ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ АППАРАТ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ НЕЙРОСЕНСОРНОЙ ТУГОУХОСТИ Российский патент 2020 года по МПК A61B5/12 A61B8/00 H04R25/00 

Известно устройство для фоноэлектрофореза (а. с. 1003853, МПК A61N 1/30), которое содержит соединенные между собой генератор ультразвука и ультразвуковой излучатель, источник тока и электроды, причем один из электродов установлен на ультразвуковом излучателе и выполнен в виде платинового кольца, внутри которого расположена пористая мембрана, а источник тока снабжен стабилизатором.

Недостатком этого устройства является невозможность его использования для лечения нейросенсорной тугоухости. Конструкция не предназначена для введения излучателя в слуховой канал. Известное устройство также имеет недостаточную эффективность в проведении фоноэлектрофореза, поскольку зоны излучения и электрического тока разделены.

Наиболее близким к данному техническому решению является аппарат для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости (см. RU 2535405, 17.05.2013), содержащий генератор колебаний ультразвуковой частоты, полосовой фильтр, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности, датчик тока и преобразователь тока в напряжение, а также блок коммутации, амплитудный детектор тока и амплитудный детектор напряжения, выходы которых подключены к входам блока коммутации, вход амплитудного детектора тока подключен к выходу преобразователя тока в напряжение, микропроцессор, и управляющему входу усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу блока коммутации, а выход - к микропроцессору, панель управления и пьезоэлектрический излучатель, трансформатор, выход которого подключен к пьезоэлектрическому излучателю, электрод для электрофореза, подключенные к микропроцессору и размещенные на панели управления инкрементный энкодер и сенсорный дисплей, управляемый источник тока и коммутатор полярности, при этом выход управляемого источника тока соединен с коммутатором полярности, дополнительный датчик тока и дополнительный преобразователь тока в напряжение, подключенный между выходом дополнительного датчика тока и микропроцессором, генератор колебаний ультразвуковой частоты подключен к микропроцессору, пьезоэлектрический излучатель размещен в металлическом корпусе, коммутатор полярности имеет два выхода, один из которых соединен с корпусом пьезоэлектрического излучателя, а другой выход посредством дополнительного датчика тока подключен к электроду для электрофореза, датчик тока подключен между выходом усилителя мощности и входом трансформатора, к которому также подключен вход амплитудного детектора напряжения.

Недостатком данного аппарата является неэффективная фильтрация сигнала ультразвуковой частоты, поскольку аппарат в режимах диагностики и лечения работает на частотах, отличающихся на порядок, и с помощью одного полосового фильтра осуществить подавление гармоник более низкой рабочей частоты невозможно. Это может привести к искажению сигнала, подаваемого на пьезоэлектрический излучатель, ошибкам в определении порога восприятия ультразвука и к невыполнению требований по уровням паразитных излучений.

Другим недостатком указанного аппарата является отсутствие возможности автоматизированного формирования протокола обследования пациента, невозможность дистанционного управления аппаратом, а также его непригодность для использования в системах телемедицины.

Задачами изобретения являются: повышение достоверности диагностики и эффективности лечения нейросенсорной тугоухости и уменьшение уровней паразитных электромагнитных излучений за счет эффективной фильтрации выходного сигнала генератора ультразвуковой частоты, обеспечение автоматизированного формирования протокола автоматического контроля и дистанционного управления аппаратом, а также обеспечение возможности использования аппарата в системах телемедицины.

Указанный технический результат достигается тем, что телеметрический аппарат для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости, содержащий генератор колебаний ультразвуковой частоты, полосовой фильтр, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности, датчик тока и преобразователь тока в напряжение, блок коммутации, амплитудный детектор тока и амплитудный детектор напряжения, выходы которых подключены к входам блока коммутации, вход амплитудного детектора тока подключен к выходу преобразователя тока в напряжение, микропроцессор, управляющие входы усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления и генератора колебаний ультразвуковой частоты подключены к микропроцессору, аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу блока коммутации, а выход - к микропроцессору, панель управления, пьезоэлектрический излучатель, трансформатор, выход которого подключен к пьезоэлектрическому излучателю, электрод для электрофореза, подключенные к микропроцессору и размещенные в панели управления инкрементный энкодер и сенсорный дисплей, управляемый источник тока и коммутатор полярности, при этом выход управляемого источника тока соединен с коммутатором полярности, дополнительный датчик тока и дополнительный преобразователь тока в напряжение, подключенный между выходом дополнительного датчика тока и микропроцессором, пьезоэлектрический излучатель размещен в металлическом корпусе, коммутатор полярности имеет два выхода, один из которых соединен с корпусом пьезоэлектрического излучателя, а другой выход посредством дополнительного датчика тока подключен к электроду для электрофореза, датчик тока подключен между выходом усилителя мощности и входом трансформатора, к которому подключен вход амплитудного детектора напряжения, содержит дополнительно n полосовых фильтров, первый переключатель, вход которого подключен к выходу генератора колебаний ультразвуковой частоты, а n+1 выходов первого переключателя соединены соответственно с входами полосовых фильтров, второй переключатель, n+1 входов которого подключены к выходам полосовых фильтров, выход второго переключателя соединен с входом усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, управляющие входы первого и второго переключателей связаны с микропроцессором, кнопку выбора зоны воздействия ультразвуком на голове пациента и кнопку фиксации порогового уровня восприятия ультразвукового сигнала, расположенные на панели управления и связанные с микропроцессором, компьютер, соединенный с микропроцессором и сетью интернет, монитор и принтер, подключенные к компьютеру.

На фигуре представлена принципиальная схема телеметрического ультразвукового прибора для диагностики нейросенсорной тугоухости.

На фигуре приведены следующие обозначения:

1 - генератор колебаний ультразвуковой частоты;

2 - полосовой фильтр;

3 - усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления;

4 - усилитель мощности;

5 - датчик тока;

6 - преобразователь тока в напряжение;

7 - блок коммутации;

8 - амплитудный детектор тока;

9 - амплитудный детектор напряжения;

10 - микропроцессор;

11 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

12 - панель управления;

13 - пьезоэлектрический излучатель;

14 - трансформатор;

15 - электрод для электрофореза;

16 - инкрементный энкодер (преобразователь угловых перемещений);

17 - сенсорный дисплей;

18 - управляемый источник тока;

19 - коммутатор полярности;

20 - дополнительный датчик тока;

21 - дополнительный преобразователь тока в напряжение;

22 - корпус пьезоэлектрического излучателя;

23 - дополнительные полосовые фильтры;

24 - первый переключатель;

25 - второй переключатель;

26 - кнопка выбора зоны воздействия ультразвуком на голове пациента;

27 - кнопка фиксации порогового уровня восприятия ультразвукового сигнала;

28 - компьютер;

29 - монитор;

30 - принтер.

Телеметрический аппарат для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости содержит генератор колебаний ультразвуковой частоты 1, полосовой фильтр 2, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3, усилитель мощности 4, датчик тока 5 и преобразователь тока в напряжение 6, блок коммутации 7, амплитудный детектор тока 8 и амплитудный детектор напряжения 9, выходы которых подключены к входам блока коммутации 7, вход амплитудного детектора тока 8 подключен к выходу преобразователя тока в напряжение 6, микропроцессор 10, управляющие входы усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3 и генератора колебаний ультразвуковой частоты 1 подключены к микропроцессору 10, аналого-цифровой преобразователь 11, вход которого подключен к выходу блока коммутации 7, а выход - к микропроцессору 10, панель управления 12, пьезоэлектрический излучатель 13, трансформатор 14, выход которого подключен к пьезоэлектрическому излучателю 13, электрод для электрофореза 15, подключенные к микропроцессору 10 и размещенные на панели управления 12 инкрементный энкодер 16 и сенсорный дисплей 17, управляемый источник тока 18 и коммутатор полярности 19, при этом выход управляемого источника тока 18 соединен с коммутатором полярности 19, дополнительный датчик тока 20 и дополнительный преобразователь тока в напряжение 21, подключенный между выходом дополнительного датчика тока 20 и микропроцессором 10, пьезоэлектрический излучатель 13 размещен в металлическом корпусе 22 и механически связан с ним, коммутатор полярности 19 имеет два выхода, один из которых соединен с корпусом пьезоэлектрического излучателя 13, а другой выход посредством дополнительного датчика тока 20 подключен к электроду для электрофореза 15, датчик тока 5 подключен между выходом усилителя мощности и входом трансформатора 14, к которому подключен вход амплитудного детектора напряжения 9, содержит дополнительно n полосовых фильтров 23, первый переключатель 24, вход которого подключен к выходу генератора колебаний ультразвуковой частоты 1, а n+1 выходов первого переключателя 24 соединены соответственно с входами полосовых фильтров 2, 23, второй переключатель 25, n+1 входов которого подключены к выходам полосовых фильтров 2, 23, выход второго переключателя 25 соединен с входом усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3, управляющие входы первого и второго переключателей 24, 25 связаны с микропроцессором 10, кнопку выбора зоны воздействия ультразвуком на голове пациента 26 и кнопку фиксации порогового уровня восприятия ультразвукового сигнала 27, расположенные на панели управления 12 и связанные с микропроцессором 10, компьютер 28, соединенный с микропроцессором 10 и сетью интернет, монитор 29 и принтер 30, подключенные к компьютеру 28.

Работа телеметрического аппарата для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости осуществляется следующим образом.

При диагностике и лечении используются разные частоты ультразвуковых колебаний, например для диагностики используется частота 100 кГц, а для лечения - частоты 1 и 3 МГц, поэтому предусмотрена возможность переключением частоты генератора колебаний ультразвуковой частоты 1 с помощью микропроцессора 10.

С выхода генератора колебаний ультразвуковой частоты 1 модулированный ультразвуковой сигнал, частота которого устанавливается с помощью - инкрементный энкодер 16, поступает на вход первого переключателя 24, с выхода которого этот сигнал по команде микропроцессора 10 подается на вход соответствующего полосового фильтра 2 или 23, полоса пропускания которого соответствует выбранной частоте генератора 1. С помощью полосового фильтра 2 или 23 осуществляется подавление паразитных гармоник и комбинационных составляющих, возникающих при модуляции ультразвукового сигнала. С выхода полосового фильтра 2 или 23 ультразвуковой сигнал поступает на соответствующий вход второго переключателя 25, и по команде микропроцессора передается на вход усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3.

С выхода усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления модулированный 3 ультразвуковой сигнал поступает на усилитель мощности 4, обеспечивающий необходимую мощность на пьезоэлектрическом излучателе 13, который преобразует электрический сигнал в механические колебания ультразвуковой частоты.

Между усилителем мощности 4 и трансформатором 14 включен датчик тока 5. К нему подключен преобразователь тока в напряжение 6, на котором ток, проходящий через трансформатор 14, преобразуется в напряжение и поступает на амплитудный детектор тока 8. К трансформатору 14 подключен амплитудный детектор напряжения 9. С выходов амплитудных детекторов 8 и 9 напряжения через блок коммутации 7 поступают на АЦП 11, где происходит их преобразование в цифровой код и передача на микропроцессор 10.

Микропроцессор осуществляет программное управление усилителем с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3 по последовательному интерфейсу I₂C, вычисление уровня мощности на излучателе путем измерения напряжений, пропорциональных уровню выходного напряжения и току излучателя, поступающих с соответствующих детекторов напряжения 9 и тока 8. В соответствии с программой микропроцессора осуществляется автоматическая стабилизация мощности на излучателе 13 за счет управления усилением усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3. Таблица значений номинальных мощностей, соответствующих каждому уровню ультразвукового сигнала в диапазоне от 0 до 30 дБ, хранится в микропроцессоре, при этом максимальному уровню 30 дБ соответствует мощность на ультразвуковом излучателе 100 мВт.

Управление телеметрическим аппаратом для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости может осуществляется с панели управления 12, на которой располагаются инкрементный энкодер 16, сенсорный дисплей 17, кнопка выбора зоны воздействия ультразвуком на голове пациента 26 и кнопка фиксации порогового уровня восприятия ультразвукового сигнала 27.

Введение ультразвука пациенту оператором при диагностике нейросенсорной тугоухости осуществляется посредством пьезоэлектрического излучателя 13, механически связанного с корпусом 22, поверхность которого прижимается к заушной или лобовой части головы через тонкую пленку вазелинового масла.

Обследование пациента начинают при подаче минимального уровня ультразвука. При этом надпороговый уровень ультразвука не используется и отрицательные воздействия ультразвука на человека практически исключаются.

Воздействие ультразвука воспринимается пациентом благодаря наличию костной проводимости. Место введения ультразвука запоминается микропроцессором при нажатии кнопки выбора зоны воздействия ультразвуком на голове пациента 26.

При постепенном увеличении интенсивности ультразвука достигается значение мощности излучения, при котором пациент начинает воспринимать ультразвук как слышимый сигнал. Это позволяет определить дифференциальный порог восприятия ультразвука и соответственно определить степень атрофии слухового нерва, т.е. диагностировать степень потери нейросенсорной чувствительности. Минимальный уровень ультразвукового сигнала, воспринимаемого пациентом как слышимый сигнал, фиксируется с помощью кнопки фиксации порогового уровня восприятия ультразвукового сигнала 27 и запоминается микропроцессором. Данные о место введения ультразвука и пороговом уровне его восприятия из микропроцессора передаются в компьютер 28, в котором формируется протокол обследования, в котором помимо результатов обследования присутствуют также данные о пациенте, медицинском персонале, проводящем обследование, месте и времени обследования и т.д. Использование компьютера 28 и монитора 29, подключенного к микропроцессору обеспечивает возможность дистанционного управления аппаратом при наличии соответствующей программы, устанавливаемой на компьютер. Данные обследования отображаются на экране монитора 29 и могут быть распечатаны на бумаге с помощью принтера 30. Данные обследования пациента передаются с компьютера 28 на дистанционный сервер посредством сети интернет, заносятся в электронную медицинскую карту и могут быть использованы в системах телемедицины.

Аппарат может быть использован также для лечения нейросенсорной тугоухости методами фонофореза (ФФ), фоноэлектрофореза (ФЭФ), и электрофореза (ЭФ).

ФФ предусматривает локальное поступление лекарственных препаратов под действием УЗ в сочетании с непосредственным воздействием его на ткани уха. Количественные закономерности поступления лекарственных препаратов в ткани лабиринта определяются функциональным состоянием внутреннего уха, его органной спецификой, составом контактной среды, интенсивностью и длительностью воздействия УЗ. Эффективность ФФ зависит от фармакологических свойств лекарственных препаратов и от их концентрации.

ФФ целесообразно использовать в тех случаях, когда лекарственный препарат не электропроводен или его свойства еще не известны.

В последние годы в клинической оториноларингологии все большее применение находит ФЭФ - комплексное использование УЗ с лекарственным электрофорезом.

ФЭФ целесообразно использовать в тех случаях, когда лекарственный препарат является диссоциирующим (электропроводным), как например, пиридоксина гидрохлорид, тиамина бромид, сернокислая магнезия, фтористый натрий и т.д.

Воздействие ФФ и ФЭФ осуществляют следующим образом: голова больного, находящегося в положении сидя, располагается на спинке кресла таким образом, чтобы наружный слуховой проход подвергаемого воздействию уха находился в вертикальной плоскости. В слуховой проход вливают 1,5-2,0 мл прогретого до 36-37°С раствора лекарственного препарата. Ультразвуковой излучатель погружают в заполненную раствором ладьевидную ямку ушной раковины, либо располагают в проксимальной трети наружного слухового прохода, что обусловлено диаметром рабочей поверхности ультразвукового излучателя. Излучатель удерживается в таком положении специальным штативом. В случае проведения эндаурального ФЭФ корпус пьезоэлектрического излучателя служит пассивным электродом. Активный электрод (свинцовая пластинка) 6×7 см² располагается на сосцевидном отростке противоположного уха. После процедуры лекарственный раствор удаляется на марлевую салфетку.

Трансформатор 14 служит для гальванической развязки между пьезоэлектрическим излучателем и его корпусом 22, используемым в качестве электрода при проведении ФЭФ. Инкрементный энкодер (датчик угловых перемещений) 16 и обеспечивает необходимую точность и удобство задания мощности ультразвукового излучения и силы гальванического тока. Сенсорный дисплей 17 обеспечивает удобство и наглядность выбора режимов ФФ, ФЭФ и ЭФ. Управляемый источник 18 тока вырабатывает гальванический ток заданной силы при проведении процедур ФЭФ и ЭФ. Коммутатор полярности 19 служит для изменения полярности гальванического тока при использовании лекарственных препаратов различного химического состава. Дополнительный датчик тока 20 и дополнительный преобразователь тока в напряжение 21 обеспечивают возможность автоматического контроля и управления гальваническим током с помощью микропроцессора, что повышает эффективность лечения нейросенсорной тугоухости и обеспечивает безопасность применения аппарата.

Данные о параметрах процедуры лечебного процесса: уровнях ультразвукового сигнала и величине тока из микропроцессора передаются в компьютер, в котором формируется протокол процедуры, в котором также указываются данные о пациенте, враче, месте и времени проведения процедуры, данные об используемых лекарственных препаратах и т.д. Данные лечебной процедуры отображаются на экране монитора 29 и могут быть распечатаны на бумаге с помощью принтера 30. Эти данные передаются с компьютера на дистанционный сервер посредством сети интернет, заносятся в электронную медицинскую карту и могут быть использованы в системах телемедицины.

При диагностике и лечении различных заболеваний необходимо использовать пьезоэлектрический излучатель 13, настроенный на частоту генератора колебаний ультразвуковой частоты 1. Методики проведения процедур ФФ и ФЭФ предусматривают также использование пьезоэлектрических излучателей с различной площадью рабочей поверхности. Поэтому целесообразно выполнить пьезоэлектрический излучатель в виде сменного узла. Это позволит использовать аппарат для лечения не только нейросенсорной тугоухости, но и других заболеваний.

Изобретение позволяет создать универсальное и надежное устройство, позволяющее обеспечить повышение достоверности диагностики и эффективности лечения нейросенсорной тугоухости и которое можно использовать в системах телемедицины.

В качестве микропроцессора в телеметрическом ультразвуковом аппарате для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости может быть использован микропроцессор типа TE-STM32F107 и сенсорный дисплей ТЕ-ULCD35 фирмы STMicroelektronics. Амплитудные детекторы могут быть выполнены на микросхемах типа TL084, а блок коммутации на микросхеме МРс509 фирмы TEXAS INSTRUMENTS. Датчик тока AD 8065, аналого-цифровой преобразователь типа AD 7818, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления AD8400, управляемый источник тока AD 7376 и коммутатор полярности ADG 433 фирмы ANALOG DEVICES.

Изобретение относится к медицинской технике. Телеметрический ультразвуковой аппарат для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости содержит генератор колебаний ультразвуковой частоты, полосовой фильтр, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности, датчик тока и преобразователь тока в напряжение, блок коммутации, амплитудный детектор тока и амплитудный детектор напряжения, микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, панель управления, пьезоэлектрический излучатель, трансформатор, электрод для электрофореза, размещенные в панели управления инкрементный энкодер и сенсорный дисплей, управляемый источник тока и коммутатор полярности, дополнительный датчик тока и дополнительный преобразователь тока в напряжение. Пьезоэлектрический излучатель размещен в металлическом корпусе. Аппарат содержит также n фильтров и первый и второй переключатели. Вход первого переключателя подключен к выходу генератора колебаний ультразвуковой частоты, а его n+1 выходов соединены с входами полосовых фильтров. Выход второго переключателя соединен с входом усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, а его n+1 входов подключены к выходам полосовых фильтров. Аппарат оснащен кнопкой выбора зоны воздействия ультразвуком на голове пациента и кнопкой фиксации порогового уровня восприятия ультразвукового сигнала на панели управления. Кроме того, аппарат содержит компьютер, соединенный с микропроцессором и сетью интернет, монитор и принтер, подключенные к компьютеру. Достигается повышение достоверности диагностики и эффективности лечения нейросенсорной тугоухости и уменьшение уровней паразитных электромагнитных излучений за счет эффективной фильтрации выходного сигнала генератора ультразвуковой частоты с исключением искажения сигнала, подаваемого на пьезоэлектрический излучатель, и ошибок в определении порога восприятия ультразвука. Обеспечивается автоматизированное формирование протокола автоматического контроля и дистанционное управление аппаратом с возможностью использования аппарата в системах телемедицины. 1 ил.

Телеметрический ультразвуковой аппарат для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости, содержащий генератор колебаний ультразвуковой частоты, полосовой фильтр, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности, датчик тока и преобразователь тока в напряжение, блок коммутации, амплитудный детектор тока и амплитудный детектор напряжения, выходы которых подключены к входам блока коммутации, вход амплитудного детектора тока подключен к выходу преобразователя тока в напряжение, микропроцессор, управляющие входы усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления и генератора колебаний ультразвуковой частоты подключены к микропроцессору, аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу блока коммутации, а выход - к микропроцессору, панель управления, пьезоэлектрический излучатель, трансформатор, выход которого подключен к пьезоэлектрическому излучателю, электрод для электрофореза, подключенные к микропроцессору и размещенные в панели управления инкрементный энкодер и сенсорный дисплей, управляемый источник тока и коммутатор полярности, при этом выход управляемого источника тока соединен с коммутатором полярности, дополнительный датчик тока и дополнительный преобразователь тока в напряжение, подключенный между выходом дополнительного датчика тока и микропроцессором, пьезоэлектрический излучатель размещен в металлическом корпусе, коммутатор полярности имеет два выхода, один из которых соединен с корпусом пьезоэлектрического излучателя, а другой выход посредством дополнительного датчика тока подключен к электроду для электрофореза, датчик тока подключен между выходом усилителя мощности и входом трансформатора, к которому подключен вход амплитудного детектора напряжения, отличающийся тем, что содержит дополнительно n фильтров, первый переключатель, вход которого подключен к выходу генератора колебаний ультразвуковой частоты, n+1 выходов первого переключателя соединены соответственно с входами полосовых фильтров, второй переключатель, n+1 входов которого подключены к выходам полосовых фильтров, выход второго переключателя соединен с входом усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, управляющие входы первого и второго переключателей связаны с микропроцессором, кнопку выбора зоны воздействия ультразвуком на голове пациента и кнопку фиксации порогового уровня восприятия ультразвукового сигнала, расположенные на панели управления и связанные с микропроцессором, компьютер, соединенный с микропроцессором и сетью интернет, монитор и принтер, подключенные к компьютеру.