本申請(qǐng)涉及并要求在美國(guó)專利商標(biāo)局提交的以下臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并要求其權(quán)益：

“具有多個(gè)吸收墊的改良經(jīng)皮輸送貼片”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/988,623；“改良經(jīng)皮輸送裝置或貼片以及從所述改良經(jīng)皮輸送裝置提供胰島素的方法”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,622；“在糖尿病中進(jìn)行控制的方法”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,624；“適用通過(guò)病人便攜和可穿戴的系統(tǒng)進(jìn)行超聲藥物傳遞的超聲轉(zhuǎn)換器”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月7日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,683；“既可用于被動(dòng)也可用于主動(dòng)經(jīng)皮給藥傳遞系統(tǒng)的吸收材料的減弱增強(qiáng)的方法”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月9日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,788；“使其更易于超聲經(jīng)皮傳遞的藥物制劑改性”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月9日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,790；“用于測(cè)量在經(jīng)皮藥物傳遞裝置上剩余劑量的方法和設(shè)備”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年8月1日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/999,589；“超聲增強(qiáng)的種子萌發(fā)系統(tǒng)土壤處理方法”，小布魯斯·K·雷丁，于2015年1月2日提交，申請(qǐng)序號(hào)為62/124,758；“種子增量的超聲處理種子裝置”，小布魯斯·K·雷丁，于2015年2月2日提交，申請(qǐng)序號(hào)為62/125,836；“用于產(chǎn)生無(wú)空化的交替超聲傳遞的方法和裝置”，小布魯斯·K·雷丁，于2015年2月2日提交，申請(qǐng)序號(hào)為62/125,837。

本申請(qǐng)?zhí)卮送ㄟ^(guò)援引以下在美國(guó)專利商標(biāo)局提交的臨時(shí)申請(qǐng)中全部書面描述、摘要、附圖和權(quán)利要求中的主題內(nèi)容納入本文：“具有多個(gè)吸收墊的改良經(jīng)皮輸送貼片”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/988,623；“改良經(jīng)皮輸送裝置或貼片以及從所述改良經(jīng)皮輸送裝置提供胰島素的方法”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,622；“在糖尿病中進(jìn)行控制的方法”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月3日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,624；“適用通過(guò)病人便攜和可穿戴的系統(tǒng)進(jìn)行超聲藥物傳遞的超聲轉(zhuǎn)換器”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月7日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,683；“既可用于被動(dòng)也可用于主動(dòng)經(jīng)皮給藥傳遞系統(tǒng)的吸收材料的減弱增強(qiáng)的方法”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月9日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,788；“使其更易于超聲經(jīng)皮傳遞的藥物制劑改性”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年7月9日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/998,790；“用于測(cè)量在經(jīng)皮藥物傳遞裝置上剩余劑量的方法和設(shè)備”，小布魯斯·K·雷丁，于2014年8月1日提交，申請(qǐng)序號(hào)為61/999,589；“超聲增強(qiáng)種子萌發(fā)系統(tǒng)土壤處理方法”，小布魯斯·K·雷丁，于2015年1月2日提交，申請(qǐng)序號(hào)為62/124,758；“種子增量的超聲處理種子裝置”，小布魯斯·K·雷丁，于2015年2月2日提交，申請(qǐng)序號(hào)為62/125,836；“用于產(chǎn)生無(wú)空化的交替超聲傳遞的方法和裝置”，小布魯斯·K·雷丁，于2015年2月2日提交，申請(qǐng)序號(hào)為62/125,837。

背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及一種用于減少或消除在聲傳播空化力，同時(shí)保持所述聲音傳播相關(guān)的振動(dòng)能量的方法和裝置。本發(fā)明也涉及無(wú)空化的超聲生成系統(tǒng)。

本發(fā)明一方面涉及一種超聲裝置，其由于超聲傳播的交變(或交替)波形而產(chǎn)生減少的空化力或不產(chǎn)生空化力和溫度效應(yīng)。

參考一下出版物：

“空化溫度”，愛(ài)德華·B·福利特和肯尼斯·S·薩斯力克，《科學(xué)》，增刊，卷253,發(fā)行5026(1991年9月20日)，1397-1399；和“超聲和空化氣泡與細(xì)胞的交互作用”，吳君如和衛(wèi)斯理·L·諾伯格，艾斯維爾出版社，先進(jìn)的藥物傳遞綜述60(2008)1103-1116，2008年4月8日。

參考材料的綜述指出，超聲一般在單波形(正弦波)中形成，如圖1所示。在超過(guò)20kHz的標(biāo)準(zhǔn)超聲波范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)聲傳播，具有稱為壓縮波的波前的正部分，其后跟隨稱為擴(kuò)展部分的波前的負(fù)部分。

圖1示出一種典型波傳播傳輸?shù)恼糠趾拓?fù)部分。壓力的快速下降示于圖4的圖表中，并且在薩斯力克的文章中公開了壓力快速下降可導(dǎo)致強(qiáng)烈的空化效應(yīng)。

再次參考圖1，典型的正弦波超聲傳輸通常在傳輸中的400毫秒(msecs)持續(xù)時(shí)間點(diǎn)增長(zhǎng)到內(nèi)爆效應(yīng)。一旦達(dá)到400毫秒，正弦超聲傳播在暴露于超聲波傳播的溶液或基底中形成高達(dá)150毫米半徑的氣泡，然后產(chǎn)生沖擊波，該沖擊波導(dǎo)致氣泡塌陷。在圖1中，微射沖擊波使氣泡坍塌，并且在坍塌過(guò)程中，在暴露于超聲波傳輸?shù)娜芤夯蚧字?，在微觀水平上發(fā)生熱點(diǎn)或瞬時(shí)溫度升高。

薩斯力克描述了，在萬(wàn)分之一秒內(nèi)的空化溫度范圍高達(dá)5075+/-156°K。

這種強(qiáng)烈的空化效應(yīng)和生成的溫度升高，具有破壞材料、生物結(jié)構(gòu)或細(xì)胞以及使藥物制劑變性的效果，如圖3所示。

超聲波的基本物理的進(jìn)一步綜述，示出了非聚焦超聲平面行波(如圖35所示)、平面波聲源及其波前。

吳和諾博格解釋了在液體或生物組織內(nèi)的超聲可具有空化效應(yīng)：考慮到液體或軟組織填充的半空間(x＞0)。對(duì)于多數(shù)情況，軟組織可被認(rèn)為是液體樣的介質(zhì)。在x＝0處，有橫向尺寸(垂直于x方向)遠(yuǎn)大于聲波波長(zhǎng)(λ)的薄固體平面。這個(gè)平面(一種聲源)，隨時(shí)間正弦振動(dòng)并且圍繞x＝0的初始點(diǎn)來(lái)回振動(dòng)；其振動(dòng)導(dǎo)致了在x＞0的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生聲波。該源平面相對(duì)于x＝0的位置的位移可寫作(等式1)：

x(t)＝A cos(2πft+φ₀)

其中f是振動(dòng)頻率，A(＞0)是振幅，φ₀是初始相位，其決定了源平面的初始(t＝0)的條件。例如，如果φ₀＝0，則當(dāng)t＝0時(shí)，源平面的位移和速度分別為x＝A和v＝dx/dt＝0。在線性聲學(xué)體系中(非線性聲學(xué)在后續(xù)部分討論)，在介質(zhì)中沿x方向的行進(jìn)壓力波由振動(dòng)聲源產(chǎn)生。

也就是說(shuō)，在介質(zhì)中的壓力是x和t的函數(shù)并且在大氣壓上下波動(dòng)。如果我們定義聲壓p(x，t)作為總壓力對(duì)大氣壓力的過(guò)量，則可寫作(等式2)：

p(x,t)＝P₀(x)cos(kx-ωt)＝p₀e^-ax cos(kx₀-ωt)

其中，P₀(x)是聲壓振幅，其為位置x的函數(shù)，并且等于p₀e^-αx,其中p₀＝P₀(0)，x＝0處的壓力振幅。其他參數(shù)包括角頻率ω＝2πf，傳播常數(shù)(或波數(shù))k＝2π/λ，以及介質(zhì)的衰減系數(shù)α。

在水中，α近似為在兆赫范圍內(nèi)的頻率的線性增長(zhǎng)函數(shù)。

衰減系數(shù)α描述了主要通過(guò)吸收和散射過(guò)程從聲波到介質(zhì)的能量傳遞。吸收主要通過(guò)粘性摩擦將聲能不可逆轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)化成熱。在組織內(nèi)或細(xì)胞的水性懸液中，存在非均相性(inhomogeneity)。

散射是一種過(guò)程，其中非均相將一些聲能重新定向到原始波傳播路徑以外的區(qū)域。如果非均相的密度高，則可發(fā)生多重散射。換言之，在這種情況下，聲能在吸收減少前可能會(huì)在幾個(gè)非均相中來(lái)回散射數(shù)次。在水中，衰減系數(shù)α常被忽略，并且在等式(2)中乘法因子e^-αx被認(rèn)為是1。

頻率和波長(zhǎng)對(duì)于聲波而言不是獨(dú)立的，它們通過(guò)fλ＝c的關(guān)系關(guān)聯(lián)，其中c成為相速度。在水中的相速度在20℃時(shí)約等于1500m/s。

注意，如果x＝x₀，在等式2中的p(x,t)變?yōu)?/p>

p(x,t)＝P₀(x)cos(kx₀-ωt)＝p₀e^-ax₀cos(kx₀-ωt)；

這樣，在平面x＝x₀上的任意一點(diǎn)的聲壓力按時(shí)間(in time)發(fā)生正弦變化，相位變?yōu)閗x₀-ωt。每個(gè)點(diǎn)具有相同相位的平面或表面稱為波前。具有一組平面作為波前并且可被等式(2)代表的聲波常被叫做無(wú)聚焦平面行進(jìn)波。當(dāng)頻率f高于一般人類可聽(tīng)范圍(f≥20kHz)，這種類型的聲波就被叫做超聲波(US)。原則上，用等式(2)描述的行進(jìn)波的波前具有無(wú)限的大小。然而，在實(shí)踐中，簡(jiǎn)單的聲源通常是呈現(xiàn)壓電效應(yīng)并且具有有限長(zhǎng)度半徑a的圓形陶瓷盤，常常稱之為活塞聲源。由活塞源產(chǎn)生的超聲波的性質(zhì)與平面行進(jìn)波的性質(zhì)截然不同，它取決于比例α/λ。在α>>λ的情況下，在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的聲波(后續(xù)定義)表現(xiàn)為具有圓形橫截面的超聲波束。在波束中，特別是接近波束軸，聲壓可接近于等式(2)所述。

超聲與氣泡形成和空化之間的相互作用：

自由氣泡和微泡的基本物理性質(zhì)導(dǎo)致了“聲音空化”，其指在聲波的激發(fā)下，空氣氣泡或氣體氣泡、囊和腔相關(guān)的活動(dòng)。有兩種關(guān)于聲孔效應(yīng)應(yīng)用的氣泡：自由氣泡和封裝微泡(EMB)，如圖2所示。自由氣泡通常是由來(lái)自周圍液體內(nèi)的空氣、其他氣體或氣體蒸氣所填充的腔。與EMB不同，它們沒(méi)有人工邊界以防止空氣或氣體從氣泡內(nèi)泄漏。由于各種原因，它們?cè)谝后w中不穩(wěn)定。它們可能漂浮在液體頂部并且在重力的影響下消失或可能由于表面張力而被成為所謂的“拉普拉斯壓力不平衡”而溶解到液體中或聚結(jié)到更大的氣泡中。微觀自由氣泡可以穩(wěn)定地存在于固體表面或小的灰塵顆?；螂s志上的裂縫或不規(guī)則處。那些微觀泡沫的大小隨著超聲波的時(shí)間延長(zhǎng)而增大，如圖1所示。

因此，空化的形成與超聲波的波形動(dòng)態(tài)有關(guān)。

慣性(瞬態(tài))和非慣性(穩(wěn)態(tài))空化傳輸

有兩種類型的聲音空化：(1)“慣性”和(2)“非慣性”。慣性空化，以前稱為“瞬態(tài)”空化，通常發(fā)生在聲壓振幅足夠高并且高于閾值水平。這種情況下，EMB首先在體積上增長(zhǎng)，然后猛烈地爆炸。

如果EMB的核心是高κ(＝Cp/Cv)的氣體，在爆炸過(guò)程中可能產(chǎn)生高溫，并且可能產(chǎn)生高反應(yīng)的自由基。對(duì)于一些生物或其他效應(yīng)，慣性空化可能是需要的，但對(duì)于其他的，應(yīng)該避免。

非慣性空化，以前稱為“穩(wěn)態(tài)”空化，通常發(fā)生在液體中的EMB被迫振蕩，僅具有相對(duì)較小到適度增加或減小的半徑，如圖2所示(非共振狀態(tài))，外部生產(chǎn)的壓力振幅不太高時(shí)。

在液體或生物組織中，波形和超聲傳播相關(guān)的聲微流和剪應(yīng)力是非線性偏微方程。通常，在介質(zhì)中的行進(jìn)平面波的傳播速度是介質(zhì)粒子速度的函數(shù)。

如果超聲波的幅度變?yōu)橄喈?dāng)大(在診斷和治療中的許多應(yīng)用屬于這種類別)，線性近似不再保持；導(dǎo)致聲流—一種在聲場(chǎng)中穩(wěn)定的直流(DC)的流動(dòng)，能再次導(dǎo)致氣泡形成和坍塌以及強(qiáng)烈的熱效應(yīng)。與聲致孔(sonoporation)相關(guān)的聲流現(xiàn)象之一是微流，其導(dǎo)致液體內(nèi)的重復(fù)內(nèi)爆、沖擊波和熱點(diǎn)形成，隨后快速淬火，然后循環(huán)回到再循環(huán)式的沖擊波增長(zhǎng)。

在許多工業(yè)、化學(xué)、生物和藥輸送應(yīng)用中，超聲波的振動(dòng)效應(yīng)很受歡迎，但是空化效應(yīng)在超聲傳遞下會(huì)損壞材料并且導(dǎo)致減損總體的振動(dòng)效應(yīng)的熱效應(yīng)。

本發(fā)明的目的在于提供一種用于獲得具有減少的空化或熱效應(yīng)的超聲振動(dòng)的方法和裝置。這是通過(guò)擾亂在超聲傳遞過(guò)程中的以下因素而實(shí)現(xiàn)：

(1)通過(guò)將傳輸時(shí)間減少到400毫秒以下，擾亂超聲傳遞(UT)的定時(shí)時(shí)序。圖1示出，對(duì)于與400毫秒以下超聲波相關(guān)的當(dāng)前波形動(dòng)態(tài)的典型的正弦超聲波，可減少內(nèi)爆-沖擊波-熱點(diǎn)熱效應(yīng)的形成。最佳的空化回避是將循環(huán)降至400毫秒以下。任意地，在下述裝置中選擇使用100毫秒代替400毫秒循環(huán)周期。然而循環(huán)周期可是200或300或其他小于400毫秒的變化形式。其他非限制例子包括：改變超聲波定時(shí)為400毫秒以下，例如從第一波形的大約40毫秒到大約90毫秒，以及第二波形從大約10毫秒到大約50毫秒，比如對(duì)于第一先導(dǎo)波形為80毫秒，對(duì)于第二跟隨波形為20毫秒，或者其他變形，其中包括第一先導(dǎo)波形和第二跟隨波形分別為70/30毫秒或90/10毫秒。

(2)傳統(tǒng)超聲波限于正弦波形，因?yàn)檫@是轉(zhuǎn)換器的限制。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器發(fā)射基于正弦波的波形，如圖13所示，其顯示不論傳遞到轉(zhuǎn)換器上的電信號(hào)的波形，機(jī)械力作為正弦波形發(fā)射。為了提供一種無(wú)空化的超聲傳播，轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)需要被修改為允許傳遞到轉(zhuǎn)換器的電子信號(hào)與所得到的機(jī)械波形之間進(jìn)行匹配，如圖14所示。

(3)提供無(wú)空化超聲傳播的另一種手段是交變(型)波形。在圖1中，聲壓在壓縮正和擴(kuò)張負(fù)的變化最終導(dǎo)致了內(nèi)爆、沖擊波、熱效應(yīng)，即空化。在正常的400毫秒時(shí)間段內(nèi)，存在空化效應(yīng)的建立。通過(guò)破壞建立模式，可迫使空化超聲傳遞在第一循環(huán)周期和隨后的聲循環(huán)周期中最小化或不形成。使用交變波形動(dòng)態(tài)替換正弦波形可用于破壞空化形成。圖5示出使用交變信號(hào)減小了空化增長(zhǎng)，如圖1所示，通過(guò)使用至少兩個(gè)波形，波形A是與波形B不同的波形動(dòng)態(tài)。圖5中，波形A是鋸齒波形，其具有低于100毫秒，理想狀態(tài)下50毫秒的定時(shí)功能。在可形成任意空化增長(zhǎng)模式之前，波形A變換成波形B，一個(gè)全然不同的波形動(dòng)態(tài)。在圖5中波形B是方波形。參考回圖1，這個(gè)交變波形(從一個(gè)波形，例如鋸齒或正弦到另一個(gè)波形，例如方波)，中斷了空化形成并且在超聲傳遞中消除了空化生長(zhǎng)軌跡。

圖5示出依賴于4個(gè)元件的無(wú)空化超聲傳播：

元件1：僅在30毫秒內(nèi)展現(xiàn)的波形引發(fā)序列，例如鋸齒形，其用于將材料、化學(xué)試劑或生物結(jié)構(gòu)引發(fā)至超聲波。在藥物傳遞中，鋸齒形波形用于擴(kuò)張皮膚的孔，如圖28所示。

元件2：波形“A”傳播。

元件3：波形“B”傳播，波形B應(yīng)該是不同于波形A的波形。

波形之間的零距離以緩解超聲波傳播，借此避免進(jìn)一步空化。

可用各種組合影響交變的波形動(dòng)態(tài)，包括：圖6：(A)正弦波到鋸齒波；(B)圖7：正弦波到方波；(C)圖8：鋸齒波到方波；(D)圖10：三角波到方波。交變波形的任意組合都可用于減少空化超聲波。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器能夠機(jī)械地傳遞地傳遞電供給的波形，從第一波形至任一其他的第二波形，其中波形為以下任意一種：正弦波形、鋸齒波形、方波形和三角波形。

較佳地，第一波形和第二波形是不同的。

(4)最小化超聲波的另一方法是使用在傳播階段自動(dòng)損失能量的波形傳播，從而永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到常規(guī)正弦波相關(guān)的內(nèi)爆、沖擊波和熱電效應(yīng)。采用三角波形動(dòng)態(tài)，如圖9所示，波形在頻率范圍內(nèi)滑落，導(dǎo)致振幅下降，也可用于避免空化的形成。

(5)在圖11中，通過(guò)超聲傳播相關(guān)的占空比或定時(shí)周期其中之一的改變，切換超聲波形以實(shí)現(xiàn)空化降低。圖11中，占空比是變化的，以使得波形每隔若干毫秒切換。在圖12中，定時(shí)周期是可變的，以使得在改變波形循環(huán)前的間隙時(shí)段中交流波動(dòng)態(tài)是無(wú)效的。該間隙時(shí)段是完全無(wú)效信號(hào)，這再次阻止了圖1中的增長(zhǎng)模式，并且防止空化形成。

可采用改變或組合波形的其他變形，以避免空化超聲波，本發(fā)明人不希望受到此文描述的組合的限制。

本發(fā)明的這些或其他目的可通過(guò)應(yīng)用各種超聲頻率、強(qiáng)度、振幅和/或相位調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，以控制經(jīng)皮流向的通量以達(dá)到無(wú)空化超聲傳遞，采用超聲波的振動(dòng)效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)定向的、無(wú)空化的超聲的目的。

發(fā)明概述

本發(fā)明的一方面是相位調(diào)制的應(yīng)用、交變波形、定時(shí)周期和頻率調(diào)制以實(shí)現(xiàn)更有效的超聲傳播，其顯示了很少或無(wú)空化效應(yīng)或熱效應(yīng)。

本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供在超聲波裝置內(nèi)無(wú)空化超聲波的方法，其中超聲信號(hào)采用兩個(gè)或兩個(gè)以上波形的組合，從而中斷聲信號(hào)的增長(zhǎng)以防止空化。

本發(fā)明的另一方面是交變波形的組合，通過(guò)超聲傳播裝置(一種將供給它的電子波進(jìn)行機(jī)械傳遞的轉(zhuǎn)換器)實(shí)現(xiàn)無(wú)空化超聲。

本發(fā)明的另一方面是能夠?qū)㈦姽┙o的波形機(jī)械地傳遞并從第一波形變?yōu)槿我黄渌牡诙ㄐ蔚霓D(zhuǎn)換器，其中波形為以下任意一種：正弦波形、鋸齒波形、方波形和三角波形。

本發(fā)明的另一方面是能夠傳遞無(wú)空化超聲的轉(zhuǎn)換器，它在轉(zhuǎn)換器的頂面采用反射器以將超聲信號(hào)返回到目標(biāo)。

本發(fā)明的另一個(gè)方面是能夠傳遞無(wú)空化超聲的轉(zhuǎn)換器，它采用一個(gè)或多個(gè)在陣列中的單獨(dú)轉(zhuǎn)換器盤或單元，其設(shè)置在不銹鋼面板上，并且使得所述面板發(fā)出諧波超聲，所述諧波超聲與從固定到面板上的轉(zhuǎn)換器盤所發(fā)出的超聲波是共振的，其中面板和轉(zhuǎn)換器盤陣列被不銹鋼面板和塊狀殼體之間的柔性泡沫橡膠層的塊所覆蓋，從而增加轉(zhuǎn)換器的總體強(qiáng)度和整個(gè)聲音傳輸?shù)谋砻鎱^(qū)域的直徑。

本發(fā)明的另一個(gè)方面是傳遞無(wú)空化超聲的方法，其針對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生聲音模式，其為球形并且避免在射束輪廓中的低谷，從而避免對(duì)經(jīng)受超聲波傳輸?shù)哪繕?biāo)材料產(chǎn)生空化效應(yīng)。

本發(fā)明的另一個(gè)方面是傳遞無(wú)空化超聲的方法，其采用一個(gè)或多于一個(gè)交變的聲波波形，其中一個(gè)波形為三角波前，其中該波前的頻率和振幅隨時(shí)間減小，從而防止超聲傳播中空化或熱效應(yīng)的增長(zhǎng)。

本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征，將在下面的說(shuō)明書中逐步闡述，并且這些部分通過(guò)以下內(nèi)容的檢驗(yàn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，或者可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐而被知悉。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

結(jié)合附圖可更好理解本發(fā)明的前述概述和后續(xù)細(xì)節(jié)的描述。為了達(dá)到更好地理解本發(fā)明的目的，在附圖中示出了優(yōu)選的實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于示出具體的布置和手段。

圖中：

圖1為常規(guī)聲波在形成導(dǎo)致空化的內(nèi)爆、沖擊波和熱效應(yīng)的效果。

圖2為由于空化超聲波導(dǎo)致的氣泡形成和坍塌的圖示。

圖3為通過(guò)空化超聲波可產(chǎn)生藥物降解的圖示。

圖4示出了空化超聲波的壓縮效應(yīng)和擴(kuò)張效應(yīng)。

圖5示出了通過(guò)使用交變波形動(dòng)態(tài)可產(chǎn)生空化下降，其中波形A后跟隨一個(gè)不同結(jié)構(gòu)的波形B傳播。

圖6為正弦波形到鋸齒波形的組合。

圖7位正弦波形到方波形的組合。

圖8位鋸齒波形到方波形的組合。

圖9是采用三角波形動(dòng)態(tài)的圖示，其中波形在頻率范圍內(nèi)滑落，導(dǎo)致振幅下降，以避免空化形成。

圖10為三角波形組合到方波形組合。

圖11顯示了通過(guò)切換超聲波性定時(shí)周期而導(dǎo)致空化下降。

圖12顯示了使用定時(shí)周期打斷空化形成；

圖13顯示，不論傳遞到轉(zhuǎn)換器的電子信號(hào)的波形為何種，機(jī)械力作為正弦波形發(fā)射。

圖14示出了新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換器，其利用特殊轉(zhuǎn)換器構(gòu)造，其通過(guò)允許在傳遞到轉(zhuǎn)換器的電子信號(hào)與所得到的機(jī)械波形之間進(jìn)行匹配，提供無(wú)空化超聲傳播。

圖15是改進(jìn)的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，其利用反射器設(shè)計(jì)將超聲波向目標(biāo)聚焦。

圖16示出了使“松散”超聲傳輸最小化并將超聲信號(hào)在一個(gè)方向聚焦的反射轉(zhuǎn)換器。

圖17是利用反射器設(shè)計(jì)將超聲向目標(biāo)聚焦的改進(jìn)的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，并且示出了在面板上轉(zhuǎn)換器盤的放置模式。

圖18示出了二進(jìn)制或堆疊的轉(zhuǎn)換器配置。

圖19示出了“C型單元件轉(zhuǎn)換器盤”。

圖20示出了轉(zhuǎn)換器反射殼體。

圖21示出了9-元件轉(zhuǎn)換器陣列。

圖22示出了4-元件轉(zhuǎn)換器陣列。

圖23為顯示能夠傳遞無(wú)空化超聲傳遞的轉(zhuǎn)換器塊形成的組裝圖。

圖24示出了用于實(shí)驗(yàn)1A和1B中的實(shí)驗(yàn)裝置。

圖25示出了實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果。

圖26A示出了，與普通胰島素相比，實(shí)驗(yàn)3中胰島素的結(jié)果。圖26A是未進(jìn)行超聲波的對(duì)照樣品的賴脯胰島素(Lispro)的高效液相色譜(HPLC)光譜。

圖26B是賴脯胰島素的高效液相色譜光譜，其經(jīng)歷了50毫秒鋸齒波跟隨50毫秒方波的交變的超聲傳播，示出對(duì)胰島素樣本無(wú)損傷。

圖27示出了由常規(guī)低能超聲波對(duì)胰島素產(chǎn)生的影響。

圖28示出了使用直接針對(duì)皮膚的鋸齒波形在皮膚上造成的孔徑效果。

圖29是產(chǎn)生交變波形的單元件轉(zhuǎn)換器在水下的聲波模式。

圖30是在25kHz和40kHz常規(guī)空化超聲傳播的射束輪廓對(duì)比。

圖31是在25kHz和40kHz常規(guī)正弦空化超聲傳播的射束輪廓對(duì)比。

圖32是在60kHz常規(guī)空化超聲波傳遞的射束輪廓的對(duì)比。

圖33是在80kHz和100kHz常規(guī)的空化超聲傳播的射束輪廓對(duì)比。

圖34是用于產(chǎn)生無(wú)空化超聲的電交變超聲波發(fā)生器的電路圖。

圖35顯示了平面波聲源及其波前。

發(fā)明詳述

轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

在圖13中，常規(guī)壓電轉(zhuǎn)換器的功能，其一般被設(shè)計(jì)為采用可將電子信號(hào)轉(zhuǎn)化成機(jī)械振動(dòng)能量的壓電晶體。不論傳遞給轉(zhuǎn)換器的電子信號(hào)波形為何種，都會(huì)產(chǎn)生正弦超聲波形，進(jìn)而產(chǎn)生圖1和圖2中描述的空化效應(yīng)。

圖14示出了改進(jìn)轉(zhuǎn)換器的功能，其中傳遞到轉(zhuǎn)換器的電子信號(hào)，被純粹地復(fù)制為轉(zhuǎn)換器的輸出。傳遞正弦電子傳播作為超聲正弦波形機(jī)械力輸出。同理，傳遞鋸齒波形、三角波形或方波形電子傳播也各自按照超聲鋸齒波形、三角波形或方波形的機(jī)械力輸出。這種類型的轉(zhuǎn)換器消除或最小化了微氣泡和空化和所產(chǎn)生熱的形成，而這些可損害藥物或皮膚。

圖15是改進(jìn)的轉(zhuǎn)換器的示意圖，轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生交變的超聲傳播，如圖14所示，其中機(jī)械波形按照被傳遞到壓電晶體的電子波形。

具體地，轉(zhuǎn)換器由圖5所示的壓電晶體或磁限阻(magneto restrictive)晶體(1)組成，其被夾在控制從晶體(1)發(fā)射出的機(jī)械力振動(dòng)方向的兩個(gè)覆蓋層之間。在轉(zhuǎn)換器底部，聲膜層(5)允許聲音信號(hào)通過(guò)且不受阻攔。晶體(1)的頂部，非聲滲透材料(2)通過(guò)氣隙(7)返回機(jī)械力，所述氣隙位于兩個(gè)膜封蓋(2)和(5)之間。封蓋(2)和(5)封裝晶體(1)并且通過(guò)柔性橡膠連接器連接，例如置于頂部封蓋(5)和底部封蓋(2)之間的海綿泡沫連接器(3)。橡膠塞或墊圈(4)置于兩側(cè)，并且密封整個(gè)轉(zhuǎn)換器到位。

傳遞到晶體(1)的電能使其機(jī)械振動(dòng)并且產(chǎn)生超聲力。機(jī)械力穿過(guò)空氣間隙到達(dá)轉(zhuǎn)換器頂部，在此通過(guò)頂部封蓋(2)的材料向下將機(jī)械力反射回，返回經(jīng)過(guò)頂部氣隙(7)到達(dá)轉(zhuǎn)換器，在此機(jī)械能穿過(guò)底部封蓋(5)并作為超聲波力(8)離開轉(zhuǎn)換器。當(dāng)晶體(1)振動(dòng)時(shí)，其使得橡膠塞(4)和海綿泡沫連接器(3)撓曲，使得整個(gè)封蓋(包括頂部的封蓋(2)和底部的封蓋(5))與晶體(1)諧振。結(jié)果是增強(qiáng)的超聲傳播，其輸送一個(gè)與輸送到轉(zhuǎn)換器的電子波形相相稱的波形形狀，如圖26B所示。

頂部封蓋(2)設(shè)計(jì)成用于反射超聲能量，使其向下穿過(guò)轉(zhuǎn)換器底部。常規(guī)轉(zhuǎn)換器在所有方向傳遞超聲，這降低其總體強(qiáng)度。對(duì)于頂部封蓋(2)的優(yōu)選材料是鈦箔。箔的內(nèi)部放置環(huán)氧樹脂的絕緣涂層以增強(qiáng)鈦箔對(duì)從晶體(1)發(fā)出的超聲保持剛性和非諧振反應(yīng)的能力。通過(guò)將聲能向下重新聚焦，頂部封蓋增強(qiáng)了聲傳播的強(qiáng)度并避免能量浪費(fèi)。使用置于與橡膠塞配合的頂部封蓋(2)和底部封蓋(5)之間的海綿泡沫連接器(3)，允許轉(zhuǎn)換器彎曲，這很類似于揚(yáng)聲器，在超聲波傳輸(8)下這導(dǎo)致更強(qiáng)更密的傳播。封蓋(2)、(5)與晶體(1)之間的輕微氣隙(7)避免了對(duì)于轉(zhuǎn)換器的完全剛性并且增強(qiáng)了韌性能力。結(jié)果是一種高強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換器，其需要更少能量為其供電，并具有傳遞與傳遞到轉(zhuǎn)換器的電波形相匹配的機(jī)械超聲波形的功能。

在圖16中可見(jiàn)，轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換器頂部或側(cè)面?zhèn)鬟f零或非常小的超聲波，而大部分能量從轉(zhuǎn)換器底部向下引導(dǎo)，形成定向的超聲波傳輸。

圖17中，轉(zhuǎn)換器盤通常構(gòu)建在單一平面上。圖17示出了兩個(gè)固定在不銹鋼面板的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器盤，構(gòu)成所謂的標(biāo)準(zhǔn)傳導(dǎo)陣列。

圖18示出了由兩個(gè)轉(zhuǎn)換器(二進(jìn)制堆疊陣列)或一個(gè)堆疊陣列組成的堆疊陣列，其是一個(gè)接一個(gè)放置在頂部的多個(gè)轉(zhuǎn)換器。堆疊的陣列可增加超聲傳播的強(qiáng)度。采用堆疊的轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器基本上都安裝在彼此頂部，當(dāng)保持既定頻率水平時(shí)可增加超聲強(qiáng)度。在本發(fā)明中使用的堆疊轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)旨在增加強(qiáng)度同時(shí)提高轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的功率利用。

圖19示出了，“C”型轉(zhuǎn)換器盤使本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器單元緊湊和小尺寸。獲取直徑上僅為0.5英寸的轉(zhuǎn)換器大小。在本發(fā)明使用的小尺寸轉(zhuǎn)換器式使得轉(zhuǎn)換器能夠適應(yīng)用于藥物遞送應(yīng)用的經(jīng)皮貼片的尺寸，但是還有其他應(yīng)用并且具有其他尺寸。除此之外，小尺寸使得轉(zhuǎn)換器具有較少重量的潛力，更加有助于本發(fā)明的便攜性。

轉(zhuǎn)換器盤是附接到電力電纜的“C”型構(gòu)造。轉(zhuǎn)換器盤被覆蓋在聚合物外殼中,理想地由纖閃石^TM(URALITE)聚氨酯樹脂組成并稱為回聲密封樹脂,其用于避免兩個(gè)金屬蓋(圖15)之間短路并且對(duì)聲傳播提供聲音連接。

轉(zhuǎn)換器單元或轉(zhuǎn)換器盤的設(shè)計(jì)

圖15示出了超聲轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，其是本發(fā)明轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選實(shí)施例。從圖15中可見(jiàn)，轉(zhuǎn)換器40基于壓電盤(1)，例如市面可售的PZT4(比左克尼克公司(Piezokinetics Corp.)，貝爾豐特，賓州)，較佳地，沒(méi)有限制地連接于由鈦箔組成的兩個(gè)金屬蓋(2)和(5)之間。壓電盤(1)和端蓋(2)和(5)之間存在中空氣體空間(7)。端蓋(2)和(5)通過(guò)非導(dǎo)電粘合劑(3)連接于壓電盤(1)，形成與轉(zhuǎn)換器(4)的粘合分層結(jié)構(gòu)。聚合物涂層(6)置于頂部端蓋(2)和底部端蓋(5)內(nèi)，有助于減少端蓋對(duì)盤(1)產(chǎn)生的超聲的諧波反應(yīng)。端蓋(2)作為反應(yīng)器，在內(nèi)部涂層(6)的作用下，向轉(zhuǎn)換器底側(cè)的一個(gè)方向上引導(dǎo)超聲波，如箭頭(8)所示。

轉(zhuǎn)換器提供更適于可攜帶的超聲藥物傳遞裝置的薄的、緊湊的結(jié)構(gòu)。此外，這種轉(zhuǎn)換器更高效率地將將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槁曒椛涔β省Ｓ捎谄淇杀浑姵毓╇姷臐摿推湫∏奢p便的特點(diǎn)，也選擇這種設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換器。

圖16示出了，圖15所示的設(shè)計(jì)在從轉(zhuǎn)換器向一個(gè)方向的聲能發(fā)射，而不是在頂部或側(cè)面則無(wú)發(fā)射。

圖20示出了，如圖15所示的設(shè)計(jì)通過(guò)封蓋的使用，達(dá)到了從電到聲能機(jī)械的高效率轉(zhuǎn)化，高達(dá)88％，而基于聲轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)空穴聲具有低至18％的效率。反射器端蓋沿一個(gè)方向引導(dǎo)振動(dòng)。

如圖15所示的“C型”轉(zhuǎn)換器標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的制造

零件列表和逐步制造

零件列表

1壓電陶瓷材料：

PTZT4盤0.5英尺直徑，1mm厚度(PKI402)

SD 0.500-0.000-0.040-402

試劑供應(yīng)商：壓電動(dòng)力公司(Piezo Kinetics Inc.)，米兒路和派恩街，郵箱756(Bellefontte PA 16823)

2.鈦封端(帽)

材料：阿法埃莎，鈦箔，0.25mm厚，金屬基5％，貨號(hào)10385

實(shí)際供應(yīng)商：阿法埃莎，約翰麥尼公司(30Bond Street Ward Hill,MA01835-8099,USA)

3.粘合層

材料：灰膠45LV+催化劑15LV

試劑供應(yīng)商：Emerson&Cuming(46Manning Road Billerica,MA 01821)

4.低溫焊接

材料：英達(dá)洛伊焊料#1E，0.30英寸直徑x 3英尺長(zhǎng)

試劑供應(yīng)商：美國(guó)銦公司(The indium corporation of America)(1676Lincoln AVE UTICA NY 13502)

5.電線

材料：標(biāo)準(zhǔn)電線，規(guī)格/AWG：30

目錄號(hào)(供應(yīng)號(hào))：A3047B-100-ND

注：最高溫度：80℃

導(dǎo)體股線：7/38

電壓范圍：300V

導(dǎo)體數(shù)量：1

試劑供應(yīng)商：埃爾法電線公司(Alpha Wire Corporation)

6.外殼聚合物

材料：纖閃石FH3550A/B部

實(shí)際供應(yīng)商：HB福樂(lè)公司

7.乙醇

注意：200防水(至少)

8.砂紙

生產(chǎn)程序：逐步

制造參考圖4B

1.將燃料切割的鈦箔切割成許多小盤。材料：鈦箔(2)，圓形鋸齒直徑10.7mm。

2.磨光粗糙的邊緣。圓盤的一側(cè)產(chǎn)生邊緣。這些邊緣用砂(精密標(biāo)度)紙去除，材料：砂紙(8)

3.醇浴以去除通過(guò)打磨光盤產(chǎn)生的粉塵。材料：酒精(7)

4.將盤放入高壓力(1200托)成形工具(拋光面朝上)。

對(duì)于這一步設(shè)計(jì)定制的沖壓燃料以將盤成形為如圖2告知的尺寸。

5.在此磨光粗糙的邊緣。材料：砂紙(8)

6.浸入酒精去除粉塵。材料：酒精(7)

7.擦拭以去除盤上的酒精和粉塵。

8.用特殊測(cè)量筆測(cè)量蓋的厚度。

9.識(shí)別匹配的封蓋(通過(guò)厚度)。該步驟應(yīng)準(zhǔn)確，因?yàn)閮蓚€(gè)蓋之間的輕微差異在C類型中產(chǎn)生寄生諧振。

10.用酒精清潔壓電陶瓷盤陶瓷。材料：壓電盤(1)和酒精(7)。

11.使用環(huán)氧樹脂鍵在兩面上進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。材料：粘合環(huán)氧樹脂(3)和絲網(wǎng)印刷工具(類似T恤衫絲網(wǎng)印刷)。我們應(yīng)該形成環(huán)氧樹脂的膠環(huán)，以便將封蓋粘于盤上。這個(gè)環(huán)應(yīng)該準(zhǔn)確并且規(guī)則以避免寄生諧振。

12.將C類型放置在陶瓷盤上。

13.放入壓機(jī)中。這個(gè)壓機(jī)應(yīng)正好保持C類型在位?？梢允嵌ㄖ频墓ぞ撸渲袔讉€(gè)C類型保持在位。

14.將制件放置在烘箱中至少4小時(shí)，70℃。

15.在最大270℃下每片焊接4個(gè)點(diǎn)。材料：電線(5)和低溫焊料(4)。

通過(guò)上述生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換器是標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。為了形成層疊的陣列結(jié)構(gòu)，兩個(gè)或更多的轉(zhuǎn)換器直接堆疊到另一個(gè)頂部并組裝在一起，如圖4C所示。為了形成陣列，轉(zhuǎn)換器通常在聚合物或環(huán)氧樹脂粘結(jié)材料內(nèi)電并聯(lián)，如圖6所示，以單獨(dú)單元形式或以堆疊的結(jié)構(gòu)形式。

圖21示出了封裝在環(huán)氧樹脂塊中的具有9個(gè)轉(zhuǎn)換器盤環(huán)能器陣列的原始設(shè)計(jì)。

圖22示出了四個(gè)轉(zhuǎn)換器盤連接在不銹鋼面板上的最終設(shè)計(jì)。在圖21示出的設(shè)計(jì)中，在每個(gè)轉(zhuǎn)換器盤上方有9個(gè)獨(dú)立的超聲傳播單元構(gòu)成模塊，位于各轉(zhuǎn)換器盤上。在圖22中，四個(gè)轉(zhuǎn)換器盤在其各自傳播之間產(chǎn)生諧波并且使面板在更大的傳播區(qū)域上傳遞均一的、單一的、更大的傳播。

轉(zhuǎn)換器塊

圖23是改進(jìn)的轉(zhuǎn)換器的示意圖，其產(chǎn)生交變的超聲傳遞，如圖5和圖17所示，是兩個(gè)固定在不銹鋼面板上的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的陣列，并且被塊材料所覆蓋，塊材料有助于引導(dǎo)超聲傳播通過(guò)面板并朝向目標(biāo)。圖23A、B、和C示出了對(duì)于這個(gè)塊轉(zhuǎn)換器陣列的組裝步驟。

實(shí)驗(yàn)-1

正弦曲線和交變的超聲傳播在自來(lái)水中的溫度比較

參考圖24所示的結(jié)構(gòu)。包含1000ml的自來(lái)水(40)的玻璃燒杯(30)放置在磁力攪拌器上。在燒杯內(nèi)，磁力攪拌棒(32)在水中緩慢旋轉(zhuǎn)。

使用超聲的單一轉(zhuǎn)換器尖端(34)將超聲探頭(35)放置于水中。尖端可以是正弦超聲波尖端，或是實(shí)施本發(fā)明的產(chǎn)生超聲交變波形傳播(38)的尖端。超聲生成器(37)通過(guò)線纜(36)給超聲探頭(35)供電。

使用由索尼克馬特瑞公司(Sonic and Materials Inc.)(新市鎮(zhèn)，CT)生產(chǎn)的型號(hào)VCX130pb的聲振動(dòng)單元模型作為超聲生成器(37)，其為正弦超聲生成器和探頭，和根據(jù)本發(fā)明由川司德冒公司(Transdermal Spec ialities,Inc.)(布魯莫爾，賓州)生產(chǎn)的B2交變超聲生成器進(jìn)行溫度對(duì)比實(shí)驗(yàn)。交變系統(tǒng)采用如圖22所示的超聲4-單元陣列，而常規(guī)探頭在尖端只有一個(gè)探頭。

在超聲應(yīng)用于1000ml自來(lái)水5分鐘后，振動(dòng)單元(Vibracell)系統(tǒng)出現(xiàn)5.5℃溫度提升，強(qiáng)烈空化的證明。

在超聲應(yīng)用于1000ml自來(lái)水5分鐘后，B2交變超聲生成器在溫度上產(chǎn)生一個(gè)-0.9℃的變化，0.9℃的下降。基本上，在燒杯中水的溫度沒(méi)有變化，輕微的溫度下降是由于水停留(sitting out)。如果從交變系統(tǒng)產(chǎn)生任何空化，那么溫度都會(huì)上升。

實(shí)驗(yàn)2

正弦轉(zhuǎn)換器和通過(guò)交變超聲轉(zhuǎn)換器引起的流體流動(dòng)性的溫度比較

參考圖25，實(shí)驗(yàn)放置1克自來(lái)水在轉(zhuǎn)換器表面并且觀測(cè)效果。

在第一輪中，采用由索尼克馬特瑞公司(Sonic and Materials Inc.)(新市鎮(zhèn)，CT)制造的索尼克振動(dòng)單元模型NO VCX130pb(Sonic Vibra Cell Model)，該常規(guī)探頭在尖端只有一個(gè)單元，其為正弦超聲生成器并用于探測(cè)溫度比較實(shí)驗(yàn)，倒置以確定對(duì)1克水的視覺(jué)上的影響。觀察表明從液態(tài)到氣態(tài)快速轉(zhuǎn)化，這是空化的表現(xiàn)。

用根據(jù)本發(fā)明的(Transdermal Specialities,Inc,BROOMALL PA)制造的B2交變超聲生成器在此重復(fù)此實(shí)驗(yàn)，交變系統(tǒng)采用如圖22所示的超聲4元件陣列，產(chǎn)生了噴泉，實(shí)際上將水從轉(zhuǎn)換器表面擠出，沒(méi)有檢測(cè)到可感知的熱量，也沒(méi)有觀察到蒸汽。

這些實(shí)驗(yàn)再次表明，交變超聲傳播沒(méi)有顯示出空化力，還顯示來(lái)自轉(zhuǎn)換器陣列的將液體垂直移動(dòng)的振動(dòng)力。

實(shí)驗(yàn)3

對(duì)經(jīng)過(guò)正弦超聲波或交變超聲波形處理的賴脯胰島素進(jìn)行一系列HPLC分離測(cè)定。

圖26的圖表中可見(jiàn)，1克賴脯胰島素具有對(duì)照所示的HPLC光譜，因?yàn)橐葝u素不經(jīng)受超聲波處理。

在圖26B的圖表中，1克賴脯胰島素經(jīng)受超過(guò)持續(xù)暴露8小時(shí)的交變超聲傳播處理，其中為50毫秒鋸齒波隨后為50毫秒方波。這個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了于對(duì)照相同的HPLC光譜，表明胰島素沒(méi)有降解。

圖27顯示了通過(guò)正弦超聲傳播對(duì)1克胰島素引發(fā)的損害，其中采用先前試驗(yàn)中描述的Sonic Vibra Cell(型號(hào)VCX130pb),其采用常規(guī)聲尖端，其為正弦超聲發(fā)生器。暴露時(shí)間僅為1分鐘，在這種情況下，胰島素HPLC光譜展現(xiàn)了藥物的嚴(yán)重降解。這是由于空化。藥物的溫度在1分鐘的暴露下上升了4.3℃。

實(shí)驗(yàn)4

使用交變超聲傳遞以實(shí)現(xiàn)皮膚的孔徑擴(kuò)張以及所有大分子藥物的傳遞

圖28示出人體皮膚的孔徑在使用交變超聲傳播的影響。據(jù)信，鋸齒元件對(duì)皮膚施加水平力。采用尸體表面皮膚，鋸齒元件促使擴(kuò)張皮膚孔隙并且將開口從5微米擴(kuò)張到10微米。

實(shí)驗(yàn)5

空化超聲和交變超聲傳播之間的射束分析和對(duì)比

圖29示出了根據(jù)如圖22所示的本發(fā)明的4元件轉(zhuǎn)換器配置的單元件轉(zhuǎn)換器的射束傳播，其根據(jù)圖5所述的設(shè)計(jì)，傳播50毫秒鋸齒波跟隨50毫秒方波交替?zhèn)鞑ァ?/p>

如圖15和16所示，在有色水中(圖29)超聲傳播顯示了傳播從轉(zhuǎn)換器沿一個(gè)方向發(fā)出。

觀察與紙接觸的超聲傳遞的射束輪廓，在圖30所示的25kHz和40kHz頻率的交變傳播，在兩次獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)中都示出了基本一致的球形傳播圖案。

圖31示出了在24kHz和40kHz采用正弦超聲傳播的射束輪廓。射束輪廓是畸形的并且強(qiáng)度熱效應(yīng)在圖案上有交叉點(diǎn)?？栈?5kHz較強(qiáng)而在40kHz較弱。

圖32和圖33示出了在60、80、100kHz多個(gè)峰值點(diǎn)的正弦射束圖案。

射束分析表明，正弦超聲，即使以較低頻率，也會(huì)在目標(biāo)上產(chǎn)生不規(guī)則圖案，并且在聲傳播的波谷，可觀察到強(qiáng)烈的空化和熱效應(yīng)。

裝置設(shè)計(jì)

圖34是根據(jù)本發(fā)明的能夠?qū)o(wú)空穴超聲波發(fā)生器輸送到轉(zhuǎn)換器的超聲波發(fā)生器的電路圖，該轉(zhuǎn)換器型號(hào)為BKR-101 1-27。

下述是根據(jù)本發(fā)明的無(wú)空化電路的零件列表，無(wú)空化電路具有給特殊轉(zhuǎn)換器供電的能力，在4元件陣列中，總功率輸出500mW/cm²，23-30kHz頻率中，其中每個(gè)轉(zhuǎn)換器元件發(fā)出50毫秒方波，125mW/cm²強(qiáng)度，如圖34所示。

下述是用于如圖34所示的無(wú)空化超聲生成器的轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)慕蛔兂曭?qū)動(dòng)板的零件列表：

下述為用在圖34所示的轉(zhuǎn)換器無(wú)空化超聲生成器的交替超聲波配電板零件列表。

下述為用于如圖34所述的轉(zhuǎn)換器無(wú)空化超聲波發(fā)生器的交變超聲底架的零件列表。

本發(fā)明的裝置旨在提供某些主要功能：

a)采用新轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)換器陣列，其產(chǎn)生一個(gè)或更多不同超聲波形，可減少或消除在經(jīng)受超聲處理的目標(biāo)上超聲產(chǎn)生空化和加強(qiáng)熱效應(yīng)的趨勢(shì)。

b)采用新轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)換器陣列，其產(chǎn)生一個(gè)或更多不同超聲波形，可提供更高的功率利用效率并且有助于避免過(guò)度空化對(duì)目標(biāo)材料的破壞性影響。

c)通過(guò)改變?cè)谌我徊ㄐ紊洗嬖诘臅r(shí)間的定時(shí)，當(dāng)在超聲波傳輸中使用一個(gè)或更多交變聲波形時(shí)，可中斷空化形成和增長(zhǎng)。

d)進(jìn)一步通過(guò)在超聲波傳播中不同的交替聲波之間的定時(shí)周期中安裝停用周期，可中斷超聲傳遞空化形成和增長(zhǎng)。

e)公開了轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)以及裝置或制造，該設(shè)計(jì)能夠通過(guò)單元件轉(zhuǎn)換器和通過(guò)轉(zhuǎn)換器陣列提供無(wú)空化傳播，這使得轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生與傳遞到該裝置上的電子信號(hào)相似的機(jī)械波形。

f)空化超聲的損害作用已經(jīng)在藥物相互作用中得到證明，其中發(fā)現(xiàn)賴脯胰島素用常規(guī)信號(hào)波形聲能的正弦超聲會(huì)降解。常規(guī)超聲的射束輪廓呈現(xiàn)不規(guī)則形狀的傳播能量，伴隨在聲波圖案中強(qiáng)烈的熱效應(yīng)，但是用交變超聲傳播波形不會(huì)發(fā)現(xiàn)伴隨這樣的圖形。

經(jīng)上述已經(jīng)描述的本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到對(duì)于裝置的涉及和功能存在很多變形，但是涉及和功能的這些變形均被認(rèn)為落在本發(fā)明公開范圍內(nèi)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的廣義概念的情況下，可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變形。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的特定實(shí)施例，而旨在覆蓋所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有變形。