Устройство для локального разрушающего воздействия на структуру биообъекта Советский патент 1993 года по МПК A61B17/22 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для разрушения мягких структур, локализованных внутри среды биообъекта, которая препятствует прямому доступу ним при помощи механических средств.

Изобретение исходит из того факта, что мягкие структуры могут быть эффективно разрушены при помощи волн отрицательного давления короткой длительности, создающих эффекты растяжения, разрывающих их.

Устройство для локального разрушающего воздействия на структуру биообъекта характеризуется тем, что оно содержит источник последовательностей коротких упругих колебаний, распределенный по поверхности и являющийся пьезоэлектрическим, средства для фокусировки пучка таких колебаний на мишени и средства

регулировки частоты этих колебаний в пределах от 0,3 до 10 МГц, средства для регулировки длительности последовательностей колебаний в определенных пределах, преимущественно заключенных между 1 мкс и 1 мс, и средства регулировки частоты излучения последовательностей импульсов (частоты воздействия) в пределах, преимущественно заключенных от нескольких герц до 2 или 3 КГц.

В соответствии с предпочтительным видом реализации изобретения, устройство вырабатывает указанные колебания с преобладающими отрицательными пиковыми значениями, то есть имеющими большую амплитуду по сравнению с пиковыми положительными значениями.

В соответствии с предпочтительным видом реализации изобретения, устройство содержит средства регулировки мощности

00

g

CJ

ел

со

излучения, предусматривающие фокусировку пучка на мишени и наблюдение при помощи эхографических средств отраженного сигнала, и увеличение мощности излучения до порогового значения, при котором происходит исчезновение отраженного сигнала и/или появляется специфический сигнал, свидетельствующий о достижении порога кавитации, причем окончательной регулировкой мощность устанавливают ниже указанного порога, преимущественно вблизи от него.

Исчезновение отраженного сигнала соответствует появлению феномена кавитации в районе очага, поэтому отрегулированная таким образом мощность будет наиболее эффективной для разрушения раковых клеток.

Другие преимущества и особенности изобретения будут ясны из последующего описания, данного в качестве примера.

В известном литотрипторе пьезоэлектрического типа с источником излучения, распределенным по поверхности, для получения преобладания отрицательных ультразвуковых колебаний достаточно, например, изменить направление намотки возбуждающего трансформатора керамического трансдуктора мощности таким образом, чтобы возбуждать последовательности импульсов, в которых отрицательные полуволны будут преобладающими.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2 - вид эхографических импульсов; на фиг.З - форма сформированного импульса отрицательной полярности.

На фиг.1 обозначены:

1 - мягкая структура; 2 - сфокусированный пучок; 3 -зона эхографической развертки; 4 - приемный аппарат; 5 - двигатель эхографической развертки; 6 - трансдуктор; 7 - генератор импульсов; 8 - излучатель; 9 - регулятор мощности излучения; 10 - регулятор частоты колебаний; 11 - регулятор частоты воздействия; 12 - регулятор длительности последовательности волн; 13 - источник последовательности колебаний мощности (воздействий).

Форма волны, которая определяется формой электрического сигнала возбуждения трансдуктора 6, состоит из колебаний, имеющих частоту преимущественно от 5 до 10 МГц для разрушения поверхностных тканей и от 300 КГц до 1 МГц разрушения глубинных тканей. Последовательности волн имеют длительности, например, от 1 мкс до 1 мс и частоту следования, например от нескольких герц до 2 или 3 КГц, эти величины не являются ограничительными. Наиболее низкими являются такие частоты следования, которые дают наилучший эхографиче- ский образ мишени. Длительности последо- вательностей волн преимущественно определяются таким образом, чтобы разрушение клеток преимущественно осуществлялось за счет механического воздействия; использование больших длительностей могло бы привести к появлению эффекта гипер- отермии.

При воздействии осуществляют с помощью регулятора 9 регулировку мощности излучения основного трансдуктора 6, в ходе которой пиковая мощность колебаний излучателя 8 в начале устанавливается на небольшой величине (например, несколько ватт), в то время как длительность последовательностей волн с помощью регулятора 12 устанавливается также минимальной, а частота следования устанавливается максимальной. Отраженный сигнал, возникающий при отражении от мишени отрицательных импульсов, излучаемых при помощи трансдуктора мощности, улавливается при помощи эхографического локализующего устройства трансдуктора литотриптора, включающего приемный аппарат 4 и двигатель эхографической развертки и позволяет осуществлять визуализацию распределения энергии в фокальном пятне. Затем повышают постепенно мощность излучения до.момента исчезновения от мишени сигнала: тогда обычно появляется на экране визуализации небольшое яркое облако, которое указывает

на появление в очаге феномена кавитации. Если продолжать увеличивать мощность, то кавитация распространяется между излучающей поверхностью и очагом, который в этом случае не будет облучаться.

Затем окончательно регулируют мощность и устанавливают ее немного ниже порога исчезновения отраженного сигнала, а затем регулируют длительность и частоту следования последовательностей волн.

в качестве примера укажем, что пиковая мощность составляет порядка нескольких киловатт, что соответствует пиковым давлениям порядка 50-60 бар.

Используемые отрицательные колебания воздействуют главным образом механически, вызывая эффекты растяжения, которые разрывают клетки (подчеркнем, что мягкие структуры обладают гораздо большей сопротивляемостью к эффектам сжатия, создаваемым положительными колебаниями).

Практическая реализация регулировки мощности, длительности и частоты следования последовательностей волн, также как и

получение соответствующей полярности колебаний, возбуждаемых трансдуктором осуществлена с помощью блоков, выполнение которых общеизвестно.

При этом появление кавитации в фокальной области может быть обнаружено при использовании эхографии типа А и наблюдении деформации отраженного сигнала в функции от мощности излучения.

Формула изобретения

1. Устройство для локального разрушающего воздействия на структуру биообъекта, содержащее пьезоэлектрические излучающие элементы, равномерно установленные на основании с возможностью фокусирования суммарного воздействия в

0

5

одной точке и подключенные к источнику энергии, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности воздействия при разрушении мягких тканей, устройство содержит эхографическое локализующее устройство с приемником отраженного сигнала, а источник энергии содержит соединенные между собой генератор импульсов с диапазоном 0,3-10 МГц, формирователь пачек импульсов в диапазоне 1-21 мс, формирователь частоты воздействия диапазоном 1-3 КГц и регулятор амплитуды импульсов, связанный с выходом приемника отраженного сигнала.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что генератор импульсов содержит на выходе инвертирующий трансформатор.

Использование: устройство предназначено для локализованного разрушения мягких структур биообъекта при помощи упругих волн отрицательного давления. Сущность изобретения: устройство содержит распределенный по поверхности пьезоэлектрический источник коротких упругих колебаний, содержащих отрицательные пики, и средства фокусировки колебаний на мишени. Частота колебаний регулируется между 0,3 и 10 МГц, длительность последовательностей волн составляет 1 мкс - 1 мс. Частота следования последовательностей заключена между несколькими Гц и двумя- тремя КГц. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

3

ZONE

DE BALAYAGE ECHOGRAPHItJUE

IMPULSIONS D ECHOGRAPHIE риг. 2

GENERATEUR 3) D lMPULSIONS ECHOGRAPHIQUES

OSCILLATION A

NEGATIVE

DE PUISSANCE

. 3