一种用于小动物的聚焦超声治疗头
阅读说明：本技术 一种用于小动物的聚焦超声治疗头 (Focused ultrasound treatment head for small animals ) 是由 杜谚明 李可 董师傅 朱威桢 向成龙 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于小动物的聚焦超声治疗头,具体涉及超声治疗领域,包括聚焦超声换能器,聚焦超声换能器的顶部安装有连接固定装置,聚焦超声换能器与连接固定装置的中部均连通设有空腔,且该空腔内插接有B超定位探头,连接固定装置的一侧安装有功率放大模块,聚焦超声换能器的底部连接有硅胶水囊；硅胶水囊的内腔填充有液体,且硅胶水囊具有柔韧性的特征。本发明中一种用于小动物的聚焦超声治疗头,其用于固定聚焦超声阵元的刚性圆柱体采用3D打印成型,可满足复杂形状的加工,DLP或CFF3D打印技术精度可达0.03～0.05mm,满足产品的精度要求,树脂或碳纤维材质也可以很大程度减轻结构重量,以使治疗头实现轻量化。(The invention discloses a focused ultrasound treatment head for small animals, and particularly relates to the field of ultrasound treatment, which comprises a focused ultrasound transducer, wherein the top of the focused ultrasound transducer is provided with a connecting and fixing device, the focused ultrasound transducer is communicated with the middle part of the connecting and fixing device and is provided with a cavity, a B-ultrasonic positioning probe is inserted in the cavity, one side of the connecting and fixing device is provided with a power amplification module, and the bottom of the focused ultrasound transducer is connected with a silica gel water bag; the inner cavity of the silica gel water sac is filled with liquid, and the silica gel water sac has the characteristic of flexibility. According to the focusing ultrasonic treatment head for the small animals, the rigid cylinder for fixing the focusing ultrasonic array element is formed by 3D printing, the processing of complex shapes can be met, the precision of a DLP or CFF3D printing technology can reach 0.03-0.05 mm, the precision requirement of products is met, and the structural weight of the treatment head can be reduced to a great extent by resin or carbon fiber materials, so that the treatment head is light.)
技术领域
本发明涉及超声治疗技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于小动物的聚焦超声治疗头。
背景技术
高强度聚焦超声治疗的原理是将超声波在治疗靶区内聚焦，通过瞬间高温、空化等一系列复合效应来消融焦点处的肿瘤组织，可用于良性、恶性实体肿瘤的治疗，由于其无创性、精准性、可重复性，使得高强度聚焦超声治疗技术成为一项具有广阔发展前景绿色治疗技术。
目前的聚焦超声治疗对象主要是人，其治疗头常采用上置式(干式)或下置式(湿式)，但其尺寸和重量通常较大，而小动物体积小，为了方便定位和治疗，必须考虑治疗头的小型化和轻量化。
治疗头与功率放大模块分开导致高频电信号线缆过长，影响传输效率及电磁兼容性的同时也不利于产品的小型化，其中申请号为201911140678.9的专利公布了一种浅表结节高强度聚焦超声消融系统，该聚焦超声消融系统可实现焦点的实时B超成像及水温、水压实时监控，但功率源单元与治疗头的分开设置不可避免地导致高频电信号线缆过长，影响传输效率的同时也增加了系统的电磁辐射强度，且该专利所述治疗头采用单阵元自聚焦超声换能器，压电陶瓷晶片尺寸大且壁薄，中间需要开B超探头声窗，实现成本较高，结构较为厚重，导致技术难度较大。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种用于小动物的小型化多阵元聚焦超声治疗头。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于小动物的聚焦超声治疗头，包括聚焦超声换能器，所述聚焦超声换能器的顶部安装有连接固定装置，所述聚焦超声换能器与连接固定装置的中部均连通设有空腔，且该空腔内插接有B超定位探头，所述连接固定装置的一侧安装有功率放大模块，所述聚焦超声换能器的底部连接有硅胶水囊；所述硅胶水囊的内腔填充有液体，且所述硅胶水囊具有柔韧性的特征；所述聚焦超声换能器包括刚性圆柱体和聚焦超声阵元，且聚焦超声阵元呈离散状分布在刚性圆柱体的底部；
所述刚性圆柱体的底部设有半圆形内凹槽，且该半圆形内凹槽呈球形冠面呈现。
在一个优选地实施方式中，所述刚性圆柱体采用高韧性树脂材料利用数字光处理(DLP)3D打印成型，或采用碳纤维和尼龙复合材料利用连续纤维制造(CFF)3D打印成型。
在一个优选地实施方式中，所述刚性圆柱体底部的球形冠面上设有聚焦超声阵元安装槽，所述聚焦超声阵元安装于球形冠面上呈离散状分布在聚焦超声阵元安装槽中，所述刚性圆柱体的内部设有探头安装槽，所述探头安装槽的底部开设有矩形通孔作为B超定位探头的探头声窗，所述刚性圆柱体的顶部安装有弹簧螺纹套；
当所述连接固定装置与刚性圆柱体通过螺钉进行安装时，弹簧螺纹套被固定在连接固定装置与刚性圆柱体之间。
在一个优选地实施方式中，所述B超定位探头的外壳为一体脱模制成的定制外壳，所述B超定位探头与所述聚焦超声换能器内部的空腔呈一一对应设置，并且尺寸略小于探头安装槽，便于在装配时对B超探头的位置进行微调。
在一个优选地实施方式中，所述B超定位探头与所述探头安装槽之间的尺寸间隙用硅胶填满，防止渗水现象。
在一个优选地实施方式中，所述聚焦超声换能器为单阵元自聚焦压电陶瓷晶片或多阵元分布的平面压电陶瓷晶片或自聚焦压电陶瓷晶片，压电陶瓷晶片采用高频压电晶片，适合聚焦于浅表组织。
在一个优选地实施方式中，所述刚性圆柱体内分别设有进水管安装孔与出水管安装孔及温度传感器安装孔与压力传感器安装孔，通过对水路温度、压力的实时监控来调节进出水的流速，所述进水管安装孔与出水管安装孔皆呈一百八十度夹角布置，从而利于水囊中的水充分循环。
在一个优选地实施方式中，所述温度传感器安装孔设置在远离进水管安装孔一侧，避免温度数值失真。
在一个优选地实施方式中，所述连接固定装置的内部安装有功率放大模块，所述连接固定装置上设有用于功率放大模块散热的散热窗。
在一个优选地实施方式中，所述功率放大模块为一块带有降温风扇的功率放大电路板，其信号线采用同轴线。
在一个优选地实施方式中，所述连接固定装置上设有法兰连接槽，所述连接固定装置的法兰连接槽通过预制型转接法兰与机械臂相连接，以控制治疗头进行多自由度运动。
在一个优选地实施方式中，所述连接固定装置采用铝合金机加工而成。
在一个优选地实施方式中，所述刚性圆柱体的底部与所述硅胶水囊的连接处外周面上设有凹槽结构。
在一个优选地实施方式中，所述硅胶水囊与刚性圆柱体的连接处内圆周面上设有凸形结构，所述硅胶水囊的凸形结构与刚性圆柱体的凹槽结构形状均呈一一对应设置，所述硅胶水囊通过卡箍固定在刚性圆柱体的下端。
在一个优选地实施方式中，所述硅胶水囊采用高柔性透明硅胶材质。
本发明的技术效果和优点：
本发明中一种用于小动物的聚焦超声治疗头，其用于固定聚焦超声阵元的刚性圆柱体采用3D打印成型，可满足复杂形状的加工，DLP或CFF3D打印技术精度可达0.03～0.05mm，满足产品的精度要求，树脂或碳纤维材质也可以很大程度减轻结构重量，以使治疗头实现轻量化；
同时本发明中一种用于小动物的聚焦超声治疗头，压电陶瓷晶片采用高频压电晶片，同时其曲率半径较小，并采用紧凑型设计，实现了治疗头尺寸的小型化。
本发明中一种用于小动物的聚焦超声治疗头，其功率放大模块设置在连接固定装置中，不仅实现了功率放大模块与治疗头的一体化，提高了传输效率，减少了线路的电磁辐射，且安装拆卸便捷，便与检修。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的结构剖视图。
图3为本发明聚焦超声治疗头功放驱动模块安装示意图。
图4为本发明刚性圆柱体的底部结构示意图。
图5为本发明刚性圆柱体的轴侧结构示意图。
图6为本发明硅胶水囊的结构示意图。
附图标记为：1聚焦超声换能器、2连接固定装置、3B超定位探头、4 功率放大模块、5硅胶水囊、51凸形结构、6卡箍、11刚性圆柱体、12聚焦超声阵元、111聚焦超声阵元安装槽、112线孔、113探头安装槽、114探头声窗、115进水管安装孔、116出水管安装孔、117温度传感器安装孔、118 压力传感器安装孔、119线槽、1110弹簧螺纹套、1111凹槽结构、21换能器连接件、22第一连接件侧板、23第二连接件侧板、24第一连接件盖板、25 第二连接件盖板、211法兰连接槽、212进水管通孔、213出水管通孔、221 散热窗、251出线孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照说明书附图1-6，本发明的一种用于小动物的聚焦超声治疗头，包括聚焦超声换能器1，聚焦超声换能器1的顶部安装有连接固定装置2，聚焦超声换能器1与连接固定装置2的中部均连通设有空腔，且该空腔内插接有B超定位探头3，连接固定装置2的一侧安装有功率放大模块4，聚焦超声换能器1的底部连接有硅胶水囊5；在实际治疗的过程中，如图1和图2所示，硅胶水囊5的内腔填充有液体，硅胶水囊5具有柔韧性的特征；紧接着，聚焦超声换能器1包括刚性圆柱体11和聚焦超声阵元12，且聚焦超声阵元12 呈离散状分布在刚性圆柱体11的底部；刚性圆柱体11的底部设有半圆形内凹槽，且该半圆形内凹槽呈球形冠面呈现，以适用与被治疗者的头部或者相应区域。
如图4所示，在进行实际生产制造的过程中，刚性圆柱体11底部的球形冠面上设有14个聚焦超声阵元安装槽111，聚焦超声阵元12安装于球形冠面上呈离散状分布在聚焦超声阵元安装槽111中，刚性圆柱体11底部的球冠面的球面半径为R0，聚焦超声阵元12采用自聚焦陶瓷压电晶片，其球面半径R’＝R0，每个聚焦超声阵元均有独立的功率驱动信号馈线，刚性圆柱体内部设有线孔112，同时其上表面设有线槽119，以用于功率驱动信号馈线的布线。
其中，如图5所示，刚性圆柱体11的内部设有探头安装槽113，探头安装槽113的底部开设有矩形通孔作为B超定位探头3的探头声窗114，在满足 B超成像的同时最大限度减少对球形冠面尺寸的占用。
在实际连接时，如图5所示，刚性圆柱体11的顶部安装有弹簧螺纹套 1110，通过螺钉与上部的连接固定装置进行连接，在保证连接强度的同时减少由于反复拆装对刚性圆柱体的磨损；
同时，刚性圆柱体11采用DLP工艺3D打印成型，打印精度可达0.03mm，满足产品的精度要求，可实现其复杂内部结构的成型，树脂材质也可以很大程度减轻结构重量，当连接固定装置2与刚性圆柱体11通过螺钉进行安装时，弹簧螺纹套1110被固定在连接固定装置2与刚性圆柱体11之间，B超定位探头3的外壳为一体脱模制成的定制外壳，B超定位探头3与聚焦超声换能器1 内部的空腔呈一一对应设置，并且尺寸略小于探头安装槽，在装配时可通过铜箔贴片对B超定位探头3的安装位置进行微调；B超定位探头3与探头安装槽113之间的间隙用硅胶填满，防止渗水。
其中，在实施的过程中作为优选方案，聚焦超声换能器1为单阵元自聚焦压电陶瓷晶片或多阵元分布的平面压电陶瓷晶片或自聚焦压电陶瓷晶片。
需要说明的是，如图4所示，刚性圆柱体11内分别设有进水管安装孔115 与出水管安装孔116及温度传感器安装孔117与压力传感器安装孔118，通过对水路温度、压力的实时监控来调节进出水的流速，从而避免水囊水温过高并保持水压稳定，进水管安装孔115与出水管安装孔116皆呈一百八十度夹角布置，从而利于水囊中的水充分循环，作为优选的，将温度传感器安装孔 117设置在远离进水管安装孔115一侧，从而避免温度数值失真。
如图3所示，连接固定装置2的内部安装有功率放大模块4，功率放大模块4通过螺钉安装在连接固定装置2中相应位置，其底部通过插拔式接线端子与聚焦超声阵元的功率驱动信号馈线相连，作为优选方案中的功率放大模块4为一块带有降温风扇的功率放大电路板，并且其信号线采用屏蔽效果较好的同轴线。
如图2所示，连接固定装置2包括换能器连接件21、第一连接件侧板22、第二连接件侧板23、第一连接件盖板24、第二连接件盖板25，各零件之间通过螺钉进行连接，连接固定装置2采用铝合金机加工而成，在保证结构强度的同时减轻结构重量，连接固定装置2上设有用于功率放大模块散热的散热窗221，连接固定装置2的法兰连接槽211通过预制型转接法兰与机械臂相连接，以控制治疗头进行多自由度运动，便于临床治疗前的定位及治疗过程中治疗头位置的微调；并且换能器连接件21上设有进水管通孔212、出水管通孔213分别与刚性圆柱体11的进水管安装孔115、出水管安装孔116相对应。
如图2所示，在作为优选方案中，第二连接件盖板25顶部设有用于功率放大模块信号线、电源线及温度传感器、压力传感器线路的出线孔251。
如图2、3、5、6所示，刚性圆柱体11的底部与硅胶水囊5的连接处外周面上设有凹槽结构1111，硅胶水囊5与刚性圆柱体11的连接处内圆周面上设有凸形结构51，硅胶水囊5的凸形结构51与刚性圆柱体11的凹槽结构1111 形状均呈一一对应设置，硅胶水囊5通过卡箍6固定在刚性圆柱体11的下端，在安装时将硅胶水囊的凸形结构卡入刚性圆柱体的凹槽结构，再通过卡箍6 对硅胶水囊进行锁紧，以提高连接的可靠性并避免连接处渗水；硅胶水囊采用透明硅胶材质，硅胶材质声透性佳、延展性好，可与皮肤实现良好的耦合。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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