояний от главной большой окружности, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности поперечное сечение звукоизлучающей поверхности, параллельное главной большой окружности, имеет форму дуги, отверстие дуги соответствует третьему срезу, а соответствующий дуге центральный угол составляет более 180 градусов и менее 360 градусов. Звукоизлучающая поверхность способна отражать ультразвук, а ультразвуковая волна, генерируемая блоком генерирования звука, сфокусирована на центр сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности. Устройство лечения сфокусированным ультразвуком содержит ультразвуковой преобразователь. Применение данной группы изобретений позволит увеличить безопасность лечения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Ультразвуковой преобразователь, содержащий блок генерирования звука и звукоизлучающую поверхность, причем блок генерирования звука выполнен с возможностью генерирования ультразвуковой волны, причем

звукоизлучающая поверхность представляет собой сферическую поверхность, имеющую первый срез, второй срез и третий срез, причем одна большая окружность сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности, представляет собой главную большую окружность, первый срез и второй срез, соответственно, расположены на двух пересечениях сферической поверхности и диаметра, перпендикулярного главной большой окружности, а третий срез соединяет первый срез со вторым срезом;

в пределах определенных расстояний от главной большой окружности, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности поперечное сечение звукоизлучающей поверхности, параллельное главной большой окружности, имеет форму дуги, отверстие дуги соответствует третьему срезу, а соответствующий дуге центральный угол составляет более 180 градусов и менее 360 градусов; и

звукоизлучающая поверхность способна отражать ультразвук, а ультразвуковая волна, генерируемая блоком генерирования звука, сфокусирована на центр сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности.

2. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором край первого среза и край второго среза расположены в первой плоскости и второй плоскости, соответственно.

3. Ультразвуковой преобразователь по п. 2, в котором первая плоскость и вторая плоскость - обе параллельны главной большой окружности.

4. Ультразвуковой преобразователь по п. 3, в котором расстояние между первой плоскостью и второй плоскостью находится в диапазоне от 80 мм до 1000 мм.

5. Ультразвуковой преобразователь по п. 4, в котором расстояние между первой плоскостью и второй плоскостью находится в диапазоне от 150 мм до 500 мм.

6. Ультразвуковой преобразователь по п. 3, в котором расстояние между первой плоскостью и главной большой окружностью равно расстоянию между второй плоскостью и главной большой окружностью.

7. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором каждое поперечное сечение звукоизлучающей поверхности, параллельное главной большой окружности, имеет форму дуги, а соответствующий дуге центральный угол составляет более 180 градусов и менее 360 градусов.

8. Ультразвуковой преобразователь по п. 7, в котором отверстие дуги в каждом поперечном сечении звукоизлучающей поверхности, параллельном главной большой окружности, ориентировано в одном и том же направлении.

9. Ультразвуковой преобразователь по п. 8, в котором центральные углы, соответствующие дугам во всех поперечных сечениях звукоизлучающей поверхности, параллельных главной большой окружности, являются одинаковыми.

10. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором в пределах определенных расстояний от главной большой окружности, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности соответствующий дуге центральный угол в поперечном сечении звукоизлучающей поверхности, параллельном главной большой окружности, составляет более 180 градусов и менее 300 градусов.

11. Ультразвуковой преобразователь по п. 10, в котором в пределах определенных расстояний от главной большой окружности, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности соответствующий дуге центральный угол в поперечном сечении звукоизлучающей поверхности, параллельном главной большой окружности, составляет более 200 градусов и менее 280 градусов.

12. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором диаметр сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности, находится в диапазоне от 100 мм до 3000 мм.

13. Ультразвуковой преобразователь по п. 12, в котором диаметр сферы, соответствующей звукоизлучающей поверхности, находится в диапазоне от 200 мм до 2000 мм.

14. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором определенные расстояния от главной большой окружности, соответственно, по обе стороны от главной большой окружности находятся в диапазоне от 40 мм до 500 мм.

15. Ультразвуковой преобразователь по п. 1, в котором звукоизлучающая поверхность симметрична относительно главной большой окружности.

16. Устройство лечения сфокусированным ультразвуком, содержащее:

ультразвуковой преобразователь по любому из пп. 1-15.