АППАРАТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТЕРАПИИ Российский патент 2001 года по МПК A61N7/00 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при лечении: остеохондрозов, урологических, гинекологических, нервно-мышечных, суставных и др. заболеваний, лечение которых целесообразно с применением ультразвука.

В медицинской практике широко применяются аппараты для ультразвуковой терапии, использующие диапазон частот 800 кГц - 3 МГц. Это отечественные аппараты типа УЗТ и др., зарубежные аппараты: ЕСО, US-3, Sonotur; Sonopuls; Nemectroson 400. Из перечисленных аналогов в качестве прототипа примем отечественный аппарат типа УЗТ, а именно УЗТ-107 Ф. (Паспорт) тА3.836.077 ПС, 1992, производства Малоярославецкого приборного завода.

Использование частотного диапазона около 1-3 МГц позволяет, с одной стороны, воздействовать на организм пациента акустическим полем достаточно высокой для физиотерапии интенсивности (от 0,05 до 1 Вт/см² и выше) при достаточной глубине проникновения акустической энергии (до 6-7 см).

При этом высокочастотные колебания воздействуют на ткани организма на клеточном и субклеточном уровнях, повышают скорость биохимических процессов, ускоряют проникновение лекарственных препаратов в подкожные области и способствуют усвояемости лекарств.

Известные аппараты для ультразвуковой терапии, работающие в диапазоне частот 1-3 МГц, в том числе и прототип, включают в себя:
- излучатель ультразвуковой энергии, состоящий из корпуса, в котором закреплена одна пьезокерамическая пластина, к электродам которой через электрический кабель подсоединен выход усилителя электрической мощности, ко входу которого подсоединен выход устройства формирования частоты излучаемого сигнала, а к управляющему входу усилителя мощности подсоединен выход устройства управления, которое формирует временные и амплитудные параметры импульса излучения.

Недостатком такого устройства является то, что в подавляющем большинстве процедур процесс выполняется непосредственно обслуживающим персоналом, который должен на протяжении всей процедуры перемещать излучатель в заданной области тела пациента, обеспечивая при этом надежный контакт излучающей поверхности с телом пациента. Такая степень участия обслуживающего персонала делает процедуру трудоемкой, а качество выполнения процедуры субъективным. Кроме того, при внутриполостном проведении процедур, например при ректальном размещении излучателя, последний закрепляется неподвижно в этом случае, учитывая конечность облучаемых объемов, возможно неравномерное облучение области воздействия.

Предлагаемые настоящей заявкой изменения аппарата для ультразвуковой терапии позволяют ограничить участие обслуживающего персонала в процессе процедуры закреплением излучателя на теле пациента и установкой заданных режимов работы аппарата.

А во время проведения процедуры (10 -15 мин) обслуживающий аппарат оператор должен будет только наблюдать за состоянием пациента и правильностью функционирования аппарата.

Сущность изобретения заключена в следующем:
1. Излучающая поверхность излучателя ультразвуковой энергии составлена из излучающих поверхностей нескольких (например, 3-х и более) электроакустических преобразователей, а усилительное устройство составлено из нескольких (например, 3-х и более) усилителей электрических сигналов, выход каждого из которых соединен со входом соответствующего электроакустического преобразователя, а вход каждого усилителя соединен с одним из выходов устройства формирования частоты, которое составлено из нескольких каналов формирования частоты, частота сигналов на выходе каждого из которых в каждый момент времени отличается от частоты сигналов на выходе других каналов формирования частоты этого же устройства.

Предложенное техническое решение позволит при значительных волновых размерах суммарной площади излучающей поверхности всех электроакустических преобразователей, составляющих излучатель аппарата избежать недопустимо высокой концентрации энергии в облучаемом объеме тела пациента.

2.1. Выходы каналов устройства формирования частоты соединены со входами усилителей усилительного устройства через многоканальное устройство коммутации электрических сигналов, которое, подключая в разные моменты времени разные выходы устройства формирования частоты ко входам разных усилителей усилительного устройства, изменяет во времени частоту облучения заданных объемов тела патента.

2.2. Выход каждого канала устройства формирования частоты соединен со входом смесителя, второй вход которого соединен с выходом частотного модулятора, а выход смесителя соединен с соответствующим фильтром суммарной (разностной) частоты, при этом управляющий вход частотного модулятора соединен с выходом управляющего программного блока, который осуществляет управление изменением частоты модулятора в соответствии с заданной программой.

Технические решения, предложенные в пп.2.1 и 2.2, позволяют путем изменения во времени частоты сигналов облучения заданных объемов тела пациента при постоянстве геометрических размеров изменять во времени волновые размеры элементов облучаемых объемов что, в свою очередь, приводит к изменению положения максимумов и нулей акустической энергии, обеспечивая равномерное облучение объектов лечения без механического перемещения излучателя, т.е. без непосредственного участия обслуживающего персонала.

3. При значительных размерах области воздействия ультразвуком количество электроакустических преобразователей, составляющих излучатель, может достигать 10 и более. В этом случае, если каждый электроакустический преобразователь, входящий в излучатель, оснастить своим усилителем, то устройство может оказаться громоздким, а учитывая, что каждый преобразователь нужно возбуждать частотой, отличающейся от частоты возбуждения других, полоса частот устройства окажется широкой, что создает дополнительные сложности при реализации.

В то же время, если принять линейные размеры излучающей поверхности одного преобразователя 5.7 мм, то можно допустить, чтобы разными частотами возбуждались только соседние преобразователи.

В этом случае заметная концентрация энергии нескольких преобразователей может произойти на расстоянии более 10 см, когда с расстоянием интенсивность излучения каждого преобразователя заметно уменьшится.

Таким образом, определив линейные размеры одного преобразователя, входящего в излучатель аппарата, равными нескольким длинам волн (например, 1... 10), а форму излучающей поверхности по периметру преобразователя в виде правильного шестигранника, получим, что для обеспечения возбуждения разными частотами соседних преобразователей достаточно 3-х разночастотных каналов электрического возбуждения электроакустических преобразователей излучателя аппарата.

Возможность осуществления изобретения подтверждается структурной схемой аппарата, которая представлена на чертеже, и имеет следующий перечень условных обозначений:
1 - излучатель ультразвуковых колебаний, составленный из нескольких (например, 10) электроакустических преобразователей;
2 - электроакустические преобразователи в момент времени T1, излучающие сигнал частоты, например, F1;
3 - электроакустические преобразователи в момент времени T1, излучающие сигнал частоты, например, F2;
4 - электроакустические преобразователи в момент времени Т1, излучающие сигнал частоты, например, F3;
5 - управляющий программный блок, который, например, аналогично прототипу построен на основе микропроцессора, через три выхода которого подаются команды управления амплитудами электрических сигналов на выходе трех усилителей, а через три другие выходы подаются сигналы управления коммутаторами;
6 - усилитель электрического сигнала возбуждения преобразователей "2" усилительного устройства 23;
7 - усилитель электрического сигнала возбуждения преобразователей "3" усилительного устройства 23;
8 - усилитель электрического сигнала возбуждения преобразователей "4" усилительного устройства 23;
9 - коммутатор устройства коммутации 24, переключающий частоту сигнала усилителя 6;
10 - коммутатор устройства коммутации 24, переключающий частоту сигнала усилителя 7;
11 - коммутатор устройства коммутации 24, переключающий частоту сигнала усилителя 8;
12 - канал формирования сигнала частотой F1 устройства формирования частоты 22;
13 - канал формирования сигнала частотой F2 устройства формирования частоты 22;
14 - канал формирования сигнала частотой F3 устройства формирования частоты 22;
15 - фильтр сигнала частоты F1+FM устройства формирования частоты 22;
16 - фильтр сигнала частоты F2+ FM устройства формирования частоты 22;
17 - фильтр сигнала частоты F3+ FM устройства формирования частоты 22;
18 - частотный модулятор, генерирующий сигнал частоты, изменяющийся во времени FM, входящий в устройство формирования частоты 22;
19 - смеситель сигналов частоты F1 и FM устройства формирования частоты 22;
20 - смеситель сигналов частоты F2 и FM устройства формирования частоты 22;
21 - смеситель сигналов частоты F3 и FM устройства формирования частоты 22;
22 - устройство формирования частоты;
23 - усилительное устройство;
24 - устройство коммутации.

Предлагаемый аппарат ультразвуковой терапии представлен структурной схемой на чертеже. Аппарат включает в себя элементы, перечисленные в перечне.

Излучатель 1 составлен из нескольких (например, 10) электроакустических преобразователей, которые путем электрического соединения разделены на группы, каждая из которых объединяет преобразователи одного номера: номера 2 - одна группа, номера 3 - другая группа и номера 4 -третья группа.

Преобразователи каждой группы подсоединены к выходу одного из усилителей 6; 7; 8, которые при функционировании управлением объединены в единое усилительное устройство 23.

Преобразователи группы 2 подсоединены к выходу усилителя 6; преобразователи группы 3 подсоединены к выходу усилителя 7; преобразователи группы 4 подсоединены к выходу усилителя 8.

Каждый из усилителей 6; 7; 8 усилительного устройства 23 имеет управляющий вход, который соединен с одним из трех соответствующих выходов управляющего программного блока 5. Управляющий программный блок 5 через три другие свои управляющие выходы соединен с управляющими входами коммутаторов 9; 10; 1, которые по управлению объединены в устройство коммутации 24 и представляют из себя дешифраторы-мультиплексоры, построенные, например, на базе микросхем 155КП5. Сигнальные выходы коммутаторов соединены со входами соответствующих усилителей: выход коммутатора 9 соединен со входом усилителя 6; выход коммутатора 10 - со входом усилителя 7; выход коммутатора 11 - со входом усилителя 8.

Каждый из коммутаторов 9; 10; 11 устройства коммутации 24 имеет по три входа, через которые каждый коммутатор подсоединен к трем каналам формирования сигналов с частотами Fl, F2, F3, 12; 13; 14 через соответствующие фильтры 15; 16; 17 и смесители 19; 20; 21 устройства формирования частоты 22.

Частоты каналов формирования сигналов частотой F1, поз. 12; частотой F2 - поз. 13; частотой F3 - поз. 14 сформированы в одном устройстве формирования частоты поз. 22 от кварцевого резонатора с частотой, например, 200 МГц путем деления частоты кварцевого резонатора на разные коэффициенты деления в разных каналах.

Коммутаторы 9; 10; по командам от управляющего командного блока 5 в разное время подключают на вход усилителей выходы разных каналов формирования частоты, обеспечивая таким образом распространение в заданном объеме "мозаичного" по частоте акустического поля.

При сравнительно больших волновых размерах излучающих поверхностей (например, больше 5 длин волн) электроакустических преобразователей 2; 3; 4 для обеспечения равномерного облучения целесообразно использовать широкополосный сигнал.

Для расширения полосы девиации частоты излучаемого сигнала в состав устройства формирования частоты 22 аппарата включен частотный модулятор 18, управляющий вход которого соединен c выходом управляющего программного блока 5, а сигнальный выход соединен со входами смесителей 19; 20; 21.

Другой вход каждого из смесителей соединен с выходом соответствующего канала формирования частоты 12; 13; 14, а выходы смесителей соединены с соответствующими входами фильтров суммарной (разностной) частоты, выходы которых соединены со входами коммутаторов 9; 10; 11.

Работает аппарат следующим образом:
Излучатель 1 закрепляется на теле пациента, например, для лечения остеохондроза в области шейных позвонков. При этом излучатель может представлять из себя изделие типа коврика из резины или другого эластичного звукопрозрачного материала, на котором близко друг к другу почти вплотную приклеены шестигранные пьезоэлектрические пластины, являющиеся электроакустическими преобразователями групп 2; 3; 4. Каждая из указанных групп преобразователей возбуждается сигналами соответствующего усилителя. Группа 2 возбуждается сигналами усилителя 6, группа 3 - сигналами усилителя 7, группа 4 - сигналами усилителя 8.

При этом каждый из усилителей 6; 7; 8 в соответствии с программой, установленной в управляющем программном блоке 5, получает управляющий сигнал, которым в каждый момент времени устанавливается заданное значение амплитуды сигнала. В эти же промежутки времени по соединениям управляющего программного блока 5 с коммутаторами 9; 10; 11 и модулятором 18 периодически, например, через 1 мс, выдаются команды на переключение в коммутаторах 9; 10; 11 и изменение частоты модулятора 18.

При этом, например, в момент времени Т1 модулятор 18 генерирует сигнал частотой FM1, канал формирования частоты 12 генерирует сигнал частотой F1, которые поступают на соответствующие входы смесителя 19, а с выхода смесителя 19 через фильтр 15 сигнал суммарной (разностной) частоты F1+ FM1 поступает через коммутатор 9 на вход усилителя 6 и далее усиленный сигнал возбуждает преобразователи группы 2.

Одновременно с выхода канала формирования частоты 13 сигнал частотой F2 поступает на вход смесителя 20, на второй вход которого поступает сигнал с модулятора 18 частотой FM1, а с выхода смесителя 20 через фильтр 16 сигнал суммарной частоты F2+FM1 поступает через коммутатор 10 на вход усилителя 7 и далее усиленный сигнал возбуждает преобразователи группы 3.

В то же время с выхода канала формирования частоты 14 сигнал частотой F3 поступает на вход смесителя 21, на второй вход которого поступает сигнал с модулятора 18 частотой FM1, а с выхода смесителя 21 через фильтр 17 сигнал суммарной частоты F3+FM1 поступает через коммутатор 11 на вход усилителя 8 и далее усиленный сигнал возбуждает преобразователи группы 4.

В следующий момент времени Т2, например через 1 мс, коммутаторы 9; 10; 11 по команде от управляющего программного блока 5 произведут соответствующее переключение на своих входах, и сигнал суммарной (разностной) частоты F1+ FM2 с выхода смесителя 19 и фильтра 15 через коммутатор 10 поступит на вход усилителя 7 и далее возбудит преобразователи группы 3. А в это же время Т2 сигнал частоты F2 от канала формирования частоты 13, просуммированный в смесителе 20 с сигналом частоты FM2 модулятора 18, суммарной частоты F2+FM2 на выходе фильтров 16, через коммутатор 11, усиленный усилителем 8, возбудит преобразователи группы 4. В этот же момент времени Т2 сигнал частоты F3 от канала формирования частоты 14, просуммированный в смесителе 21 с сигналом частоты FM2 модулятора 18, суммарной частоты F3+FM2 на выходе фильтра 17 через коммутатор 9, усиленный усилителем 6, возбудит преобразователи группы 2. И далее в момент времени Т3, например еще через 1 мс, произойдет смена частоты модулятора 18 на частоту FM3, произойдет перекоммутация входов коммутаторов 9; 10; 11 и соответственно изменится частота возбуждения групп преобразователей 2; 3; 4.

Изменение частоты возбуждения закрепленных на теле пациента электроакустических преобразователей создаст в заданном объеме мозаичное по частоте, изменяющееся во времени акустическое поле, что позволит исключить недопустимую концентрацию энергии, снизить трудоемкость и повысит надежность процесса ультразвуковой терапии.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно при проведении ультразвуковой физиотерапии. Аппарат содержит излучатель ультразвуковых колебаний, излучающая поверхность которого составлена из электроакустических преобразователей, соединенных через усилители с устройством формирования частоты, включающим несколько каналов формирования, каждый из которых выполнен с собственной частотой на выходе. Управляющий вход каждого усилителя соединен с соответствующим выходом управляющего программного блока, который через свои другие управляющие выходы соединен и через устройства коммутации с соответствующими усилителями. Изобретение позволяет автоматизировать проведение процедуры и ограничить участие обслуживающего персонала. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Аппарат для ультразвуковой терапии, содержащий излучатель ультразвуковых колебаний, усилительное устройство, устройство формирования частоты сигнала излучения и управляющий программный блок, отличающийся тем, что усилительное устройство составлено из нескольких усилителей, выход каждого из которых соединен со входом соответствующего электроакустического преобразователя, излучающие поверхности которых составляют излучающую поверхность излучателя, вход каждого усилителя соединен с одним из выходов устройства формирования частоты, включающего несколько каналов формирования частоты, каждый из которых выполнен с частотой сигнала, на выходе отличной от других, управляющий вход каждого усилителя соединен с соответствующим выходом управляющего программного блока, который через другие свои управляющие выходы соединен с управляющими входами коммутаторов устройства коммутации, сигнальные выходы которых соединены со входами соответствующих усилителей, при этом каждый из коммутаторов также подсоединен к соответствующим каналам формирования частоты через соответствующие фильтры сигнала частоты и смесители сигналов частоты, входы которых подключены к сигнальному выходу частотного модулятора, при этом его управляющий вход соединен с выходом управляющего программного блока. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что излучающая поверхность электроакустического преобразователя выполнена в виде правильного шестигранника с длиной грани от 1 до 10 волн рабочей частоты, при этом преобразователи, грани которых расположены не смежно, электрически соединены между собой.