МНОГОПУЧКОВЫЙ ГЕНЕРАТОР ФОКУСИРОВАННЫХ УДАРНЫХ ВОЛН Российский патент 2005 года по МПК A61B17/225 

Предлагаемое изобретение относится к технике преобразования электрической энергии в энергию акустических ударных волн и может найти применение в медицинских установках для дробления почечных и желчных камней, в онкологии и в терапии различных патологических процессов.

Известны многопучковые генераторы ударных волн, содержащие пьезоэлектрические излучатели, размещенные либо на сферической, либо на плоской, либо на цилиндрической поверхности и подключенные к генераторам импульсного напряжения с блоком управления [1, 2].

Недостатками этих устройств является их невысокая надежность, обусловленная низкой электрической прочностью пьезокерамики из-за несовершенства структуры материала и довольно быстрого старения при работе в режимах, характерных для генераторов в литотриптерах.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является многопучковый генератор фокусированных ударных волн, содержащий электромагнитные слабофокусирующие излучатели, размещенные симметрично оси генератора таким образом, что их геометрические фокусы совмещены в одной точке на оси генератора, и первый разрядный контур, состоящий из включенных в разрядную цепь катушек излучателей, каждая из которых коммутируется с отдельным конденсатором и подключена параллельно к первому общему управляемому разряднику [3].

Это устройство обеспечивает получение наиболее высоких значений амплитуд давления в фокусе рефлектора и компактную зону фокусировки как в продольном, так и в поперечном направлении. Однако для ряда почечных и желчных камней повышение амплитуды давления является недостаточно эффективным для быстрого и полного разрушения на мелкие фрагменты. Требуется использовать новые режимы дробления, например, дробление последовательностью из двух ударных волн с регулируемым в микросекундном диапазоне интервалом между ними. Такие режимы дробления известные устройства обеспечить не могут.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности дробления почечных и желчных камней и в расширении диапазона показаний к применению генератора в медицинской практике.

Технический результат достигается тем, что в многопучковом генераторе ударных волн, содержащем электромагнитные слабофокусирующие излучатели, размещенные симметрично оси генератора таким образом, что их геометрические фокусы совмещены в одной точке на оси генератора, и первый разрядный контур, состоящий из включенных в разрядную цепь катушек излучателей, каждая из которых коммутируется с отдельным конденсатором и подключена параллельно к первому общему управляемому разряднику, предлагается ввести второй разрядный контур, при этом каждая катушка излучателя включена в два разрядных контура, а общий управляемый разрядник второго контура выполнен с удвоенной электрической прочностью и его управляющий подключен к дополнительному каналу формирования импульса запуска разрядника с регулируемой временной задержкой относительно первого общего управляемого разрядника.

Предлагается также выполнить генератор с четным числом слабофокусированных электромагнитных излучателей, при этом соседние излучатели включить в различные разрядные контура.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами. На фиг.1 показана конструкция многопучкового генератора ударных волн, в котором слабофокусирующие электромагнитные излучатели выполнены в виде сферических сегментов с большим радиусом кривизны. На фиг.2 показан вариант с двумя разрядными контурами, в котором каждые соседние излучатели включены в различные контуры. На фиг.3 показан вариант предлагаемого генератора, в котором каждый излучатель включен в два разрядных контура.

Устройство (фиг.1а) состоит из основания 1, на котором установлены симметрично относительно оси n излучателей ударно-волновых акустических импульсов электромагнитного типа таким образом, что их оси пересекаются в точке фокуса каждого из излучателей. На фиг.1б показано пространственное размещение излучателей для варианта четырехпучкового генератора. Каждый излучатель состоит из индуктора, выполненного в виде спиральной катушки 2 с металлической мембраной 3 в форме сферического сегмента с радиусом кривизны, равным расстоянию от мембраны до фокуса. Индукторы и мембраны могут быть также выполнены плоскими. В этом случае перед мембраной устанавливается акустическая фокусирующая линза. В схемах включения катушек индукторов (фиг.2 и 3) каждая катушка включена в последовательную цепь с отдельным конденсатором емкостью С. Все эти цепи подключены параллельно управляемым разрядникам U1 и U2. На схеме по фиг.2 катушки излучателей разбиты на две группы, при этом соседние излучатели включаются в разные группы, каждая группа включена в свой разрядный контур со своим общим разрядником. На схеме по фиг.3 каждая катушка излучателей включена в два разрядных контура, в каждом из которых через общие разрядники контуров на катушку излучателя коммутируются отдельные конденсаторы, при этом разрядник контура, включаемого вторым, имеет удвоенную электрическую прочность по сравнению с разрядником первого контура и может быть подключен к каждой катушке и ее конденсатору рядом параллельно соединенных коаксиальных кабелей. Управляющие электроды разрядников U1 и U2 подключены к каналам формирования импульсов запуска разрядников с регулируемой временной задержкой относительно друг друга.

Устройство работает следующим образом. Предварительно все конденсаторы заряжаются до одинакового напряжения. Затем при подаче поджигающего импульса на управляющий электрод разрядника U1 каждый конденсатор разряжается через свою катушку индуктора, при этом в мембранах возбуждаются вихревые токи, взаимодействие которых с током в катушке приводит к ускорению мембран и возбуждению в жидкой среде, с которой контактируют мембраны, акустических ударно-волновых импульсов. Эти импульсы далее за счет кривизны мембраны фокусируются в зоне пересечения осей излучателей. Выбор диаметра излучателей достаточно малым по сравнению с их фокусным расстоянием приводит к тому, что в зоне пересечения фокусируемые пучки распространяются в виде плоских волн с углом наклона плоскостей фронтов, определяемым углом наклона оптических осей линз к оси генератора. При достаточно малом наклоне осей линз к оси генератора пучки в достаточно короткой зоне пересечения распространяются совместно, что приводит к эффективному нелинейному взаимодействию волн и формированию акустической ударной волны с достаточно большой амплитудой, характерной для использования при дроблении почечных и желчных камней. После прохождения первой ударной волны в течение промежутка времени, пока не закончились релаксационные процессы в камне (десятки, сотни микросекунд), включение разрядника U2 приводит к формированию второй ударной волны, которая усиливает разрушающее воздействие первой ударной волны. Периодическое воздействие такими парными импульсами обеспечивает повышенную эффективность дробления почечных и желчных камней. Предлагаемый генератор позволяет также реализовать режим вынужденной кавитации вблизи почечного камня, когда первый импульс создает в жидкости вблизи камня кавитационные пузырьки, а второй импульс через 200-500 мкс вынуждает эти пузырьки коллективно cхлопываться с образованием коротких вторичных ударных волн большой амплитуды, которые эффективно разрушают камень.

Второй разрядник должен обладать удвоенной электрической прочностью, т.к. в процессе пробоя в первом разрядном контуре он оказывается под удвоенным напряжением.

Предлагаемое техническое решение позволяет простыми средствами повысить эффективность дробления и расширить диапазон показаний к клиническому применению электромагнитных генераторов ударных волн.

Источники информации

1. Патент Великобритании №2140693, кл. А 61 В 17/22, опублик. 1984 г.

2. Патент ФРГ №3119295, кл. А 61 В 17/22, опублик. 1982 г.

3. Патент РФ №2118129, кл. А 61 В 17/225, приоритет 1996 г.

Изобретение предназначено для использования в медицинской технике при лечении заболеваний методами ударно-волновых воздействий. Устройство содержит электромагнитные слабофокусированные ударно-волновые акустические излучатели, размещенные симметрично относительно оси генератора таким образом, что их геометрические фокусы совмещены в одной точке на оси генератора, и первый разрядный контур, состоящий из включенных в разрядную цепь катушек излучателей, каждая из которых коммутируется с отдельным конденсатором и подключена параллельно к первому общему управляемому разряднику. Дополнительно введен второй разрядный контур, при этом каждая катушка излучателя включена в два разрядных контура, а общий управляемый разрядник второго контура выполнен с удвоенной электрической прочностью, и его управляемый электрод подключен к дополнительному каналу формирования импульса запуска разрядника с регулируемой временной задержкой относительно первого общего управляемого разрядника. Изобретение позволяет повысить эффективность разрушения почечных и желчных камней за счет реализации режима воздействия последовательностью из двух ударных волн с регулируемой задержкой между ними. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многопучковый генератор фокусированных ударных волн, содержащий электромагнитные слабофокусированные ударно-волновые акустические излучатели, размещенные симметрично относительно оси генератора таким образом, что их геометрические фокусы совмещены в одной точке на оси генератора, и первый разрядный контур, состоящий из включенных в разрядную цепь катушек излучателей, каждая из которых соединена с отдельным конденсатором, при этом они подключены параллельно к первому общему управляемому разряднику, отличающийся тем, что дополнительно введен второй разрядный контур, при этом каждая катушка излучателя включена в два разрядных контура, а общий управляемый разрядник второго контура выполнен с удвоенной электрической прочностью и его управляемый электрод подключен к дополнительному каналу формирования импульса запуска разрядника с регулируемой временной задержкой относительно первого общего управляемого разрядника.2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что он содержит четное число электромагнитных слабофокусированных излучателей, при этом соседние излучатели включены в различные разрядные контуры.