УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК A61N7/02 A61B17/22 A61B18/00 B01D19/00 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области медицинского приборостроения, в частности к ультразвуковым терапевтическим устройствам, способным обеспечить многоточечную передачу энергии.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последние годы в медицине широко используются ультразвуковые волны для создания изображений пораженных органов и для бесконтактной терапии. Экспериментально было найдено, что низкоэнергетические ультразвуковые волны определенной частоты не только создают тепловой эффект, но также создают полезную мощность и биохимический эффект. В частности, эксперименты и исследования проведенные в последние годы, доказали, что следует учитывать биохимический эффект ультразвуковых волн, так же как их влияние на деятельность ферментов, ускоряя метаболизм клеток, стимулирующих синтез фибробласта человека и т.д. В частности, импульсный ультразвук низкой интенсивности в комбинации с цитокином может активировать мезенхимные стволовые клетки костного мозга, чтобы вызвать изменения в суставном хряще, и играет важную роль в заживлении поврежденного хряща, следовательно, этот вид импульса ультразвука может быть использован для обработки и ускорения восстановления повреждения мягкой ткани, вызывая рост костной ткани и освобождая пациента от нервнопатической боли. Интенсивные импульсы ультразвука, как средство атравматичной терапии, не причиняют какие-либо неприятные ощущения у пациента; следовательно, у этого способа имеются широкие прикладные перспективы.

Существующие низкоэнергетические ультразвуковые терапевтические устройства, подходящие для многоточечной передачи энергии, например, устройство, раскрытое а японском патенте JP 200481645 А, в котором каждый одиночный модуль обработки не имеет функции фокусировки и ультразвуковые волны, излучаемые каждым модулем, являются параллельными. Теоретически термин “фокусировка″ можно применить к определенной области, охватываемой ультразвуковыми волнами, но из-за дисперсии и интерференции обычных ультразвуковых волн, “фокусировка″ не может быть выполнена согласно предварительным установкам, и по пути прохождения ультразвука формируются энергетические зоны различной интенсивности, из-за чего может быть поврежден здоровый участок ткани.

При этом энергия, полученная в этом устройстве, меньше, чем требуется для стимулирования роста ткани, и нельзя уменьшить болевые ощущения. Чтобы достичь терапевтической дозы во время лечения, необходимо внешнее средство, чтобы обеспечить многоточечное покрытие обрабатываемого участка ультразвуковыми волнами. Практические операции являются затруднительными для непрофессионального персонала, а излишняя концентрация лучей может вызвать ожоги.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С целью устранить вышеупомянутые недостатки известного уровня техники, в настоящем изобретении предложено низкоэнергетическое ультразвуковое терапевтическое устройство с многоточечной передачей энергии, которая имеет простую конструкцию и хорошие характеристики фокусировки, что позволяет передавать ультразвуковую энергию вдоль предварительно заданного пути с высоким коэффициентом использования ультразвуковой энергии.

Техническое решение задачи, поставленной в соответствии с настоящим изобретением, включает следующее: ультразвуковое терапевтическое устройство с многоточечной передачей энергии содержит подложку, на которой расположена группа ультразвуковых преобразователей. При этом каждый из ультразвуковых преобразователей в группе ультразвуковых преобразователей может фокусироваться независимо.

При разработке простой технологии устройства, указанные ультразвуковые датчики предпочтительно включают пьезоэлектрический кристалл и фокусирующую линзу. Указанная фокусирующая линза установлена в специальном отверстии в подложке, а пьезоэлектрический кристалл соединен с фокусирующей линзой фиксирующим устройством. При этом фокусирующая линза представляет собой акустическую линзу, выполненную из ультразвукового связующего материала, формирующего дорожку для передачи ультразвука. Указанное соединительное устройство может иметь крепежный элемент, который фиксирует пьезоэлектрический кристалл в указанном отверстии в подложке, и фокусирующая линза также фиксируется в отверстии в подложке крепежным элементом.

Конечно, ультразвуковой преобразователь может быть выполнен и в другом виде при условии, что будет реализована независимая фокусировка каждого ультразвукового преобразователя.

Подложка в настоящем изобретении может быть гибкой подложкой. Гибкая подложка имеет достаточную гибкость, чтобы гарантировать быстрое восстановление предварительно установленной формы подложки после большого количества искривлений поверхности, при этом она имеет определенную твердость, которая гарантирует надежное соединение с группой ультразвуковых преобразователей без продавливания. Следовательно, гибкая подложка может лучше адаптироваться к изменениям положения органа пациента при лечебной обработке и к изменениям степени изгиба через изменение формы гибкой подложки, и в зависимости от степени серьезности заболевания можно обеспечить концентрацию или рассеивание ультразвуковой энергии, передаваемой множеством ультразвуковых преобразователей.

В известном уровне техники ультразвуковые волны от каждого керамического преобразователя передаются от всей керамической поверхности наружу, и акустическое поле рассеяно. Поскольку энергия, передаваемая по направлению, перпендикулярному поверхности преобразователя, является наиболее мощной, передаваемые ультразвуковые волны можно рассматривать как параллельные акустические волны. Помимо ультразвуковых волн, излучаемых перпендикулярно поверхности преобразователя, имеются ультразвуковые волны, которые до некоторой степени рассеяны. Когда рассеянные ультразвуковые волны от множества ультразвуковых преобразователей передаются акустической передающей среде, они взаимодействуют с другими ультразвуковыми волнами. Такая интерференция будет влиять на передачу энергии ультразвуковых волн в предварительно заданном линейном направлении. В каждом ультразвуковом преобразователе ультразвукового терапевтического устройства по настоящему изобретению устанавливается независимый режим фокусировки. Акустические поля всех ультразвуковых преобразователей не будут мешать друг другу и, соответственно, энергия ультразвуковых волн может быть передана по предварительно заданному пути. Следовательно, терапевтический эффект может быть достигнут без других дополнительных операций.

Предпочтительно, внешняя оболочка может быть закреплена на подложке напротив указанной группы преобразователей. Во внешней оболочке имеются теплопроводящие элементы для удаления тепла от каждого ультразвукового преобразователя. В указанной внешней оболочке имеются заранее заданные отверстия, соответствующие заранее заданным отверстиям в подложке. Каждый ультразвуковой преобразователь проходит через заранее выполненные отверстия в подложке и через соответствующие отверстия в оболочке. Указанные теплообменные элементы представляют собой небольшие гибкие контейнеры, которые плотно прилегают к каждому ультразвуковому преобразователю. Указанные контейнеры заполнены теплопроводящей средой. Поскольку указанные контейнеры обладают достаточной гибкостью и прочностью, они могут быть плотно прижаты к ультразвуковым датчикам и, таким образом, тепло, создаваемое ультразвуковыми преобразователями, может быть быстро отведено наружу.

В настоящем изобретении подложка и внешняя оболочка могут быть разработаны в различных формах в соответствии с различными целями лечения заболевания в обрабатываемой области. Различные формы подложки и внешней оболочки могут быть выполнены в виде ленты, рукава, колпачка и т.д. Точно так же, заранее заданные отверстия для группы ультразвуковых преобразователей в подложке и внешней оболочке могут быть круглым, прямоугольным, в виде правильного многоугольника и т.д. Форма этих отверстий может быть выбрана в зависимости от формы ультразвуковых преобразователей.

Чтобы установить это ультразвуковое терапевтическое устройство на место обработки, удобно использовать два пояска для соединения с двумя концами подложки или внешней оболочки. Два пояска могут быть выполнены как упругие соединительные ленты, одна из которых имеет большое количество шероховатостей, а другая - меньшее количество таких шероховатостей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 - структурная схема варианта воплощения 1 настоящего изобретения.

Фигура 2 - вид сверху на гибкую подложку 5 фигуры 1.

Фигура 3 - изображение с частичным увеличением одного ультразвукового преобразователя и крепежного элемента 6 на фигуре 1.

Фигура 4 - вид спереди сверху верхней части внешней оболочки 1 фигуры 1.

Фигура 5 - вид сверху на устройство фигуры 4.

Фигура 6 - структурная схема варианта воплощения 2 настоящего изобретения.

В котором: 1 внешняя оболочка, 2 - эластичная лента, 3 -пьезоэлектрический кристалл, 4 - акустическая линза, 5 - гибкая подложка 6 - крепежный элемент, 7 - гибкий контейнер, 8 - заранее заданное отверстие 9 - заранее заданное отверстие, 10 - проводник ультразвукового сигнала с 11 отверстиями для сигнального провода.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ

Настоящее изобретение будет описано ниже более подробно на примерах предпочтительных вариантов со ссылками на сопроводительные чертежи.

Описанные ниже варианты воплощения являются неограничивающими примерами воплощения настоящего изобретения.

Вариант воплощения 1

Как показано на фигуре 1, ультразвуковое терапевтическое устройство с многоточечной передачей энергии по настоящему варианту воплощения содержит гибкую подложку 5, заранее заданное отверстие 9, внешнюю оболочку 1, имеющую соответствующие отверстия 8, соответствующие заранее заданным отверстиям 9 в подложке, группу ультразвуковых преобразователей, ультразвуковой сигнальный провод 10 для передачи сигналов возбуждения в группу ультразвуковых преобразователей и эластичную ленту 2 для установки всего ультразвукового терапевтического устройства на целевой участок при лечении заболевания.

Поскольку внешняя оболочка 1 входит в контакт с кожей пациента, используется нетоксичная внешняя оболочка, например оболочка из силиконового каучука. Гибкая подложка 5 закреплена на внешней оболочке 1.

Как показано на фигуре 2, в настоящем варианте воплощения форма гибкой подложки 5 представляет собой прямоугольник, и эта форма подходит для лечения участка заболевания на конечностях. Соответственно, форма внешней оболочки 1 также является прямоугольником (как показано на фигуре 4). Заранее заданные отверстия 9 в гибкой подложке и соответствующие отверстия 8 во внешней оболочке могут иметь различную форму. Форма этих отверстий может быть выбрана конкретно для каждого ультразвукового преобразователя в группе ультразвуковых преобразователей.

По своему типу ультразвуковые преобразователи являются фокусирующими устройствами, отвечающими соответствующим техническим условиям. Как показано на фигуре 3, в настоящем варианте воплощения каждый ультразвуковой преобразователь включает пьезоэлектрический кристалл 3 и акустическую линзу 4.

С учетом требований простой и удобной технологии обработки фокусирующая акустическая линза 4 представляет собой акустическую линзу, сделанную из акустически связующего материала, например из акустически прозрачного каучука. Таким образом, эта акустическая линза может не только фокусировать ультразвуковые волны, исходящие из пьезоэлектрического кристалла, но также формировать акустический путь передачи этих ультразвуковых волн. Акустическая линза, сделанная из акустически связующего материала, выполнена как выпуклая линза на основе разности между акустическим коэффициентом пропускания материала, из которого сделана акустическая линза, и акустическим коэффициентом пропускания акустически связующего материала с внешним покрытием и коэффициента пропускания ультразвука человеческого теле. Следовательно, параллельные ультразвуковые волны, переданные пьезоэлектрическим кристаллом 3, могут быть сфокусированы с предопределенным фокусным расстоянием.

При выборе пьезоэлектрических кристаллов нужно учитывать, что размер пьезоэлектрического кристалла обратно пропорционален степени фокусировки: чем выше степень фокусировки, тем меньше должен быть размер пьезоэлектрического кристалла. Следовательно, для фокусировки на одну и ту же площадь различной формы, потребуется различное число пьезоэлектрических кристаллов. Например, для круглого керамического кристалла радиусом 5 мм, если радиус фокусировки равен 0,1 мм, 25 кристаллов одного типа могут сформировать участок фокусировки на поверхности площадью 0,5×0,5 мм².

Пьезоэлектрический кристалл 3 устанавливается в заранее заданные отверстия 9 в гибкой подложке 5 и в соответствующие отверстия 8 во внешней оболочке 1 через соединительное устройство, т.е. через крепежный элемент 6, причем акустическая линза 4 также устанавливается на гибкую подложку 5 с помощью крепежного элемента 6. Таким образом, крепежный элемент 6 может не только фиксировать ультразвуковой преобразователь, но и устанавливать гибкую подложку на внешнюю оболочку 1.

Гибкая подложка 5 и внешняя оболочка 1 снабжены теплообменными элементами. В настоящем варианте теплообменные элементы выполнены в виде гибких контейнеров 7, которые заполнены теплопроводящим материалом, таким как теплопроводящая силиконовая смазка. Поскольку гибкий контейнер 7 является мягким и имеет определенную прочность на разрыв, как показано на фигурах 4 и 5, гибкий контейнер 7 может быть плотно прижат к пьезоэлектрическому кристаллу 3 в ультразвуковом датчике через соответствующие отверстия 8 во внешней оболочке, и тепло, излучаемое ультразвуковыми преобразователями, может быть быстро рассеяно в окружающую среду.

В настоящем варианте воплощения ленты для фиксации гибкой подложки 5 представляют собой эластичные ленты 2, одна из которых более шероховатая, а другая менее шероховатая. Ленты соответственно соединены с обоими концами внешней оболочки 1.

Во внешней оболочке имеется отверстие для сигнального провода 11. Ультразвуковой сигнальный провод 10, проходит через отверстие для сигнального провода 11 и соединен с каждым пьезоэлектрическим кристаллом 3 (не показано на фигуре 1). Все или часть пьезоэлектрических кристаллов 3 могут быть возбуждены одновременно, и передавать ультразвуковые волны в требуемом режиме.

При использовании ультразвукового терапевтического устройства по настоящему изобретению, все устройство крепится на больной конечности (например, на руке) для снятия боли в суставе, используя эластичную ленту 2. Затем ультразвуковой сигнальный провод 10 формирует сигналы возбуждения пьезоэлектрического кристалла 3, и пьезоэлектрический кристалл 3 передает ультразвуковые волны, которые фокусируются в точке с помощью акустической линзы 4. Поскольку множество пьезоэлектрических кристаллов 3 приводятся в действие одновременно, также одновременно формируется множество точек фокусировки. Поскольку кристалл является достаточно мал по размеру, на участке заболевания может быть сформирована линейная фокусировка или фокусировка по площади. Сигналы возбуждения могут регулироваться и, соответственно, может быть откорректирована интенсивность ультразвука. Таким образом, ультразвуковое терапевтическое устройство по настоящему изобретению может стимулировать быстрый рост ткани и, соответственно, уменьшить боли в суставе.

Во время всего процесса лечения гибкие контейнеры 7 поглощают тепло, генерируемое ультразвуковыми преобразователями, и затем излучают это тепло. Таким образом, с одной стороны, каждый ультразвуковой преобразователь защищен от ухудшения параметров или повреждения из-за перегрева, с другой стороны, пациент защищен от ожога кожи из-за перегрева ультразвукового преобразователя.

Операции ультразвукового терапевтического устройства по настоящему изобретению просты по исполнению, и оператор легко и быстро осваивает эти операции. Кроме того, поскольку ультразвуковой преобразователь по настоящему изобретению состоит из множества кристаллов в виде ленты или круглого диска, фокальные точки всех ультразвуковых преобразователей не будут сконцентрированы в одной точке и, соответственно, риск ожога здоровых тканей вокруг участка заболевания из-за высокой концентрации энергии отсутствует.

Вариант воплощения изобретения 2

Как показано на фигуре 6, разница между настоящим вариантом воплощения и вариантом воплощения 1 состоит в том, что гибкая подложка 5 и внешняя оболочка в данном варианте имеют круглую форму. Ультразвуковое терапевтическое устройство с такой структурой подходит для лечения заболеваний головы и может использоваться для снятия нервнопатической боли головы и тому подобных симптомов.

Другие конструкции и способы использования настоящего варианта воплощения - те же, что и в варианте воплощения 1.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для ультразвуковой терапии. Устройство содержит подложку, на которой расположена группа ультразвуковых преобразователей, причем каждый из ультразвуковых преобразователей в группе ультразвуковых преобразователей выполнен с возможностью независимой фокусировки. Подложка является гибкой с изменяемой формой, обеспечивающей концентрацию или рассеивание ультразвуковой энергии, передаваемой ультразвуковыми преобразователями в группе ультразвуковых преобразователей. Использование изобретения позволяет снизить болевые ощущения при проведении терапии. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Низкоэнергетическое ультразвуковое терапевтическое устройство с многоточечной передачей энергии, содержащее подложку, на которой расположена группа ультразвуковых преобразователей, причем каждый из ультразвуковых преобразователей в группе ультразвуковых преобразователей выполнен с возможностью независимой фокусировки, а подложка является гибкой с изменяемой формой, обеспечивающей концентрацию или рассеивание ультразвуковой энергии, передаваемой ультразвуковыми преобразователями в группе ультразвуковых преобразователей.

2. Ультразвуковое терапевтическое устройство по п.1, в котором каждый ультразвуковой преобразователь содержит пьезоэлектрический кристалл и фокусирующую линзу, причем фокусирующая линза установлена в отверстии в подложке, а пьезоэлектрический кристалл соединен с фокусирующей линзой через соединительное устройство.

3. Ультразвуковое терапевтическое устройство по п.2, в котором фокусирующая линза представляет собой акустическую линзу, выполненную из ультразвукового связующего материала.

4. Ультразвуковое терапевтическое устройство по п.2, в котором соединительное устройство включает крепежный элемент, который фиксирует пьезоэлектрический кристалл в отверстии в подложке, при этом фокусирующая линза также закреплена на подложке указанным крепежным элементом.

5. Ультразвуковое терапевтическое устройство по пп.1-4, в котором внешняя оболочка закреплена на подложке противоположно указанной группе преобразователей, а внешняя оболочка имеет теплообменные элементы для удаления тепла от каждого ультразвукового преобразователя.

6. Ультразвуковое терапевтическое устройство по п.5, в котором во внешней оболочке имеются отверстия, соответствующие заранее заданным отверстиям в подложке, и каждый ультразвуковой преобразователь проходит через заранее заданные отверстия в подложке и соответствующие отверстия в оболочке, при этом теплообменные элементы представляют собой гибкие контейнеры, заполненные теплопроводящей средой и плотно прилегают к каждому ультразвуковому преобразователю.

7. Ультразвуковое терапевтическое устройство по п.6, в котором теплопроводящий материал представляет собой силиконовую смазку.

8. Ультразвуковое терапевтическое устройство по п.5, в котором ленты для крепления подложки соединены соответственно с обоими концами подложки или внешней оболочки 1.

9. Ультразвуковое терапевтическое устройство по п.8, в котором одна из лент имеет большее количество шероховатостей, чем другая.