УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ГЛАУКОМЫ И БЛИЗОРУКОСТИ Российский патент 1996 года по МПК A61B17/36 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в офтальмологии.

Известен ультразвуковой инструмент для воздействия на биологическую ткань, содержащий источник возбуждения продольных механических УЗК, трансформатор колебательной скорости и волноводный инструмент экспоненциальной формы с витыми канавками с переменным шагом, уменьшающимся в сторону рабочего наконечника, выполненного в виде съемного конического рабочего раструба с кольцевидным основанием (а. с. N 1066583 от 15. 01. 84 (бюл. N 2, 1984 г. ).

Сложность расчета и технологического изготовления витой части волновода, использование малоэффективных ферромагнитных источников возбуждения, их соединение с трансформаторами колебательной скорости с помощью клея снижает надежность работы инструментов и ограничивает область их применения. Кроме того, низкая эффективность преобразования продольных УЗ колебаний в комплексные, сложность волноводного согласования источника возбуждения с рабочими волноводными наконечниками из-за отсутствия возможности механической настройки снижает в конечном счете эффективность лечения.

Целью изобретения является повышение эффективности преобразования продольных ультразвуковых колебаний в комплексные со значительным преобладанием крутильной (сдвиговой) составляющей, расширение функциональных возможностей инструмента за счет использования его для лечения не только глаукомы, но и близорукости при одновременном упрощении конструкции, технологии изготовления и технической настройки и достигается тем, что в ультразвуковом инструменте для лечения глаукомы и близорукости, включающем скрепленные цилиндрические вибратор и волновод, содержащий рабочий наконечник в виде раструба с кольцевым основанием и несколько равномерно удаленных друг от друга и размещенных под углом к образующей пазов, выполнены полыми, вибратор с элементом обратной связи и волновод с элементом преобразования продольных УЗ колебаний в крутильное (сдвиговое), одновременно выполняющий функцию концентратора с перемычкой между раструбом и остальной частью волновода, при этом длина раструба равна (1/4+2n/4)λ_кр,, где n целое число 0, 1, 2. λ_кр длина волны крутильных колебаний, длина остальной части волновода с наклонными пазами равна (1/4)λ_пр, где λ_пр. длина продольной упругой волны, наклон пазов выполнен в диапазоне от 30^o до 45^o, a расстояние между перемычкой и пазами равно (1/4)λ_кр, торец волновода со стороны вибратора выполнен посадочным и центрирующим, а вибратор и волновод стянуты шпилькой, установленной в резьбовых соединениях перемычки волновода и узла крепления вибратора, при этом на свободном конце шпильки на расстоянии (1/4)λ_кр со стороны узла крепления размещена тарировочная масса. При этом внешний диаметр кольцевого рабочего основания раструба для лечения близорукости равен диаметру склеральной проекции цилиарного тела, а для лечения глаукомы равен диаметру лимбальной области.

На фиг. 1 изображен ультразвуковой инструмент для лечения глаукомы без защитного корпуса, на фиг. 2 и 3 конструктивные особенности инструментов для лечения близорукости с защитным корпусом, механически закрепленным в узловой точке на фланце (на фиг. 2 с бесступенчатым вибратором, а на фиг. 6 со ступенчатым малым перепадом диаметра на длине (1/4)λ_пр.; на фиг. 3 изображено распределение узлов и пучностей сдвиговой (крутильной) составляющей комплексных УЗК инструмента, на фиг. 4 распределение узлов и пучностей продольной компоненты комплексных УЗК; на фиг. 5 распределение узлов и пучностей на стяжной волноводной шпильке.

Пример конструктивного исполнения ступенчатого пьезоэлектрического вибратора с элементами 14 и 15 обратной связи показан на фиг. 7 а (вверху), где черной жирной линией отмечены места (изоляции) снятия поверхностного напыления при нанесении токопроводящего слоя на внешней поверхности вибратора 1. Внутренняя часть токопроводящего слоя вибратора 1 остается без изменения.

Токопроводящая полоска 14 по длине вибратора 1 совместно с токопроводящим ободком 15 в верхней части вибратора совместно с общей внутренней токопроводящей поверхностью (обкладкой) образуют датчик обратной связи для регистрации резонансной частоты и амплитуды УЗ колебаний.

Ультразвуковой инструмент для физико-терапевтического лечения глаукомы и близорукости содержит (см. фиг. 1, фиг. 2 и 6) пьезоэлектрический источник возбуждения вибратор 1 продольных УЗК, выполненный в виде полого цилиндра размером 10•6•37 волноводной длиной . Волновод 2, выполняющий одновременно функции трансформатора колебательной скорости и преобразователя продольных колебаний в крутильные, включающий в себя и конструктивно выполненный, как одно целое: рабочий наконечник с кольцевидным основанием, выполненный в виде полого цилиндра 3 или раструба 4 длиной торсион 5 с наклонными пазами 6 под углом 30^o-45^o к образующей и длиной , перемычку (фланец) 7, расположенный в узловой точке с внешней резьбой (М16•0,75) для крепления корпуса 8 и внутренней - (М3•0,75) для стяжной шпильки 9. Инструмент содержит также шайбу 10 и стяжную гайку 11, а также тарированную массу, выполненную в виде диска 12 с контргайкой 13 и установленную на расстоянии , где ; ;
где С_сд скорость распространения упругой волны сдвига,
С_cж скорость распространения волны сжатия в материале,
F резонансная частота пьезоэлектрического источника возбуждения продольных УЗ колебаний (вибратора 1).

Работа ультразвукового инструмента поясняется чертежами (фиг. 1 5) и заключается в следующем: при подаче переменного выходного напряжения УЗ генератора на внешнюю и внутреннюю обкладки пьезоэлектрического источника возбуждения вибратора 1 последний возбуждается на собственной резонансной частоте , где С_сж скорость распространения упругой волны сжатия в материале пьезоэлектрического вибратора, λ_пр длина упругой волны сжатия в данном материале, преобразовывая энергию электрических колебаний УЗ генератора в энергию механических продольных УХ колебаний вибратора 1. Продольные механические колебания УЗ частоты от вибратора 1 передаются для усиления и преобразования волновода 2 в комплексные, включающий в себя: волноводный рабочий наконечник с кольцевидным основанием, выполненный в виде полого цилиндра 3 (см. фиг. 1) для лечения глаукомы или раструба 4 (фиг. 2) для лечения близорукости, торсион 5 с наклонными пазами 6 под углом 30^o-45^o к образующей, преобразующий продольные колебания вибраторов в крутильные (сдвиговые) колебания на рабочих наконечниках, перемычку фланец 7, расположенный в узловой точке для обеспечения механического резьбового соединения всех элементов УЗ инструмента в единую электромеханическую систему с помощью стяжной шпильки 9 и шайбы 10 и гайки 11, заключенную в корпус 8. Механическое крепление с помощью стяжной шпильки 9, шайбы 10 и гайки 11 к перемычке 7 волновода 2 обеспечивает надежный акустический контакт в переходных зонах между вибратором 1 и торсионом 5 как для крутильной (фиг. 3), так и для продольной (фиг. 4) компонент, составляющих комплексных УЗ колебаний кольцевидного основания рабочих наконечников. Резьбовые соединения с помощью стяжной шпильки 9 и механизма крепления 10, 11 обеспечивают необходимый натяг в указанных зонах стыка (в отличие от клеевого соединения), а также упрощают инструмент в техническом исполнении и сам процесс его настройки, ремонта, что имеет немаловажное значение при серийном выпуске и в процессе их эксплуатации.

Для повышения эффективности лечения, исключения кавитационных явлений при физиотерапевтическом лечении глаукомы, близорукости колебания на кольцевидном основании рабочего инструмента 3 (фиг. 1) и 4 (фиг. 2 и 6) должны быть разных векторных направлений с преобладанием крутильной составляющей.

Указанное преобразование продольных УЗК от вибратора 1 в комплексные осуществляется торсионом 5 с наклонными пазами 6, расположенными на волноводе 2 со стороны крепления. Чем больше наклонных пазов, тем эффективнее процесс преобразования. Однако увеличение числа пазов приводит к уменьшению устойчивости к изгибным колебаниям, динамической жесткости и прочности перемычек. Поэтому за оптимальное значение берут 6-8 пазов в зависимости от диаметра и "живого" сечения стенок волновода 2.

Для удобства работы инструментом волноводную длину l₁ рабочего наконечника 3 и 4 выбирают равной , где n=0, 1, 2 целое число, λ_кр длина волны сдвиговых упругих волн, , т.е. , , где Сcд. скорость распространения упругой волны сдвига в материале, например, из титана для K_т-7, у которого Сож 4,9•10⁶ мм/с и Ссд 2,83•10⁶ мм/с, тогда при n=0 на частоте возбуждения F=44,5 кГц, l₁=15,8 мм, а при n=1 на той же частоте F= 44,5 кГц l₁=47,6 мм. В обоих случаях длину l₁ цилиндрической части торсиона 5 выбирают равной , являющейся входной частью волновода 2, одновременно выполняющей функции трансформатора колебательной скорости сдвиговых волн. Для обеспечения условия согласования продольной компоненты комплексных УЗК общую длину l₂ волновода 2 и входной части трансформатора сдвиговых волн выбирают равными: ; . Для приведенного примера на частоте возбуждения 44,5 кГц, l₂=26 мм, .

На фиг.5 в качестве примера приведен характер распределения узлов и пучностей на стяжной шпильке 9 продольных УЗК по отношению к точке возбуждения 8 со стороны узла механического крепления вибратора 1.

На основе характера распределения узлов и пучностей по длине всего инструмента (фиг. 3 5) для различных компонентов комплексных Уз колебаний, а также согласно законам классической нелинейной акустики, изменение резонансной длины l₁ ^oCl₄ составляющих элементов инструмента приводит к изменению характера приведенного к источнику возбуждения 1 входного акустического сопротивления Z_вх.мех. Если изменение длины l лежит в области , то входное акустическое сопротивление носит массовый характер или жесткостный при
Z_вх.мех.JW•M, если
Z_вх.мех.1/JWX•M если
, где М масса, W циклическая частота, K жесткость.

В этой связи для механической точной волноводной настройки введена тарированная масса, выполненная в виде диска 12, перемещающегося по резьбе шпильки 9 на длину с последующей фиксацией с помощью контргайки 13.

Точная настройка путем перемещения тарированной массы 12 создает дополнительный момент инерции, увеличивающий нагрузочную способность волноводного инструмента и его добротность, как механического избирательного контура одного из элементов единой электромеханической резонирующей системы ультразвукового инструмента в целом.

Изобретение позволяет реализовать физиотерапевтический метод лечения открытоугольной глаукомы и детской близорукости, исключающий травматичность тканей глаза благодаря контуру автоматического управления акустическим режимом работы ультразвукового инструмента и временем воздействия ультразвуковых колебаний по сигналу обратной связи. ЫЫЫ1 ЫЫЫ2 ЫЫЫ3 ЫЫЫ4 ЫЫЫ5 ЫЫЫ6

Использование: в медицинской технике, а именно в офтальмологических устройствах. Сущность: ультразвуковой инструмент для лечения глаукомы и близорукости содержит скрепленные цилиндрические вибратор и волновод, содержащий рабочий наконечник в виде раструба с кольцевым основанием и несколько равномерно размещенных под углом к образующей пазов, при этом вибратор и волновод выполнены полыми, вибратор снабжен элементом обратной связи, а волновод имеет перемычку между раструбом и остальной частью волновода, длина раструба равна (1+2n/4)λ_кр., где n - целое число, n=0, 1, 2, ..., λ_кр. - длина волны крутильных колебаний, длина остальной части волновода равна 1/4λ_пр, где λ_пр - длина продольной волны, наклон пазов выполнен в диапазоне от 30^o до 45^o, а расстояние между перемычкой и пазами равно 1/4λ_кр.,, торец волновода со стороны вибратора выполнен посадочным и центрирующим, а вибратор и волновод стянуты шпилькой, установленной в резьбовых соединениях перемычки волновода и узла крепления вибратора, при этом на свободном конце шпильки на расстоянии 1/4λ_кр. со стороны узла крепления размещена тарировочная масса, внешний диаметр раструба равен диаметру склеральной проекции цилиарного тела или диаметру лимбальной области. Технический результат: повышение эффективности преобразования продольных ультразвуковых колебаний в комплексные. 2 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. Ультразвуковое инструмент для лечения глаукомы и близорукости, включающий скрепленные цилиндрические вибратор и волновод, содержащий рабочий наконечник в виде раструба с кольцевым основаннием и несколько равномерно размещенных под углом к образующей пазов, отличающийся тем, что вибратор выполнен полым с элементом обратной связи, волновод выполнен полым с перемычкой между раструбом и остальной частью волновода, при этом длина раструба равна (1+2n/4)λ_кр. где n 0, 1, 2, n целое число; λ_кр.- длина волны крутильных колебаний, длина остальной части волновода равна 1/4λ_пр., где λ_пр. длина продольной волны, наклон пазов выполнен в диапазоне 30 - 45^o, а расстояние между перемычкой и пазами равно 1/4λ_кр., торец волновода со стороны вибратора выполнен посадочным и центрирующим, а вибратор и волновод стянуты шпилькой, установленной в резьбовых соединениях перемычки волновода и узла крепления вибратора, при этом на свободном конце шпильки на расстоянии 1/4λ_кр., со стороны узла крепления размещена тарировочная масса. 2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что внешний диаметр раструба равен диаметру склеральной проекции цилиарного тела. 3. Инструмент по п. 1 отличающийся тем, что внешний диаметр раструба равен диаметру лимбальной области.