CN114903561A - 一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置 - Google Patents

Abstract

一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，包括壳体、储能电器、电极和传能液体，所述传能液体设于所述壳体内，所述电极浸没于所述传能液体中；所述电极包括负电极和若干个间距相等线性排列的正电极矩阵；所述正电极矩阵与阵列开关电连接，所述阵列开关与所述储能电器电连接，所述陈列开关还电连接于微处理器，所述微处理器用于存储所述正电极矩阵的时延。本发明所公开的阵列式液电冲击波可控聚焦装置基于近场波束形成原理控制各电极阵元的激励信号，通过规划正电极、T形负电及各电极阵元高压放电位置线性分布，对近场波束成形滤波器近似时延简化***，基于微处理器输出各电极阵元对应时延，控制阵列开关实现各电极阵元的可控聚焦。

Description

一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置

技术领域

本发明涉及液电冲击波发生装置，特别涉及一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置。

背景技术

液电式技术体外冲击波技术已广泛应用于医疗领域治疗人体泌尿系结石，其基本技术原理是通过放电产生冲击波并利用反射或声学透镜实现能量聚焦，通过水介质进行阻抗匹配从而将聚焦冲击波导入人体，通过能量聚焦产生的集中物理效应粉碎结石。

现有液电式聚焦冲击波医疗设备的基本技术原理是利用电极棒的电极尖端进行高压放电，成放射状液电冲击波，并通过反射结构，如椭球反射面，将冲击波进行聚焦，使液电冲击波在反射结构的焦点实现能量聚焦。该技术原理虽然实现简单并具有较高的能量转换效率，但由单电极作为能量源产生聚焦冲击波，虽然经过反射面聚焦，但仍然需要较高的放电电压，造成电极尖端经过多次高压放电以后容易损坏，成为消耗品增加了设备使用成本；同时，由于反射结构的焦点固定，在冲击波治疗前需借助X光等扫描设备进行结石定位后通过移动机构控制整个反射结构来对准质量，造成医疗设备复杂度高、定位过程耗时降低了治疗效率，增加了设备操作工作量。

为克服现有技术中存在的缺陷，中国专利CN200310112407.5提出一种多用途定向冲击波发生装置，该装置产生定向发射的冲击波，输出方式多，除平行输出外，需要聚焦时可用曲面稳定聚焦，不会造成冲击波聚焦焦点的漂移，由于放电端改用放电球等凸状物，极大地延长了使用寿命。但该技术方案需整体更换不同形状放电端，同时对于同一放电端而言，冲击波聚焦点仍然无法灵活调整。

针对液电式聚焦冲击波医疗设备在具体医疗应用场景低复杂度、低成本的需求，本发明的目的在于利用阵列聚焦可实现灵活调整特点，通过多个电极构成阵列进行受控聚焦，提供一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，包括壳体、储能电器、电极和传能液体，其特征在于，所述传能液体设于所述壳体内，所述电极浸没于所述传能液体中；所述电极包括负电极和若干个间距相等线性排列的正电极矩阵；所述正电极矩阵与阵列开关电连接，所述阵列开关与所述储能电器电连接，所述陈列开关还电连接于微处理器，所述微处理器用于存储所述正电极矩阵的时延。

进一步的，所述负电极为T型结构。

进一步的，所述储能电器为高压放电电容。

进一步的，所述壳体设有进水口和出水口。

进一步的，所述传能液体为清洁水。

本发明还提出一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置的控制方式，包括如下步骤：

步骤1：时延产生，对应冲击波的各个聚焦位置计算生成电极时延，并将电极时延存入微处理器中；

步骤2：聚焦位置输入，根据治疗需要确定冲击波聚焦位置并输入微处理器；

步骤3：控制电极阵列中各正电极的选择性通电时间，按照输入的冲击波聚焦位置在微处理器中调出对应的电极时延，微处理器根据电极时延控制各电极的通电时间；

步骤4：各电极产生冲击波，并通过时延对各电极产生冲击波在时间上对准、聚焦，实现对应聚焦位置的冲击波聚焦。

本发明的有益效果是：

本发明提出的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，所公开的阵列式液电冲击波可控聚焦装置基于近场波束形成原理控制各阵列中各放电电极的激励信号，通过设计线性正电极阵列、T形负电及保证各电极阵元高压放电位置线性分布，并进一步通过对近场波束成形滤波器近似时延简化***实现，从而可基于微处理器输出各电极阵元对应时延，控制阵列开关实现各电极阵元的可控聚焦。

因此，通过本发明所提出的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，可在显著降低电极阵列每个电极放电电压的同时保证冲击波聚焦强度和治疗效果，并可省去传统聚焦反射结构的机械移动装置实现对准结石位置的可控数字化聚焦，因而在液电聚焦冲击波医疗设备的实际医疗操作中实现快速、准确对准，有利于降低设备成本、提高效率。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置的电极阵元示意图；

图2是本发明的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置的示意图；

图中：壳体10、储能电器20、负电极30、正电极矩阵40、传能液体50，阵列开关60、微处理70、进水口801、出水口802、聚焦位置90。

具体实施方式

下面结合图1-2对本发明进行详细说明。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，包括壳体10、储能电器20、电极和传能液体50，传能液体20设于壳体10内，电极浸没于传能液体50中；电极包括负电极30和若干个间距相等线性排列的正电极矩阵40；正电极矩阵40中的各个正电极401与阵列开关60电连接，阵列开关60与储能电器20电连接，陈列开关60还电连接于微处理器70，微处理器70用于存储正电极矩阵40的时延。

优选的，所述负电极为T型结构。

优选的，所述储能电器为高压放电电容。

优选的，所述壳体设有进水口和出水口。

优选的，所述传能液体为清洁水。

本发明还提出一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置的控制方式，包括如下步骤：

步骤1：时延产生，对应冲击波的各个聚焦位置计算生成电极时延，并将电极时延存入微处理器中；

步骤2：聚焦位置输入，根据治疗需要确定冲击波聚焦位置并输入微处理器；

步骤3：控制电极阵列中各正电极的选择性通电时间，按照输入的冲击波聚焦位置在微处理器中调出对应的电极时延，微处理器根据电极时延控制各电极的通电时间；

步骤4：各电极产生冲击波，并通过时延对各电极产生冲击波在时间上对准、聚焦，实现对应聚焦位置的冲击波聚焦。

考虑到液电聚焦冲击波治疗的应用特点，聚焦冲击波处于近场范围，电极阵列放电产生的冲击波阵面是球面波而不是平面波，因此需按照近场阵列波束控制方法进行控制信号产生。

假设电极为M元电极阵列，即电极由T型结构负电极和m个正电极组成，每个正电极与T型结构负电极形成一个电极阵元。可控冲击波的聚焦位置90处于阵列近场范围内，取阵列中心作为坐标原点，聚焦位置S与坐标原点的距离为r、方位角为θ、俯仰角为

则如图1所示。

一般地，设M元阵列第m个阵元的空间坐标为(x_m,y_m,z_m)，其到原点的距离为r_m，聚焦位置90到原点的距离为r，则第m个正电极与聚焦位置S的距离为d_m可表示为：

考虑二维简化情况，设置可控冲击波聚焦位置S在z轴，即θ＝90°，

式(1)可以写为：

考虑二维简化情况，在本实施例中M＝8，即具有8个正电极，共计8个电极阵元，8个正电极等间距设置于x轴上，阵列中心为坐标原点，阵元间距为d，则有：

因此，可以得知第m个正电极放电的冲击波信号在聚焦位置S处的接收信号可以表示为：

其中，t为时间坐标，A为储能电器20的放电电压幅度常数，w为冲击波信号的角频率，k＝2π/λ，λ为冲击波信号的波长。

按照近场波束形成原理，采用阶数为L的成形滤波器h_m(t)进行近场聚焦处理，则在聚焦位置90接收到的各阵元的冲击波信号为：

采用本领域公知的近场波束形成公式可获得近场波束成形滤波器h_m(t)：

其中r₀为聚焦位置90设置在Z轴时，Z轴上的坐标。

考虑到本实施例中，电极放电为瞬态过程，为了简化***考虑，通过时延选择性接通各个电极阵元以进行可控冲击波聚焦，即等效地通过控制第m个电极阵元时延放电实现空间聚焦，延时使得第m个阵元的冲击波在时间上对准，叠加，达到聚焦效果，第m个电极阵元时延放电的延时τ_m可表示为：

则，在Z轴聚焦位置90收到的各电极阵元的冲击波信号经过时延控制后将在r₀位置实现冲击波可控聚焦，可表示为：

其中：函数δ为单位冲激函数，在本实施例中由微处理器70控制时延并输出至阵列开关60控制电极中对应的第m个的电极阵元。

需要指出，上述推导过程为了描述方便，进行了二维简化，该处理方法在三维场景下同样适用，即聚焦位置可以在三维平面设定。

综上所述，本发明提出的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，所公开的阵列式液电冲击波可控聚焦装置基于近场波束形成原理控制各阵列中各放电电极的激励信号，通过设计线性正电极阵列、T形负电及保证各电极阵元高压放电位置线性分布，并进一步通过对近场波束成形滤波器近似时延简化***实现，从而可基于微处理器输出各阵元对应时延，控制开关阵列实现各电极阵元的可控聚焦。

因此，通过本发明所提出的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，可在显著降低电极阵列每个电极放电电压的同时保证冲击波聚焦强度和治疗效果，并可省去传统聚焦反射结构的机械移动装置实现对准结石位置的可控数字化聚焦，因而在液电聚焦冲击波医疗设备的实际医疗操作中实现快速、准确对准，有利于降低设备成本、提高效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域技术人员能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，包括壳体、储能电器、电极和传能液体，其特征在于，所述传能液体设于所述壳体内，所述电极浸没于所述传能液体中；所述电极包括负电极和若干个间距相等线性排列的正电极矩阵；所述正电极矩阵与阵列开关电连接，所述阵列开关与所述储能电器电连接，所述陈列开关还电连接于微处理器，所述微处理器用于存储所述正电极矩阵的时延。

2.如权利要求1所述的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，其特征在于，所述负电极为T型结构。

3.如权利要求1所述的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，其特征在于，所述储能电器为高压放电电容。

4.如权利要求1所述的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，其特征在于，所述壳体设有进水口和出水口。

5.如权利要求1所述的一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置，其特征在于，所述传能液体为清洁水。

6.一种阵列式液电冲击波可控聚焦装置的控制方式，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：时延产生，对应冲击波的各个聚焦位置计算生成电极时延，并将电极时延存入微处理器中；

步骤2：聚焦位置输入，根据治疗需要确定冲击波聚焦位置并输入微处理器；

步骤3：控制电极阵列中各正电极的选择性通电时间，按照输入的冲击波聚焦位置在微处理器中调出对应的电极时延，微处理器根据电极时延控制各电极的通电时间；

步骤4：各电极产生冲击波，并通过时延对各电极产生冲击波在时间上对准、聚焦，实现对应聚焦位置的冲击波聚焦。

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