УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОЛОГИЧЕСКИЙ АППАРАТ Российский патент 2002 года по МПК A61N7/02 

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к электромедицинской урологической аппаратуре.

Предлагаемый ультразвуковой урологический аппарат предназначен для повышения эффективности лечения больных с хроническими воспалительными заболеваниями предстательной железы, семенных пузырьков, уретры, осложненных нарушением мочевыделительной и половой функции.

Известен аппарат электролазерный терапевтический урологический АЭЛТУ-01 "Яриго", имеющий параллельные канал электростимуляции с генерированием биполярных импульсов, канал лазерной стимуляции видимого диапазона с длиной волны излучения 0,63 мкм, канал лазерной стимуляции инфракрасного диапазона с длиной волны излучения 0,89 мкм (АО "Янинвест", 101952, Москва, Мясницкая, 35).

Недостатком аппарата АЭЛТУ-01 является недостаточная эффективность лечения, которое в основном основано на использовании катетера для электростимуляции. Лазерное излучение ведется через ткани организма и почти не проникает к предстательной железе.

Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип, является ультразвуковой терапевтический урологический аппарат УЗТ-103 для ректального воздействия, содержащий последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний, высоковольтный кабель и ультразвуковой излучатель ИУТ-0,88-4-8 с плоской излучающей поверхностью 4 см² (под ред. В.М. Богомолова. Техника и методики физиотерапевтических процедур. Справочник. -М.,: Медицина, 1983. - 352 с., глава 15, Ультразвуковая терапия).

При лечении заболеваний мочевого пузыря воздействие проводят на живот в надлонной области с интенсивностью 0,2-0,6 Вт•см^-2 по лабильной методике контактным способом. Воздействие на область промежности осуществляют контактным способом или через воду.

Недостатком устройства - прототипа является недостаточная эффективность при лечении заболеваний предстательной железы из-за того, чти через внутренние ткани и органы живота звуковая энергия слабо проникает. На частоте работы УЗТ-103, составляющей 880 кГц, глубина проникновения в мышечной ткани составляет около 5 см (А.Р. Ливенсон. Электромедицинская аппаратура. -М.: Медицина, 1981.-c.251, пятый абзац сверху).

Предлагаемый ультразвуковой урологический аппарат должен обеспечить эффективное ультразвуковое воздействие на предстательную железу и семенные пузырьки. Этот аппарат содержит последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний, кабель электропитания и ультразвуковой излучатель, создающий терапевтическую интенсивность ультразвука от 0,2 до 0,6 Вт•см^-2.

Для решения поставленной задачи ультразвуковой излучатель выполнен цилиндрическим с наружным диаметром d_нар, не выступающим за диаметр катетера, его внутренний диаметр выбирается из соотношения

где соответственно акустические импедансы пьезокерамики, из которой выполнен пьезокерамический излучатель, и внутренних органов человека,
η_AM- акустическо-механический коэффициент полезного действия,
нестабильность генератора для расчета относительной глубины пропускания.

Высота цилиндрического излучателя h выбирается такой, чтобы при расположении середины излучателя напротив сфинктера его характеристика направленности излучения охватывала предстательную железу. Рабочая частота генератора соответствует частоте резонанса цилиндрического излучателя. Пьезокерамика для излучателя выбирается с возможно малой скоростью распространения продольных колебаний в нем, а терапевтическую интенсивность ультразвука достигают с возможностью ее обеспечения на удаленной границе предстательной железы.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства.

На фиг.2 приведена геометрия пьезокерамического цилиндра излучателя.

На фиг.3 приведена конструкция пьезокерамического ультразвукового излучателя.

Ультразвуковой урологический аппарат (фиг.1) содержит последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний 1, кабель электропитания 2 и пьезокерамический ультразвуковой излучатель 3. Ультразвуковой излучатель 3 выполнен с цилиндрическим пьезоэлементом (фиг.2) с наружным диаметром d_нар, внутренним диаметром d_вн и высотой h. На пьезокерамический цилиндрический элемент 4 нанесена электроизоляция 5. Элемент 4 с наружным диаметром d_нар помещен в резиновый катетер 6, не выступающим за диаметр катетера 6.

Лечебная процедура с использованием ультразвукового урологического аппарата заключается в следующем. Ультразвуковой излучатель цилиндрического типа вводится в мочевой канал и располагается у сфинктера. В течение 5-10 минут создают ультразвуковое воздействие с интенсивностью 0,2 Вт•см^-2 в течение первых трех дней лечения, а потом в последующие дни - с интенсивностью 0,6 Вт•см^-2. Процедуры проводят ежедневно или через день. На курс лечения 8-10 процедур. Повторные курсы лечения (в случае необходимости) не ранее чем через 1-1,5 месяца.

Пьезоэлемент 4 цилиндрического типа выполняется с наружным диаметром d_нар таким, чтобы он не выступал за диаметр катетера, например:
d=5•10^-3 м.

Относительная глубина пропускания с учетом нестабильности генератора порядка:

Резонансная частота цилиндрического излучателя 3 определяется, как

где скорость распространения продольных колебаний в стержне (Подводные электроакустические преобразователи (Расчет и проектирование: Справочник/ В.В. Богородицкий, Л.А. Зубарев, Е.А. Корепин, В.И. Якушев.-Л.: Судостроение, 1983. -248 с. Глава 5. -С. 83-97).

Выбирается сегментомягкая пьезокерамика типа ЦТСНВ-1, которая имеет:
- модуль упругости Y=0,62•10¹¹ Пa,
- плотность ρ_к = 7200 кг•м^-3,
- скорость звука в стержне Ск=2900 м•с^-1.

Малая скорость звука в материале пьезокерамике (например, в ТБ-1 скорость звука 4360 м•с^-1; в ЦТС-19 скорость звука 3120 м•с^-1; в ЦТБС-3 скорость звука 3400 м•с^-1) обеспечивает наиболее низкую резонансную частоту ω_р, а работа на низких частотах обеспечивает наименьшее затухание в тканях человека.

Из практики известно, что акустико-механический коэффициент полезного действия на резонансной частоте примерно составляет η_ам =0,3. Скорость звука С_ТК в органах человека порядка С_ТК=1500 м•с^-1 (см., например, под ред. К. Хилла. Применение ультразвука в медицине: физические основы. -М.: Мир, 1989. -568с., -С.250). Удельное акустическое сопротивление в мягких тканях органов человека (В. С. Улащик, А.А. Чиркин. Ультразвуковая терапия. -Минск:" Беларусь", 1983.-c.l9) составляет
(ρC)_тк =1,7•10⁶ кг•м^-2•с^-1.

Удельное акустическое сопротивление пьезокерамики ЦТСНВ-1
ρ_кC_к =7200•2900=2,088•10⁷ кг•м^-2•с^-1.

Внутренний диаметр цилиндрического излучателя, выбирается по формуле изобретения и для рассматриваемого примера:

Чтобы обеспечить эффективное излучение ультразвука. рабочую частоту генератора 1 выбирают исходя из частоты резонанса излучателя:

При нахождении ультразвукового цилиндрического излучателя напротив сфинктера для равномерного облучения предстательной железы и семенных пузырьков необходимо, чтобы раствор основного лепестка характеристики направленности был порядка 30^o на уровне 0,7 по акустическому давлению. Как известно (см. , например, М.Д. Смарышев, Ю.Ю. Добровольский. Гидроакустические антенны. Справочник по расчету направленных свойств гидроакустических антенн. -Л.: Судостроение, 1984. -с. 135-151), характеристика направленности R(α) описывается выражением

где длина волны на частоте резонанса f_p излучателя,
С_тк - скорость звука в органах человека.

Приближенно раствор характеристики направленности по акустическому давлению на уровне 0,7 определяется в градусах как

и, следовательно, для рассматриваемого примера

Построение блоков устройства известно из практики. Смотрите, например, А.Л. Ливенсон. Электромедицинская аппаратура.- М.: Медицина, 1981. Глава IV. Ультразвуковая терапевтическая аппаратура. - с.250-277; А.Е. Евтютов, А.Е. Колесников, Е. А. Корепин и др. Справочник по гидроакустике. -Л.: Судостроение, 1988. Глава 7. Проектирование, конструктирование и изготовление гидроакустических преобразователей, -с. 259-299. Пьезокерамика типа ЦТСНВ-1 с необходимыми размерами входит в перечень пьезоэлементов, выпускаемых Волгоградским заводом пьезокерамических изделий "Аврора" (Россия, 400042, Волгоград, Шоссе Авиаторов. 1. Компания ООО "Аврора-Элма").

Изобретение используется в медицинской технике, а именно в электромедицинской урологической аппаратуре. Ультразвуковой урологический аппарат содержит последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний, кабель электропитания и пьезокерамический ультразвуковой излучатель с терапевтической интенсивностью от 0,2 до 0,6 Вт•см^-2. Ультразвуковой излучатель выполнен цилиндрическим с наружным диаметром, не выступающим за диаметр катетера, внутренний диаметр выбирается, исходя из обеспечения относительной ширины пропускания излучателя с учетом нестабильности генератора и нагрузки тканей человека на излучатель, высота цилиндрического излучателя напротив сфинктера выбирается так, что его характеристика направленности излучения охватывала предстательную железу, рабочая частота генератора выбирается на частоте резонанса цилиндрического излучателя. Изобретение позволяет повысить эффективность ультразвукового воздействия при проведении физиотерапевтической процедуры. 3 ил.

Ультразвуковой урологический аппарат, содержащий последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний, кабель электропитания и пьезокерамический ультразвуковой излучатель, создающий терапевтическую интенсивность ультразвука от 0,2 до 0,6 Вт•см^-2, отличающийся тем, что ультразвуковой излучатель выполнен цилиндрическим с наружным диаметром d_нар., не выступающим за диаметр катетера, его внутренний диаметр d_вн выбирается из соотношения

где ρ_Kc_K и (ρc)_TK - соответственно акустические импедансы пьезокерамики, из которой выполнен пьезокерамический излучатель, и внутренних органов человека;
η_AM - акустическо-механический кпд;
нестабильность генератора для расчета относительной глубины пропускания,
высота цилиндрического излучателя h выбирается такой, чтобы при расположении середины излучателя напротив сфинктера его характеристика направленности излучения охватывала предстательную железу, рабочая частота генератора соответствует частоте резонанса цилиндрического излучателя, пьезокерамика излучателя выбирается с возможно малой скоростью распространения продольных колебаний в нем, а терапевтическую интенсивность ультразвука достигают с возможностью ее обеспечения на удаленной границе предстательной железы.