低轮廓超声换能器的制作方法

专利名称：低轮廓超声换能器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式超声系统、含有该超声系统的装置以及使用该超声系统的方法。本发明还涉及一种低轮廓(low-profile)超声换能器、含有该换能器的系统和装置以及使用该换能器的方法。
背景技术：
传统的治疗超声产生技术存在很多阻碍其在便携式超声输送装置中使用的缺陷。例如，目前的治疗超声产生技术最小为鞋盒大小的装置，其包括用户界面、功率产生电路以及经由线缆附接的单独的手杖式换能器。装置的形状和大小可有所变化，但一般是6-20磅。这种装置还需要壁式电源(wall power)，并且操控0-4W且频率为l_3MHz的超声能量。将来自于这些装置的换能器的能量用于穿透组织和操控超声。传统的超声治疗持续时间很短(例如5-20分钟)，其中在整个治疗期间用手来物理地应用常规的超声治疗。其它声称的治疗超声技术声称是便携式的，但只能产生90kHz的表面低频超声波。迄今为止，在本领域内缺乏能够安全地输送超声能量深入组织的从低频到高频的超声波(即约IOkHz至约40MHz)的便携式(B卩，可佩戴的)治疗超声装置。此外，由于安全性问题、装置的非便携式尺寸、或对外部电源的需要或对由用户主动应用的装置的需要，因此本领域的治疗超声装置不能长时间使用。本发明致力于克服本领域的这些缺陷以及其它缺陷。

发明内容
在一个方面，本发明涉及可用于宽范围的超声应用的便携式超声系统。该便携式超声系统包括能量产生模块，其操作为产生可转换成超声能量的驱动信号，其中能量产生模块包括电源、振荡器和驱动器部件。该便携式超声系统还包括超声换能器，其具有压电部件和透镜部件。该超声换能器操作为从能量产生模块接收驱动信号，将驱动信号转换成超声能量，并且控制从超声换能器发出的超声能量的方向。在另一方面，本发明涉及用于在患者体内产生超声能量的可植入装置。该可植入装置包括本发明的便携式超声系统和配置成包括该系统的可植入部件。在另一方面，本发明涉及用于在患者体内产生超声能量的生物相容性装置。该生物相容性装置包括能量产生模块，其操作为产生可转换成超声能量的驱动信号，其中能量产生模块包括电源、振荡器和驱动器部件。生物相容性装置还包括压电部件，其操作为从能量产生模块接收驱动信号，将驱动信号转换成低强度治疗超声能量，并且发出低强度治疗超声能量。该生物相容性装置还包括配置成包括能量产生模块和压电部件的生物相容性部件。在另一方面，本发明涉及低轮廓(low-profile)超声换能器。低轮廓超声换能器包括压电部件，其操作为从能量产生模块接收驱动信号并且发出作为超声能量的驱动信号。压电部件具有前表面和后表面，而能量产生模块包括多个电子部 件。低轮廓超声换能器还包括直接或间接沉积在压电部件的前表面上的透镜部件。透镜部件包括透镜部分和支撑部分。透镜部件的透镜部分配置成控制从压电部件发出的超声能量的方向和波型。透镜部件的支撑部分配置成将压电部件保持在适当位置，且提供用于容纳能量产生模块的至少一个电子部件的腔室。在另一方面，本发明涉及包括组合成单个多单元换能器的多个超声换能器的多单元换能器，其中多个超声换能器中的至少一个是本发明的低轮廓超声换能器。在另一方面，本发明涉及制造低轮廓超声换能器的方法。该方法包括提供压电部件，其操作为从能量产生模块接收驱动信号，并发出作为超声能量的驱动信号，压电部件具有前表面和后表面，而能量产生模块包括多个电子部件。该方法还包括提供包括透镜部分和支撑部分的透镜部件。该方法还包括将透镜部件直接或间接沉积在压电部件的前表面上，其中透镜部件的透镜部分配置成控制从压电部件发出的超声能量的方向和波型，且其中透镜部件的支撑部分配置成将压电部件保持在适当位置，且提供用于容纳能量产生模块的至少一个电子部件的腔室。本发明的便携式超声系统和在超声系统中使用的低轮廓超声换能器可用于各种应用，以下简要描述了其中的一些应用在一个方面，本发明涉及用于在受试者上进行理疗的方法。该方法包括提供本发明的便携式超声系统或阵列形式的多个系统，然后将治疗超声能量应用于受试者的目标区域，其中治疗超声能量由该系统或该系统的阵列产生。在另一方面，本发明涉及用于将超声能量应用于受试者的方法。该方法包括提供本发明的便携式超声系统或阵列形式的多个系统，以及将超声能量应用到受试者的目标表面上，其中超声能量由该系统或该系统的阵列产生。在另一方面，本发明涉及将药物局部输送到受试者的方法。该方法包括提供本发明的便携式超声系统或阵列形式的多个系统，其中可输送部件包括待输送到受试者的药物，将超声能量随同可输送部件一起应用于受试者表面，其中超声能量由该系统或该系统的阵列产生。在另一方面，本发明涉及将药物内部输送到受试者的方法。该方法包括将本发明的生物相容性装置施予受试者，其中生物相容性部件的形式为可吸收(ingestible)装置，其包括待输送到受试者的药物，且其中该装置有效地产生超声能量，以促进药物至受试者的内部输送。如上所述，对于上述的每一种方法，本发明的低轮廓超声换能器可用作系统中的换能器。动物和临床研究表明，治疗超声是增加灵活性、减少恢复时间以及提闻整体生活质量的有效方法。本发明有效地提供了一种治疗超声技术，其将超声治疗选项打包到可整天使用的装置中，只有轻微不适或没有不适且活动性减少极少或不减少活动性。该装置使得超声能够在小而紧凑的平台中应用于医疗和非医疗应用的范围。因此，本发明特别提供了一种可佩戴的治疗超声系统，其使用方便且可一次连续使用数个小时。本发明还提供了一种超便携的完整治疗超声装置，其可配置成包括电源、超声驱动器以及超声换能器，且其在单个工作单元内可由用户进行控制。与当前的治疗超声技术相比，本发明的装置产生涵盖治疗理疗和药物输送的功率范围和频率的超声能量，同时尺寸依然小得多且无需导线插接(untethered by wire)永久电源。本发明的完整治疗超声装置小到足以放置在贴片(patch)中，并且可用于将超声能量应用于身体上的任何地方来施予超声。因此，本发明提供了一种可佩戴的治疗超声装置，其具有在正常的日常活动期间长时间地提供超声能量的能力。因此，使得可以长时间地安全使用超声来用于治疗、缓解疼痛、药物输送以及其它应用。此外，该超声系统或装置可用于无线能量传输和可植入部件的充电。本发明也可用于声纳的军事应用、地雷探测等的可抛弃超声能量源。例如本发明·可用于小型和便携式超声产生源，即用于军事、医疗和工业应用。此外，本发明可用于声纳和作为低成本的便携式诊断工具。本发明也可用于组织愈合、伤口治疗、缓解疼痛等。根据以下结合附图的本发明的各个方面的详细描述，本发明的这些和其它目的、特征和优点将会变得明显。


为了例示本发明的各个方面的目的，在附图中示出了本发明的某些实施例。然而，本发明并不限于附图中所示实施例的精确布置和手段。此外，如所提供的，附图中所包含的相同的附图标记用于标识相同或相似的元件。图I是本发明的便携式超声系统的一个实施例的示意图。图2A-图2C是本发明的便携式超声系统的能量产生模块20的各个实施例的示意图。图3A-图3D是本发明的便携式超声系统的各个实施例的示意图。图4是本发明的便携式超声系统的一个实施例的示意图。图5A-图是本发明的便携式超声系统的各个实施例的示意图。示出了由换能器产生的各种波型。图6A-图6D是本发明的超声换能器的各个实施例的示意图。示出了由换能器产生的各种波型。图7是本发明的便携式超声系统的能量产生模块20的一个实施例的示意图。图8A-图8B是示出本发明的超声换能器的各个实施例的图解。如图所示，超声换能器的这些实施例允许超声能量(示出为直箭头)和光能量(示出为波浪箭头)两者从中穿过。图9是用于本发明中的压电部件的一个实施例的透视图。示出了侧面透视图，正面透视图和后面透视图。图IOA-图IOE是示出本发明的超声换能器的各个实施例的图解。这些实施例包括位于换能器30的透镜部件70中的端口 55，换能器30允许可输送部件54从中穿过。图IlA-图IlB是用于本发明的压电部件的一个实施例的透视图的图解。压电部件包括附接到压电部件前表面的容器53。图12A-图12B示出了本发明的便携式超声系统的各个实施例。在这些实施例中，换能器通过线缆连接到能量产生模块，而能量产生模块包含于外壳40内。图12A是便携式超声系统的图解，图12B是便携式超声系统的照片。图13A-图13B是用于本发明的便携式超声系统的外壳40的一个实施例的各个方面的图解。虽然示出了外壳的尺寸，但是这些仅仅是出于例示的目的，并不意味着将本发明的所有外壳限制于这些尺寸。 图14A-图14B是本发明的低轮廓超声换能器的一个实施例的图解。图14A示出了装配前的换能器的透镜部件和压电部件，而且也一般地示出其与25美分的硬币相比较的尺寸。图14B示出具有装配以形成换能器的透镜部件和压电部件的换能器。图15A-图15B是本发明的低轮廓超声换能器的透镜部件的一个实施例的图解。图15A示出了具有组合成单个单元的透镜部分71和支撑部分72的透镜部件。图15B示出了未装配的具有透镜部件、压电部件以及电子部件26 (例如，温度传感器)的低轮廓超声换能器，其中电子部件26 (例如温度传感器)可以直接沉积到压电部件的后表面上，但并不需要直接沉积到其上。图16A-图16B是本发明的低轮廓超声换能器的支撑部分72的一个实施例的图解。支撑部分72配置成具有外环部分81和内环部分82的环80。图16A示出了支撑部分72的透视图。虽然示出了支撑部分的尺寸，但是这些仅仅是出于例示的目的，并不意味着将本发明的所有的这种支撑部分限制于这些尺寸。图16B示出了结合有压电部件60和透镜部分71的环形支撑部分72。图17是本发明的低轮廓超声换能器的透镜部件70的一个实施例的图解。透镜部件包括组合成单个单元的透镜部分71和支撑部分72。虽然示出了透镜部件的尺寸，但是这些仅仅是出于例示的目的，并不意味着将本发明的所有的这种透镜部件限制于这些尺寸。图18示出了本发明的低轮廓超声换能器的透镜部件的一个实施例。所示的透镜部件包括位于透镜部件的支撑壁83中的无线充电器线圈90a。示出了侧视图和俯视图。图19示出了本发明的低轮廓超声换能器的一个实施例的截面图，其装配成包括作为单个单元的透镜部件50、沉积于腔室73内的压电部件60以及覆盖支撑壁83的盖子84。图20示出了本发明的低轮廓超声换能器的一个实施例的截面图。换能器配置成包括位于腔室73内的电源21、电子部件26以及压电部件60。压电部件60通过胶水附接到透镜部分71，并且通过空气衬垫(backing)与包含于腔室73内的其它部件隔离。在替代实施例中，温度传感器25可直接沉积在压电部件60的后表面上，或沉积在压电部件60的附近。图21示出了本发明的低轮廓超声换能器的一个实施例的装配。装配过程示出了压电部件60、真空衬垫的布局，以及电子部件26的布局。图22示出了本发明的低轮廓超声换能器的各个实施例的截面图。所示的换能器配置成在腔室73内包括直接位于压电部件60的后表面上或后表面附近的温度传感器25。
图23是本发明的低轮廓超声换能器的一个实施例的示意图。该实施例包括光源52 (例如 LED)。图24示出了本发明的具有透镜部件70的低轮廓超声换能器的一个实施例，该透镜部件70配置成允许光能52a (波浪箭头所示)从中穿过。图25示出了本发明的低轮廓超声换能器的压电部件60的一个实施例。压电部件配置成具有设置于其中的光源。图26是示出根据本发明的便携式超声系统的实施例的照片。包括众所周知的对象以便例示这些实施例的相对尺寸。图27是示出从超声换能器30发出的宽束治 疗超声的图解。图28A-图28C是示出本发明的低轮廓超声换能器的实施例的各种用途的图解。图29是美国医学超声研究所的指南图。如图所示，在应用100mW/cm2的超声经过长时间的治疗期的情况下，没有发现不良生物效应。图30A-图30C是示出本发明的便携式超声系统(TheraSonX )的一个实施例的系统测量结果的曲线图。图30A:功率对时间。图30B:强度对时间。图30C:强度对穿透深度。图31示出了本发明的便携式超声系统(TheraSonX )的一个实施例的束测量结果，A :距换能器2毫米。B :距换能器60毫米。
具体实施例方式本发明涉及适用于许多超声应用的便携式超声系统以及低轮廓超声换能器，该超声应用例如包括治疗超声、无线能量传输和在内部装置上充电、脑部药物输送、热药物输送、美容应用、骨修复以及其它应用。便携式超声系统和低轮廓超声换能器特别适合于组织刺激、超声治疗、修复、再生医学、药物输送、眼部药物输送以及用作便携式超声源。本发明的便携式超声系统操作为发射作为脉冲、连续、或脉冲和连续两者的超声能量的超声能量。便携式超声系统操作为发出声强范围为从约lOmW/cm2至约5W/cm2的超声能量。此外，本发明的便携式超声系统需要相对较低的功率和电压来产生该声强范围内的超声。这使得该便携式超声系统可用于宽范围的超声应用，尤其是那些要求便携性且不要求受过训练的医护或治疗人员的应用。本发明的便携式超声系统和本发明的低轮廓超声换能器非常适合一起使用，其中低轮廓超声换能器用于便携式超声系统中。然而，在本发明的便携式超声系统中也可以使用其它换能器。正如本文所述，公开了便携式超声系统以及随后的低轮廓超声换能器。便携式超声系统图I是本发明的便携式超声系统的示意图。如图I中所示，便携式超声系统10包括能量产生模块20和超声换能器30。能量产生模块20包括电源21、振荡器22以及驱动器部件23，使得能量产生模块20操作为产生可转换成超声能量的驱动信号28。超声换能器30包括压电部件60和透镜部件70。超声换能器30操作为从能量生成模块20接收驱动信号28，将驱动信号转换成超声能量，并且控制从超声换能器30发出的超声能量的方向。如图2A-图2C中所示，能量产生模块20可以设置在各种操作配置中。每种配置设计成提供至少为80 %的电压负载输入(来自电源21)相对于电压负载输出(离开驱动器部件23)的电压效率。本发明包括至少80%及以上的所有电压效率，例如包括但不限于从约80%到大于99%的电压效率的范围。如图2A中所不，在个实施例中，能量广生I旲块20包括f禹合至振汤器22和驱动器部件23两者的电源21，使电源21给振荡器22和驱动器部件23供电。如图2B中所示，在一个实施例中，能量产生模块20还可以包括电压控制器24，其可操作为控制从电源21到振荡器22和驱动器部件23的功率分配(例如，作为开/关式的电源开关)。在特定实施例中，电压控制器24可包括耦合至晶体管开关24b的开/关控制器24a。合适的开/关控制器或监控IC 24a可包括但不限于LTC2951ITS8-2、TPS3707-30DGN等。合适的晶体管开关24b可包括但不限于配置成用作电源开关的MOSFET(例如，FDY102PZ、EL7158S、Si9433BDY 等)。在一个实施例中，振荡器22配置成在约O至5伏之间的电压范围内以约OMHz至约40MHz之间的范围操作。在一个实施例中，振荡器可配置成在约0-5伏下操作，而驱动器·可配置成在约0-24伏下操作以便给超声换能器供电。例如，在低强度的治疗中，驱动器可配置成在约0-5伏下操作。本发明的便携式超声系统可以在约O. I至约24伏之间所产生的功率下运行。因此，电源21可包括操作为产生在约O. I至约24伏之间的电压的任何装置。例如，合适的电源21可包括但不限于包括不可充电电池和可充电电池的各种类型的电池。合适的电池的示例包括但不限于双A电池(AA)、锂离子电池等。本发明的便携式超声系统配置成使得其可以为了最大便携性而在单个现成产品的电池上运行，或在系统的便携性或大小对于用户来说不太重要的情况下配置成在多于一个的电池上运行。如图3A中所示，驱动器部件23可包括至少一个引脚驱动器23a。如图3B-3D中所示，在具体实施例中，驱动器部件23可包括并联布置的两个引脚驱动器23a。另外的实施例可包括以并联、串联或者并联和串联两者而布置的两个以上的引脚驱动器23a。图3C和图3D示出了能量产生模块20的具体实施例的详细电路。然而，本发明并不仅限于图3C-3D中所示的仅作为示例性示例而提供的电路配置。如图4中所示，另一实施例可包括作为能量产生模块20的一部分的温度传感器25(例如，SA56004BDP，118)。合适的温度传感器25可包括以下任何装置操作为监测在使用便携式超声系统10的过程中所产生的热量的装置，以及操作为当便携式超声系统10的温度达到预定的高温切断点时关闭或取消来自电源21的功率产生的装置。当温度上升超过设定点时热切断器关闭电源。合适的温度传感器25是本领域公知的。如图22中所示，温度传感器25可沉积在压电部件60上或其附近。本发明的便携式超声系统对于以定向的和受控的方式将超声能量应用于(例如，人类或动物受试者的)目标区域来说是有用的。例如，如图5A-5D中所示，便携式超声系统有效地控制从便携式超声系统所发出的超声能量的方向和波型。如图5A-5D中所示，超声换能器30可配置成控制处于各种波型的所发出的超声能量35的方向，所述波型包括发散波型35a (图5A)、散射波型35b (图5B)、聚焦波型35c (图5C)以及平行波型35d (图OT)。如图6A-图6D中所示，为了控制所发出的超声能量的方向和波型的类型，超声换能器30的透镜部件70可配置成包括如下的外透镜表面用于发散波型35a的凸透镜74(图6A)、用于散射波型35b的脊型透镜75 (图6B)、用于聚焦波型35c的凹透镜77 (图6C)或用于平行波型35d的平面透镜76 (图6D)。此外，本发明可使用定向透镜，以考虑将超声波以特定角度(例如，朝向身体内的关节)引导到受试者体内。如图7中所示，能量产生模块20可配置成还包括可用于发出光能52a的光源52。光源52集成到能量产生模块20内，使得其由电源21供电。光源52可包括操作为将从电源21接收到的电能转换成光能52a的任何装置。在一个实施例中，光源52可包括发光二极管(LED)。所发出的光能52a可用于各种用途，包括但不限于如热疗、光疗、发出光信号、照明以及装饰目的等。如图8·A-图SB中所示，透镜部件70可配置成操作为允许从超声换能器30发出的超声能量35和光能52a这两者穿过透镜部件70。然而，透镜部件70还可配置成仅允许超声能量35穿过透镜部件70。可用于透镜部件70的各种材料包括但不限于以下材料Ultem、Rexolite、Ahrilic、Plexiglass等。用于仅使超声能量35穿过透镜部件70的合适材料在本领域内是公知的，且可由本发明预期。用于使超声能量35和光能52a两者穿过透镜部件70的合适材料在本领域内也是公知的，且可由本发明预期。此外，如图SB中所示，透镜部件70可配置成使得仅其一部分56适于使超声能量35和光能52a两者穿过，而透镜部件70的其余部分配置成仅允许超声能量35从中穿过。如在本发明的附图中所使用的那样，波浪箭头线通常指示光能52a，而直箭头线通常指示超声能量35或驱动信号28。如图9中所不,压电部件60包括前表面61和后表面62。前表面61是压电部件60的一部分，从中发出超声能量35或发出超声能量35和光能52a两者。后表面62是压电部件60与前表面61相对的部分。如图IOA-图IOE中所示，透镜部件70可配置成包括多个端口 55，在超声能量产生的过程中，可输送部件54可从所述多个端口 55穿过。端口 55可为各种大小，且可以各种图案来布置。图IOA-图IOE仅仅以作为端口 55的图案类型和大小的示例性示例而提供，但它们并不是以将本发明仅仅限制于附图中所示的那些图案的方式而提供。可输送部件54可包括可响应于由便携式超声系统10所产生的超声能量而穿过压电部件60中的一个孔或多个孔的任何材料。因此，可输送部件54可以是任何超声介质。可输送部件54的合适示例可包括但不限于超声凝胶、药物、化妆品、抗菌成分、消毒剂、洗剂等或其组合。例如，可输送部件54可为混合在超声凝胶中的药物粉末的形式，或任何其它合适的超声介质。如图IlA-图IlB中所示，压电部件60还可包括安装到压电部件60的前表面61的容器53。容器53配置成在不产生超声能量的情况下存储可输送部件54并且在产生超声能量的情况下释放可输送部件54。在一种配置中，容器53形成附接到压电部件60前表面61的隔间。如图IlB中所示，在一个实施例中，容器53可包括多个孔或其它可渗透或半可渗透表面53a，以允许可输送部件54从中穿过。透镜部件70也可配置成包括多个孔或另外的可渗透或半可渗透区域，以允许从容器53渗出的可输送部件54穿过透镜部件70并到达受试者表面。本发明的便携式超声系统非常适于各种类型的装配布置。装配布置的灵活性使得可广泛应用于人类受试者以及动物受试者(如狗、猫、马、羊、牛、猪等)。用于动物受试者的装配布置根据需要而有所不同，主要涉及耦合装置的类型或配置。合适的耦合装置的示例可包括诸如氯丁橡胶和维可牢(Velcro)包扎等装置，但可预期其它装置也可用于本发明。如图12中所示，便携式超声系统10可装配成使得能量产生模块20与超声换能器30分离。在该装配布置中，能量产生模块20完全容纳于外壳40内且通过线缆51操作地耦合至超声换能器30。合适的线缆51可以是操作成允许能量产生模块20所产生的驱动信号输送到超声换能器30并且作为超声能量35而从超声换能器30发出的任何线缆。合适的线缆51的示例可包括用于换能器和使用其的系统的任何合适的导线，包括但不限于柔性同轴线缆(例如，Cooner导线，NMEFI/2215044SJ)等。
图13A-13B不出了适用于便携式超声系统10的外壳40的一个实施例的各个方面。可利用各种材料来制作外壳40，例如包括聚碳酸酯。如图13A-13B中所示，在一个实施例中，外壳40可包括两个对半分的部件，将其安装在一起以形成适合于容纳能量产生模块的腔室。两个对半分的部件的一个或多个可包括用于线缆(例如，连至超声换能器)、指示灯(例如，指示开/关)以及开/关开关(例如，拨动开关)的端口。虽然在图13A-13B中提供了外壳40的各个部分的尺寸，但是本发明并不仅限于具有这些尺寸的外壳40。所述尺寸可根据包含于外壳40中的能量产生模块的单个部件的大小和布置来进行配置。便携式超声系统10可装配成使得能量产生模块20至少部分地容纳于超声换能器30之上或其内。在该装配布置的一个实施例中，振荡器22和驱动器部件23容纳于超声换能器30之上或其内，并且电源21容纳于外壳40内，其中线缆51操作地将电源21耦合至振荡器22/驱动器部件23 (容纳于超声换能器30之上或之内)。在另一实施例中，能量产生模块20还可包括操作为控制从电源21至振荡器22/驱动器部件23的功率分配的电压控制器24。在该实施例中，电压控制器24可随同电源21 —起容纳于外壳40内或容纳于超声换能器30之上或之内。如在此所提供的，电压控制器24可包括耦合至晶体管开关24b的开/关控制器24a。便携式超声系统10也可以装配成使得能量产生模块20完全容纳于超声换能器30之上或之内。合适的换能器可包括但不限于本发明的低轮廓超声换能器。本发明的便携式超声系统非常适用于配置成低轮廓类型的超声换能器的超声换能器。如在此所使用的，术语“低轮廓超声换能器”是指包括配置成具有不大于约6厘米高度的轮廓的任何超声换能器。本发明的便携式超声系统也非常适用于为低轮廓超声换能器而设计的耦合装置。图14、15A-15B、16A、16B、17、18、19、20、21和22提供了合适的低轮廓超声换能器50的示例性示例，或其可用于便携式超声系统10的各个方面。本发明所预期的可结合便携式超声系统10和低轮廓超声换能器50而使用的合适的超声耦合装置100包括将系统或换能器保持在位于受试者(不管是人类受试者还是动物受试者)的任何区域的适当位置上的任何装置。低轮廓超声换能器本发明涉及适用于超声系统(特别是便携式超声系统)的低轮廓超声换能器。图14A-14B提供了本发明的低轮廓超声换能器的一个实施例的示意图。如图14A-14B中所示，低轮廓超声换能器50包括压电部件60和透镜部件70。图14A-14B示出了具有容纳压电部件60且配置成单个单元的透镜部件70的超声换能器50。图14A示出了装配前的各个部件。在该实施例中，压电部件是大小约为25美分硬币的圆盘形晶片。图14B示出了完全装配好的低轮廓超声换能器50。压电部件60操作为从能量产生模块20接收驱动信号并且发出作为超声能量35的驱动信号。压电部件60通常成形为具有前表面61和后表面62的圆盘。压电部件60与具有多个电子部件26的能量产生模块20 —起操作。在一个实施例中，能量产生模块20的多个电子部件26包括电源21、振荡器22和驱动器部件23。在另一实施例中，能量产生模块20的多个电子部件26还可包括温度传感器25和/或无线充电器部件90。本发明可预期在超声电路中有用的其它合适的电子部件。压电部件60有效地发出声强范围为约10mW/cm2至约5W/cm2之间的超声能量。如图15A-15B中所示，透镜部件70包括透镜部分71和支撑部分72。透镜部件70可直接或间接地沉积在压电部件60的前表面61上。透镜部件70的透镜部分71配置成控制从压电部件60发出的超声能量35的方向和波型。透镜部件70的支撑部分72也配置成将压电部件60保持在适当位置并提供用于容纳能量产生模块20的至少一个电子部件26的腔室73。如图5A、5B、6A和6B中所示，透镜部分72可配置成发出各种波型的超声能量35， 所述波型例如包括发散波型35a、散射波型35b、聚焦波型35c或平行波型35d。在一个实施例中，透镜部分71可以是配置成发出发散波型35a的超声能量的凸透镜74。在另一实施例中，透镜部分71可以是配置成发出散射波型35b的超声能量的脊型透镜75。透镜可用于将能量引导到其上可能不易于定位换能器的关节内。透镜可用于控制超声能量的分布。透镜可用于在体内形成超声驻波。透镜也可用于防止驻波在体内形成。透镜可用于产生随机声场图形。透镜部件70有效地传播从压电部件60发出的超声能量，以便在约O度至约180度之间的角度范围内进行超声治疗。如图16A-16B中所示，在一个实施例中，支撑部分72配置为具有外环部分81和内环部分82的环80，其中内环部分82在外环部分81内形成环形架以便有效地将压电部件60保持在适当位置。如图17中所示，在一个实施例中，透镜部分71和支撑部分72形成单个透镜部件70。在该实施例中，透镜部分71形成腔室73的前端基座部分71a，而支撑部分72形成腔室73的支撑壁83。如图所示，支撑壁83从前端基座部分71a在向后的方向上延伸。支撑部分72还可包括开口 72a，其可用作用于将压电部件或其它电子部件连接到设置于腔室73外部的另外电子部件(例如，通过线缆连接的电源)的线缆的通路。此外，如图17中所示，透镜部件70的一个实施例可配置成包括作为支撑壁83内表面的一部分的槽口(notch)72b。槽口 72b起到以非常适合于将压电部件60附接到腔室73的前端基座部分71a的方式在腔室73内定位压电部件60的作用。如图17中所示，在一个实施例中，可包括作为支撑壁83内表面的一部分的三个槽口 72b。在装配本发明的低轮廓超声换能器的过程中，使用胶水或其它合适的粘合剂来将压电部件60固定在前端基座部分71a的适当位置上。首先，将胶水施加到前端基座部分71a上，或者施加到压电部件60的前表面61上，或施加到两者上。然后将压电部件60放置于腔室73内，以使得其与前端基座部分71a相接触，其中胶水层设置于压电部件60和前端基座部分71a之间。槽口 72b定位压电部件60，使得在压电部件的外边缘与支撑壁83的内表面之间存在间隙。反过来，该间隙允许胶水中所包含的过量的胶水和气泡从前端基座部分71a和压电部件60的接触点之间渗出且进入到该间隙内，从而使压电部件60与透镜部分71之间进行功能上充分且有效的接触。虽然图17示出了具有三个槽口 72b的实施例，但是本发明并不限于三个槽口 72b，而是包括具有其它布置的实施例，只要提供了用于渗出过量胶水和气泡的足够空隙即可。如图18中所示，在一个实施例中，支撑壁83可配置成包括无线充电器线圈90a。合适的无线充电器线圈90a可包括但不限于导线环、电感耦合等。无线充电器线圈90a用于使用可充电电池的实施例中。由于在壁内的线圈允许电场穿过线圈的中心，所以使感应充电能力最大化。在壁内的线圈还保持装置的低轮廓。线圈并不一定必须位于外壳壁内。例如，线圈可位于换能器的内部，位于所述系统的外壳中或位于耦合装置(例如，橡胶套)中的换能器的外部，位于耦合装置中(例如，橡胶套)，或位于外壳与橡胶套之间。如图19中所示，低轮廓超声换能器50可配置成还包括盖子84。盖子84以有效地基本上封闭腔室73的方式沉积在支撑壁83的上方。该实施例有利于保护包含于腔室73 内的任何电子部件26。具有形成单个透镜部件的透镜部分和支撑部分的实施例非常适用于容纳能量产生模块的电子部件。例如，如图20中所示，除了能量产生模块20的至少一个电子部件26之外，腔室73可容纳压电部件60。容纳于腔室73内的电子部件26可包括下述的一个或多个电源21、振荡器22、驱动器部件23、温度传感器25以及无线充电器部件90。如图21中所示，在一个实施例中，一个或多个电子部件26容纳于腔室73内，以便通过空气层85而与压电部件60分离。这可以通过使用电子领域中公知的各种技术来实现。这种技术的示例可包括本领域内公知的空气衬垫或真空衬垫技术。在具体技术中，对压电部件施加空气衬垫或真空衬垫来增加正向方向上的超声能量传播。在一个实施例中，至少一个电子部件可安装到压电部件上，或沉积到压电部件附近但并不沉积到其上。如图22中所示，对于该实施例而言，温度传感器25非常适合作为安装到压电部件60上或沉积到压电部件60附近但并不沉积到其上的唯一电子部件。温度传感器25有利于检测热量水平，以及当热量水平上升到预定水平时触发关闭电源。合适的温度传感器例如可以包括热切断器、远程温度感测IC以及本地温感测1C。本发明的低轮廓超声换能器的另一方面涉及使用换能器来产生超声能量和光能两者。这些低轮廓超声换能器的实施例包括至少一个操作为从由能量产生模块所提供的驱动信号来产生光能的光源。这种实施例实现了各种有利于进行超声能量治疗和光疗的或者利用光能来提供信令或装饰照明的应用。光源可导线连接到压电部件的前导体和压电部件的后导体，从而允许驱动信号到达压电部件来给光源供电。或者，光源可通过导线而围绕压电部件或通过导线而穿过压电部件。此外，光源可配置成与压电部件串联或并联而被供电。此外，光源可由压电发生器或由单独的外部发生器来产生。如图23中所示，低轮廓超声换能器50可配置成包括牢固沉积到压电部件60和/或透镜部件70附近的光源52或多个光源52。合适的光源可包括可在本发明的电源上运行的任何光源。例如，在各个实施例中，光源可以是发光二极管(LED)、激光或其组合。如图24中所示，透镜部件70可配置成操作以允许光能52a从中穿过。如图所示，光能52a穿过压电部件60的前表面61且穿过透镜部件70而发出。如图24-25中所示，在一个实施例中，光源52可配置成设置在透镜部件70的内部、设置在压电部件60的内部、或设置在透镜部件70和压电部件60两者的内部。如图24中所示，在一个实施例中，光源52可配置成基本上设置在透镜部件70、压电部件60、或透镜部件70和压电部件60两者的中心。本发明的低轮廓超声换能器可集成到便携式超声系统(包括具有能量产生模块的便携式超声系统)中，其中能量产生模块包括耦合至换能器的电源、振荡器、以及驱动器部件。能量产生模块可容纳于或不容纳于低轮廓超声换能器内。本发明还涉及多单元换能器，其包括组合成单个多单元换能器的多个超声换能器，其中至少一个换能器是本文所述的低轮廓换能器。多个超声换能器可包括具有相同或不同功能和/或大小的换能器，且可发出具有相同或不同的强度、持续时间或频率的超声能量或光能。可按以下步骤来制造本发明的低轮廓超声换能器(i )提供压电部件，其操作为从能量产生模块接收驱动信号并且发出作为超声能量的驱动信号，所述压电部件具有前表 面和后表面，且所述能量产生模块包括多个电子部件；(ii)提供透镜部件，所述透镜部件包括透镜部分和支撑部分将透镜部件直接或间接地沉积在压电部件的前表面上，其中透镜部件的透镜部分配置成控制从压电部件所发出的超声能量的方向和波型，且其中透镜部件的支撑部分配置成将压电部件保持在适当位置，并且提供用于容纳能量产生模块的至少一个电子部件的腔室。基于本文所包含的示例图和论述，本领域的普通技术人员将能够装配低轮廓超声换能器。例如，在一个装配过程中，透镜和外壳组合成单件，使得压电部件下降并粘合到适当位置。热量传感器可焊接到压电部件的背面。然后可以粘合外壳背板以便密封压电部件的空气衬垫部分。电路和电源也可放置于换能器外壳内。此外，对于本发明的便携式超声系统和低轮廓超声换能器来说，可以采用专用集成电路(ASIC)技术。图26是示出本发明的超声换能器的各个实施例的照片。在图26中还提供了各种众所周知的对象(例如，25美分硬币，一副扑克牌，以及苹果iPod Nano)，以便示出本发明的所描述的便携式超声系统/低轮廓超声换能器的相对大小。本发明的低轮廓超声换能器和超声系统用于产生宽范围的超声束和波型，使其能用于宽范围的应用。如图27中所示，具体实施例产生了以可用于长效缓解疼痛的宽束形式的超声能量35。例如，超声系统单次充电后可以工作8小时。如图28A、28B和28C中所示，本发明的低轮廓超声换能器和超声系统可用于许多应用。图28A示出了使用系统和换能器来治疗指关节。在该实施例中，透镜可配置成将超声能量引导到关节处和附近的受试者的组织上或内的感兴趣的区域。图28B示出了使用系统和换能器来治疗受试者的手臂。如图28B中所示，水凝胶部件可与换能器串联使用来作为超声导电介质。水凝胶部件可配置成与换能器和透镜的形状匹配，以便将超声能量耦合到受试者体内(例如，手臂组织内)。图28C示出成阵列的多个系统的使用。例如，如图28C的实施例所示，本发明的多个超声换能器/系统可与保持器部件900(示出为多单元的保持器部件902)耦合。在该应用中，保持器部件900可以为氯丁橡胶包扎的形式并且可用于治疗诸如下背部(如图所示)等较大区域。使用方法本发明还涉及使用本发明的便携式超声系统和低轮廓超声换能器的各种方法。基本使用包括使用本发明的便携式超声系统和/或低轮廓超声换能器将超声能量应用于受试者(无论是人类还是动物)的目标区域。时间长度和强度可以根据行业标准而定。某些用途可以在WWW. ultroz. com找到。下面是对本发明的便携式超声系统和低轮廓超声换能器的某些使用的简要描述。在一种应用中，本发明涉及用于在受试者上进行理疗的方法。该方法包括提供本发明的便 携式超声系统或阵列形式的多个系统，然后将治疗超声能量应用到受试者的目标区域上，其中治疗超声能量由系统或系统阵列产生。在另一种应用中，本发明涉及用于将超声能量应用于受试者的方法。该方法包括提供本发明的便携式超声系统或阵列形式的多个系统，并且将超声能量应用于受试者的目标表面，其中超声能量由系统或系统阵列产生。在另一种应用中，本发明涉及将药物局部输送到受试者的方法。该方法包括提供本发明的便携式超声系统或阵列形式的多个系统，其中可输送部件包括待输送到受试者的药物，并且将超声能量随同可输送部件一起应用于受试者表面，其中超声能量由系统或系统阵列产生。在另一种应用中，本发明涉及将药物内部输送到受试者的方法。该方法包括将本发明的生物相容性装置应用于受试者，其中生物相容性部件为可吸收装置的形式，其包括待输送到受试者的药物，且其中该装置有效地产生超声能量，以促进药物至受试者的内部输送。如本文所述以及如以下所进一步论述的，本发明的便携式超声系统和低轮廓超声换能器具有不同的属性。例如，超声电源和电路是如此的以至于可以将它们直接安装到超声换能器(例如压电部件)上。这样，在一个实施例中，本发明的整个超声系统可以小如约2-3个25美分硬
币的叠层。在具体实施例中，在本发明的系统中所使用的超声产生电路可以包括两个部件(i)用于控制装置的频率的振荡器；以及(ii)用于驱动换能器的两个并联的引脚驱动器，但是也可仅使用一个引脚驱动器。本发明的超声系统的另一任选部件可为发光二极管(LED)或多个发光二极管，其可围绕超声换能器而布置以便提供“光”疗。LED可以由给超声换能器供电的同一超声产生电路来供电。用于给装置供电的电源可为适合于根据其预期用途而产生使超声系统运行所需的功率的任何电源。仅仅通过示例的方式，可用于给装置供电的具体合适的电源可包括但不限于电池，诸如硬币式锂离子手表电池等。在此应当注意，本发明的超声产生系统的一个实施例可以包括压电部件、超声产生电路以及电源。附加特征可包括功率控制(开/关)、LED、透镜和充电能力。本发明的一个有利方案是整个超声装置可制成25美分硬币的形状和大小或甚至更小(例如可吸收药丸)。下面提供本发明的各种属性，但是并不意味着将本发明限制到具体实施例。在一些实施例中，便携式超声系统具有各种属性，例如包括下述(i)它是低轮廓的；(ii)它使用平坦或凹入的压电材料(其可具有任何直径)；(iii)压电体直接连接到超声电路；(iv)系统的外壳由位于前侧上的超声换能器(和/或透镜)制成；(v)位于后侧上的超声产生电路处于低轮廓的外壳内；(Vi)在共振下驱动换能器，因此它具有适合于有效的能量传输的低阻抗该系统重量轻、效率高且防水。在此应当注意，本发明的超声系统的小尺寸可以使得迄今尚不可能或不可行的众多用途和应用成为可能。例如，本发明的低轮廓超声系统可用于可植入装置和可吸收装置(例如智能药丸)内。本发明的超声系统可用于理疗、药物输送、疼痛管理和治疗等。本发明的超声系统实际上还可用于可能希望在0-40MHZ的频率下应用超声的任何地方。本发明的超声系统的内部电池可补充有外部电池，以便在各种情况下提供长时间的使用。可对该系统进行充电。该系统可通过外部装置来进行操作。该装置也可涂覆有药物或生物相容性材料，以便改善身体的吸收。以下是设想的本发明的一些方案，包括但不限于下述换能器。换能器的可以具有O. 75-1. O英寸的直径，并且可以是随同直接构建于其内的超高效的超声发生技术一起的、具有换能器的2-3MHz的超声发生器。整个换能器和电子部件可大约为彼此层叠到顶部上的三个(或更少)25美分硬币的大小。该换能器可加入 宽束技术以便将超声治疗深入传播到组织内并且在广泛范围内传播。超声导电贴片。本发明的超声系统可与超声导电贴片串联使用。合适的贴片可包括但不限于用于在活动期间将超声能量有效地耦合到组织内的可抛弃的单次使用的贴片。该贴片可包括构建到其内的超声凝胶，使得用户可将换能器插入到装置内，剥离粘性绷带，并将其应用于皮肤上的适当位置。疼痛贴片可由超柔性材料制成。超声电源模块。本发明的超声系统也可与超声电源模块串联使用，超声电源模块是具有使用户与疼痛功率设置相联系的轻质矩形锂离子可充电电池包。该功率模块可提供6-8个小时的、强度低为60mW/cm2或高为lOOmW/cm2的持续治疗2_3MHz超声。功率模块的充电时间可以是单元充分放电之后的I小时。完整系统。完整系统使得超声治疗为便携式的并且在许多情况下不易察觉。利用宽束换能器和高效的供电技术，该装置可用在道路上、办公室中、体育活动或赛事之前、之中和之后以及许多其它情况中。本发明的超声系统还可适用于业余爱好者、小学生、大学生、半专业和专业的运动员和运动队。本发明的超声系统适用于矿泉疗养地、体育训练室、更衣室、理疗室、医生办公室、体育赛事边线、家里等等。在另一方面中，本发明涉及用于在患者体内产生超声能量的可植入装置。该装置包括本发明的超声系统和配置成包含超声系统的可植入部件。在再一方面中，本发明涉及用于在患者体内产生超声能量的可吸收装置。该装置包括本发明的系统和配置成包含系统的可吸收部件。合适的可吸收部件可以是药丸的形式，但并不限制于此。在另一方面中，本发明涉及用于在受试者上进行理疗的方法。该方法包括提供本发明的超声系统以及将治疗超声能量应用于受试者，其中治疗超声能量由本发明的系统产生。由系统发出的超声能量可有效地穿透深入到受试者的组织内，且并不限于只提供表面超声能量。在另一方面中，本发明涉及用于将超声能量应用于受试者的方法。该方法包括提供本发明的超声系统以及将超声能量应用于受试者表面，其中超声能量由本发明的系统产生。由系统发出的超声能量可有效地穿透深入到受试者的组织内，且并不限于只提供表面超声能量。根据该方法，将超声能量应用于受试者表面可有效缓解在表面上和表面周围的受试者的组织内的疼痛。在另一方面中，本发明涉及将药物局部输送到受试者的方法。该方法包括提供本发明的超声系统，其中该系统还包括安装到压电部件上的容器，该容器配置成在不产生超声能量的情况下存储可输送部件以及在产生超声能量的情况下释放可输送部件。可输送部件包括待输送到受试者的药物。根据该方法，超声能量随同可释放部件一起应用于受试者的表面，其中超声能量由本发明的系统产生。由系统发出的超声能量可有效地穿透深入到受试者的组织内，且并不限于只提供表面超声能量。在另一方面中，本发明涉及将药物内部输送到受试者的方法。该方法包括将本发明的可吸收装置施予受试者，其中可吸收部件为包括待输送到受试者的药物的药丸的形式，且其中系统有效地产生超声能量，以促进药物至受试者的内部输送。示例·
以下示例旨在说明本发明的具体实施例，但决非旨在限制本发明的范围。示例 I用于利用连续低强度的超声来研究疼痛减轻的装置风险评估目前超声在世界各地用于许多医疗诊断应用，诸如成像、胎儿心率监测以及血流分析等。超声也用于各种非诊断药物输送和治疗应用中。已经显示超声作用的机械和热机理可促进伤口和骨折愈合，促进外用药膏透入皮肤内，通过理疗提供疼痛缓解和愈合，以及进行非侵入式的肿瘤和纤维瘤消融。超声换能器、电子部件和电源的整个系统集成以及进一步的小型化提供了用于在前线医学中利用超声的独特的平台解决方案。TheraSonX 是第一款真正的便携式低强度超声(LIUS)装置，其可在医院外提供安全有效的缓解。这里提出的风险确定审查了当将超声应用于人体时的安全性研究和要求。TheraSonX 对应于本发明的便携式超声系统的一个实施例，其与本发明的低轮廓超声换能器的一个实施例相结合。I.超声安全性的指南和规定超声与生物组织之间大量混合的(comingled)相互作用引起了由不期望的组织相互作用造成的安全性问题。因此，选择合适的参数对于安全使用超声而言是至关重要的。包括频率、强度、占空比和应用时间的若干参数确定安全运行的窗口。其它参数包括组织类型和环境条件。随着超声在生物物理和诊断这两个领域中的使用持续获得广泛认可，创建了诸如美国医学超声研究所(AIUM)等协会，以便监测安全性问题，并对诸如FDA等监管机构发布指南。AIUM成立于1952年，它被认为是医学应用中的超声安全指南的最受推崇的源头之一 O超声的主要安全性问题是超声能量对组织的直接影响。通过两个参数来量化超声导致对组织的影响的能力热指数和机械指数。FDA针对诊断超声的安全性已设定了这些指数的上限。基于由独立研究机构和AIUM进行的长期研究来扩展适于治疗应用的这些极限。迄今为止，没有同等的评论发表研究表明妥善施予超声会对人体造成不良影响。这在已知的诊断和治疗这两个应用中利用超声的50年历史中是重要的。更具体地，对于TheraSonX 的操作范围，对多天的连续应用期间所输送的低强度超声进行了研究。研究明确地表明在组织连续10天接受lOOmW/cm2或更小的超声强度之后未发现对生物组织的不良影响(图29) [1-3]。已知此信息，在80mW/cm2的强度下进行4小时TheraSonX 治疗对临床研究中所涉及的受试者不存在明显的风险。2. TheraSonX 材料的安全性2. I换能器在TheraSonX 换能器中所用的材料大部分是USP Class 6的FDA所批准的且通过事先的细胞毒性测试的。这些细胞毒性测试为可植入的生物相容性 装置提供安全保障水平。附录I列出了具有材料安全数据表(MSDS)的材料。简言之，TheraSonX 的换能器由铅基压电陶瓷制成，其是大多数治疗超声系统的典型。为了保护临床的受试者和压电体，压电体完全容纳于由透镜、环形外壳和套组成的防水生物相容性罩内。从换能器延伸的导线符合RoHS标准且涂覆有聚氯乙烯(PVC)。透镜和外壳由交联聚苯乙烯制成。最后，橡胶套由55A和80A硬度的聚氨酯制成。2. 2电子电路、电池和外壳电子电路采用100%符合RoHS标准的部件以及为消费和医疗电子装置中的标准惯例的印刷电路板制备工艺。电池和外壳也保持RoHS认证。附录I列出了常用的部件编号以及电子部件、电池和外壳的制造。3. TheraSonX 使用的安全性TheraSonX 系统是用于针对受试者治疗疼痛和提高生活质量的医疗装置。该系统产生安全水平的超声，该超声已经发现是无害的且已经通过诸如FDA等监管机构的批准。然而，超声为能量的一种形式，必须对其进行监控以及适当地输送以防止对受试者的可能的危险。通过使其符合监管标准、保持良好的制造工艺、保持设计历史文件以及进行失效模式和效果分析来减轻风险。3. I总的声功率和强度控制在校准过程中测量来自TheraSonX 的总声功率和强度。功率和强度两者是成正比的，且为电池电压、换能器阻抗以及工作频率的函数。从理论角度来看，25mm直径的PZT-8压电体的电阻抗约为12欧姆。如果压电体能将电能100%有效地转换成声能，那么以瓦特为单位的超声功率(P)可通过下式计算
/ 4 YV2
R 12来自TheraSonX 的驱动电压是4/sqrt (2)伏的最大RMS值，其仅允许可能产生O. 67W的声能。由于换能器不是100%的效率，因此我们通常测量的总的声功率小于O. 5瓦。总的声功率在换能器的整个表面区域上扩散，从而使得超声治疗的强度低于安全的IOOmW/cm2的阈值。3. 2热和不良生物效应的安全性当超声波穿过身体时，能量以热的形式被吸收。在l-4W/cm2下运行的传统超声治疗装置如果停留在身体上的固定位置中超过几分钟就会导致有害的内部温度升高超过5°C。这是为何治疗医师通常采用超声治疗很短的时间，同时在治疗过程中移动超声施用器(applicator),从而将能量散布于为换能器头的大小的许多倍的区域上。TheraSonX 在光谱的另一端运行，在单个位置较长治疗时间地保持低功率强度(O. 08-0. 09ff/cm2),同时使用设计成将能量散布在皮层下方的较大面积上的定制的凸状换能器。超声温度分析结果表明连续应用低于O. 5W/cm2的超声导致安全温度升高1-4°C [1-3] 0受试者可佩戴该装置很多天而没有热的生物安全性问题。这项研究表明强度安全性阈值甚至比美国超声医学研究所(AIUM)的指导值O. Iff/cm2高。TheraSonX 在既定的FDA参数下运行以便安全的使用持续的时段。从FDA于2009年9月提出的“行业和FDA工作人员指南”截取以下图表
权利要求
1.一种低轮廓超声换能器,包括 压电部件，其操作为从能量产生模块接收驱动信号并且发出作为超声能量的所述驱动信号，所述压电部件具有前表面和后表面，所述能量产生模块包括多个电子部件；以及 透镜部件，其直接或间接沉积在所述压电部件的所述前表面上，所述透镜部件包括透镜部分和支撑部分； 其中所述透镜部件的所述透镜部分配置成控制从所述压电部件发出的所述超声能量的方向和波型；并且 其中所述透镜部件的所述支撑部分配置成将所述压电部件保持在适当位置并且提供用于容纳所述能量产生模块的至少一个电子部件的腔室。
2.根据权利要求I所述的换能器，其中所述能量产生模块的所述多个电子部件包括电源、振荡器和驱动器部件。
3.根据权利要求3所述的换能器，其中所述能量产生模块的所述多个电子部件还包括选自包括温度传感器和无线充电器部件的组中的电子部件。
4.根据权利要求I所述的换能器，其中所述压电部件有效地发送声强度范围在约10mff/cm2至约5W/cm2之间的超声能量。
5.根据权利要求I所述的换能器，其中所述透镜部分配置成发出具有选自包括以下波型的组中的波型的超声能量发散波型、散射波型、聚焦波型、平行波型以及与表面成从I至180度的任意角的定向波型。
6.根据权利要求I所述的换能器，其中所述透镜部件包括凸透镜或脊型透镜，所述凸透镜配置成发出发散波型的所述超声能量，所述脊型透镜配置成发出散射波型的所述超声倉tfi。
7.根据权利要求I所述的换能器，其中所述透镜部件有效地扩散从所述压电部件发出的所述超声能量，以便以从约O度至约180度之间的角度范围进行超声治疗。
8.根据权利要求I所述的换能器，其中所述支撑部分配置成具有外环部分和内环部分的环，所述内环在所述外环内形成环形架，以便有效地将所述压电部件保持在适当位置。
9.根据权利要求I所述的换能器，其中所述透镜部分和所述支撑部分形成单个透镜部件，所述透镜部分形成所述腔室的前端基座部分，而所述支撑部分形成所述腔室的支撑壁，所述支撑壁在向后的方向上从所述前端基座部分延伸。
10.根据权利要求9所述的换能器，其中所述支撑壁包含无线充电器线圈。
11.根据权利要求9所述的换能器，还包括 盖子，其沉积在所述支撑壁之上，用于有效地基本上封闭所述腔室。
12.根据权利要求9所述的换能器，其中容纳于所述腔室内的所述能量产生模块的所述至少一个电子部件包括选自包括电源、振荡器、驱动器部件、温度传感器以及无线充电器部件的组中的一个或多个电子部件。
13.根据权利要求9所述的换能器，其中所述至少一个电子部件通过空气层与所述压电部件分离。
14.根据权利要求9所述的换能器，其中所述至少一个电子部件是温度传感器，其安装在所述压电部件上，或沉积在所述压电部件附近但并不沉积在所述压电部件上。
15.根据权利要求I所述的换能器，其中所述压电部件具有空气衬垫或真空衬垫，以便加快超声能量在前进方向上的传播。
16.根据权利要求I所述的换能器，其中所述透镜部件有效地使光能从中通过，所述光能穿过所述压电部件的所述前表面穿过所述透镜部件而发出。
17.根据权利要求I所述的换能器，还包括 光源或多个光源，其牢固沉积在所述压电部件和/或所述透镜部件附近。
18.根据权利要求17所述的换能器，其中所述光源是发光二极管(LED)、激光或其组合。
19.根据权利要求17所述的换能器，其中所述光源设置在所述透镜部件的内部、所述压电部件的内部、或所述透镜部件和所述压电部件两者的内部。
20.根据权利要求19所述的换能器，其中所述光源基本上设置在所述透镜部件的中心、所述压电部件的中心、或所述透镜部件和所述压电部件两者的中心。
21.根据权利要求17所述的换能器，其中所述光源由导线连接至所述压电部件的前导体和所述压电部件的后导体，从而使所述驱动信号到达所述压电部件而给所述光源供电。
22.根据权利要求17所述的换能器，其中所述光源通过导线而围绕所述压电部件或通过导线而穿过所述压电部件。
23.根据权利要求17所述的换能器，其中所述光源配置成与所述压电部件串联或并联而被供电。
24.根据权利要求I所述的换能器，其中所述压电部件集成到便携式超声系统中。
25.根据权利要求24所述的换能器，其中所述便携式超声系统包括 能量产生模块，其包括耦合至所述换能器的电源、振荡器以及驱动器部件。
26.—种多单兀换能器,包括 组合成单个多单元换能器的多个超声换能器； 其中所述多个超声换能器中的至少一个是根据权利要求I所述的低轮廓超声换能器。
27.根据权利要求26所述的多单元换能器，其中所述多个超声换能器包括具有相同或不同功能和/或尺寸的换能器。
28.—种制造低轮廓超声换能器的方法，所述方法包括 提供压电部件，所述压电部件操作为从能量产生模块接收驱动信号并且发出作为超声能量的所述驱动信号，所述压电部件具有前表面和后表面，所述能量产生模块包括多个电子部件； 提供透镜部件，所述透镜部件包括透镜部分和支撑部分；以及 将所述透镜部件直接或间接沉积在所述压电部件的所述前表面上； 其中所述透镜部件的所述透镜部分配置成控制从所述压电部件发出的所述超声能量的方向和波型；以及 其中所述透镜部件的所述支撑部分配置成将所述压电部件保持在适当位置并且提供用于容纳所述能量产生模块的至少一个电子部件的腔室。
29.一种用于在受试者上进行理疗的方法，所述方法包括 提供包括根据权利要求I所述的低轮廓超声换能器的便携式超声系统或阵列形式的多个所述系统；以及 将治疗超声能量应用于受试者的目标区域，其中所述治疗超声能量由所述系统或系统的阵列产生。
30.根据权利要求29所述的方法，其中利用耦合装置将所述便携式超声系统或系统的阵列保持在所述目标区域处或附近的适当位置。
31.一种用于将超声能量应用于受试者的方法，所述方法包括 提供包括根据权利要求I所述的低轮廓超声换能器的便携式超声系统或阵列形式的多个所述系统；以及 将超声能量应用于受试者的目标表面，其中所述超声能量由所述系统或系统的阵列产生。
32.根据权利要求31所述的方法，其中利用耦合装置将所述便携式超声系统或系统的阵列保持在所述目标表面处或附近的适当位置。
33.根据权利要求31所述的方法，其中将所述超声能量应用于所述受试者的所述表面有效地缓解了所述目标表面处、周围和/或下方的疼痛，和/或治愈了所述目标表面处、周围和/或下方的伤口。
34.根据权利要求31所述的方法，其中所述目标表面位于所述受试者的关节处或附近，所述关节选自包括以下关节的组指关节、肩关节、髋关节、膝关节、踝关节、趾关节、腕关节以及肘关节。
35.根据权利要求31所述的方法，其中所述目标表面位于所述受试者的脊柱区域处或附近，所述脊柱区域选自包括颈椎、胸椎、腰椎、骶骨和尾骨的组。
36.根据权利要求31所述的方法，其中所述目标表面位于所述受试者的肌肉处或附近。
37.一种将药物局部输送到受试者的方法,所述方法包括 提供便携式超声系统或阵列形式的多个所述系统，所述便携式超声系统包括根据权利要求I所述的低轮廓超声换能器和安装至所述压电部件的容器，其中可输送部件包括待输送到受试者的药物，其中所述容器配置成在不产生超声能量的情况下存储可输送部件并且在产生超声能量的情况下释放所述可输送部件；以及 将超声能量随同所述可输送部件一起应用于受试者表面，其中所述超声能量由所述系统或系统的阵列产生。
38.一种将药物内部输送到受试者的方法，所述方法包括 将生物相容性装置施予受试者； 其中所述生物相容性装置包括 能量产生模块，其操作为产生可转换成超声能量的驱动信号，其中所述能量产生模块包括电源、振荡器和驱动器部件； 压电部件，其操作为从所述能量产生模块接收所述驱动信号，将所述驱动信号转换成低强度治疗超声能量，并且发出所述低强度治疗超声能量；以及 生物相容性部件，其配置成包含所述能量产生模块和所述压电部件； 其中所述生物相容性部件为包括待输送到所述受试者的药物的可吸收装置的形式，并且 其中所述装置有效地产生超声能量，以促进所述药物至所述受试者的内部输送。
全文摘要
本发明涉及一种低轮廓超声换能器。所述低轮廓超声换能器包括压电部件，其操作为从能量产生模块接收驱动信号并且发出作为超声能量的所述驱动信号。所述压电部件具有前表面和后表面，所述能量产生模块包括多个电子部件。所述低轮廓超声换能器还包括直接或间接沉积到所述压电部件的所述前表面上的透镜部件。所述透镜部件包括透镜部分和支撑部分。所述透镜部件的所述透镜部分配置成控制从所述压电部件发出的所述超声能量的方向和波型。所述透镜部件的所述支撑部分配置成将所述压电部件保持在适当位置并且提供用于容纳所述能量产生模块的至少一个电子部件的腔室。还公开了使用方法和相关装置。
文档编号H04R17/00GK102907117SQ201180010790
公开日2013年1月30日 申请日期2011年1月3日 优先权日2009年12月31日
发明者G·K·小刘易斯 申请人:杰拓奥兹有限责任公司