Ультразвуковой преобразователь

Ультразвуковой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 фаз