Устройство для ультразвуковой обработки Советский патент 1993 года по МПК A61B8/00 

Изобретение касается обработки сфокусированным ультразвуковым пучком анатомических аномалий, в частности неглубоких структур, для которых фокальное пятно пучка должно быть относительно малым.

В изобретении предлагается производить механически колебания мощного преобразователя в процессе обработки со скоростью и амплитудой колебаний, пригодных для образования эхографической развертки в реальном масштабе времени мишени, преимущественно секторной развертки типа В, в ограниченном определенном угловом секторе возбуждать указанный преобразователь волнами обработки (по меньшей мере во время определенных периодов развертки) и во время по меньшей мере части остатка развертываемого сектора возбуждать его эхографическими импульсами.

Таким образом, принимая во внимание относительно малую длительность каждого

интервала излучения по отношению к периоду колебаний, средняя мощность будет достаточной для определенных видов обработки.

Областью применения изобретения является, главным образом, обработка структур, расположенных всего в нескольких сантиметрах под кожей, например глазных структур или кровеносных сосудов. При таких применениях используют главным образом волны обработки с частотами порядка 5-10 МГц, которые образуют необходимые фокальные пятна малого размера. Несмотря на очень сильное поглощение этих волн тканями, необходимая средняя мощность остается порядка 1 кВт по причине малого расстояния распространения и в связи со значительным нагревом тканей.

В этом случае мощный преобразователь может иметь относительно малый диаметр, например порядка 70 мм, а его приведение в колебательное движение может быть peaСО

с

оэ

hO Ю

ю

to

00

со

лизовано при помощи электрического двигателя.

На фиг. 1 показано схематически устройство для обработки, соответствующее предпочтительному примеру выполнения изобретения; на фиг. 2 - соответствующие формы волн; на фиг. 3 - преобразователь в сборе.

Сферическая чаша 1 (фиг. 1) из пьезоэлектрической керамики может совершать колебания преимущественно вокруг оси, касательной к чаше в ее вершине S, Угловая амплитуда колебаний составляет, например 30 - 60°. На чертеже штрихпунктирными линиями указаны границы развертываемого плоского эктора с осью SF чаши, пунктиром показан сфокусированный пучок с фокусом F, излучаемый чашей в ее среднем положении.

Колебательное движение чаши, как известно, получают при помощи электромотора 2, управляемого от генератора развертки 3 при помощи усилителя 4, Датчик углового положения 5 выдает электрический сигнал различной амплитуды, линейно зависящий от угла 9, который составляет ось SF с ее средним опорным положением. Такой датчик может содержать, например, постоянный магнит, связанный с осью двигателя и взаимодействующий с датчиком магнитного поля,

Сигнал, несущий информацию об угле в, поступает на два операционных усилителя 6 и 7, которые, кроме того, получают два опорных сигнала о двух частных значениях угла в, например $1 и &i. Эти опорные сигналы регулируются при помощи соответствующих потенциометров 60 и 70.

Выходы усилителей 6 и 7, имеющие состояние 1 при 9 $1 и в 02, соединены с входами мод схемы НЕ-И 8, которая управляет модулятором 9. Выход модулятора 9 подключен к входу управления излучателя 10 через схему ИЛИ 11, на которую также поступают сигналы синхронизации от задающего генератора 12. Излучатель 10 связан с чашей 1.

Чаша имеет, например, диаметр 70 мм и состоит из множества изолированных пьезоэлектрических элементов, образующих мозаику.

Излучатель 10 может состоять из множества излучателей, каждый из которых возбуждает группу элементов чаши. Принимая во внимание известность этой техники, для ясности изложения полагают, что излучатель 10 генерирует только один сигнал, содержащий одновременно последовательности мощных волн, предназначенных для

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

обработки, и эхографические импульсы. Для этих двух видов излучения несущая частота преимущественно одна и та же, например 5 МГц.

Чаша служит одновременно излучающим преобразователем для мощных волн и для эхографических импульсов, при этом преобразователь для приема отраженного сигнала образуется за счет отражения эхографических импульсов от мишени.

Полученный отражателем отраженный сигнал передается на известное эхографи- ческое устройство 13 при помощи усилителя 14.

На фиг. 2 а показан пилообразный сигнал, вырабатываемый генератором развертки 3. Этот сигнал имеет, например, период 1/5 с, при этом частота колебаний чаши составляет 5 Гц.

На фиг. 2в показан сигнал на выходе усилителя 6, который имеет уровень 1 при в 01, а на фиг. 2 с показан сигнал на выходе усилителя 7, который равен 1 при в 02. На фиг. 2а показан сигнал на выходе схемы 8, имеющий уровень логической единицы при $1 в б, т.е. два раза в течение одного периода. В интервале между этими двумя короткими импульсами схема 11 передает на излучатель 10 импульсы задающего генератора 12, которые имеют, например, высокую частоту 5 МГц (следовательно, длительность 0,2 мкс) и частоту повторения 10 кГц. Эти величины соответствуют образованию эхографического изображения хорошего качества при частоте развертки 5 Гц. Во время эхографического излучения можно уменьшать мощность излучателя 10, например, уменьшая его напряжение питания.

Во время длительности каждого импульса, показанного на фиг.2с1, которая может быть, например, равна 20 мс, излучатель 10 генерирует волны обработки с высокой частотой 5 МГц.

Величины углов в и ft регулируются таким образом, чтобы мишень была расположена в угле облучения.

После начальной установки мишени, осуществляемой путем перемещения в пространстве чаши, совершающей колебательное движение, до тех пор, пока не произойдет совпадение реперной линии на экране эхографического устройства (теоретическое положением его фокуса А) с эхог- рафическим образом зоны обработки, полученным, как это указано, можно приступать к регулировке и &i для точного визирования мишени в обрабатываемой зоне. В случае перемещения мишени в ходе обработки или же в случае констатации плохой фокусировки достаточно лодъюстиро- вать положение за счет малого перемещения колеблющейся чаши.

На фиг. 3 можно видеть, что колеблющаяся чаша 1 и мотор 2, который приводит ее в колебания, погружены в контактную жидкость, содержащуюся в сосуде 15, передняя поверхность которого снабжена деформирующейся мембраной 150, прозрачной для ультразвукового излучения. Эта мембрана имеет достаточную поверхность для передачи конуса эхографической развертки и приводится в контакт с кожей пациента.

В зависимости от глубины залегания опухоли волны обработки могут излучаться в пределах каждого узкого импульса на фиг. 2d прерывистыми последовательностями, длительность излучения для каждой последовательности может изменяться между не- сколькими десятками и несколькими сотнями микросекунд. Пиковая мощность излучения, тем большая, чем короче последовательность, может достигать нескольких сотен киловатт. Использование повышенных пиковых мощностей и коротких дли- тельностей излучения позволяет избежать термической диффузии энергии, которая снижает точность наводки,

В том случае, когда требуется повышен- ная средняя мощность обработки, можно изменять скорость двигателя в ходе каждого цикла развертки таким образом, чтобы замедлять развертку во время импульсов излучения волн обработки,

Вместо секторной развертки можно использовать линейную развертку и для этой цели сообщать преобразователю линейное колебательное движение.

Формула изобретения

1.Устройство для ультразвуковой обработки, содержащее ультразвуковой преобразователь в виде автофокусирующей чаши, соединенный с генератором возбуждения и с эхографическим устройством, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности лечения, оно дополнительно снабжено узлами для приведения преобразователя в колебательные движения секторной развертки типа В в реальном масштабе времени, средствами определения времени развертки и узлами автоматического переключения преобразователя с генератора возбуждения на эхографическое устройство в заданной последовательности.

2.Устройство поп. 1,отличающееся тем, что эхографическое устройство содержит датчик углового положения, соединенный со средствами переключения, содержащими элементы сравнения выходного сигнала с указанного датчика с двумя опорными сигналами, выходы элементов соединены с входами схемы НЕ-И, выход которой соединен с модулятором, подключенным к входу управления излучателем через схему ИЛИ.

3.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что оно содержит один ультразвуковой преобразователь, работающий на фиксированной частоте.

фаг. f

Использование: для обработки анатомических аномалий сфокусированным ультразвуковым пучком. Сущность изобретения: устройство дополнительно снабжено узлом для приведения преобразователя в колебательные движения секторной развертки типа В в реальном масштабе времени, узлами автоматического переключения преобразователя с генератора возбуждения на эхогра- фическое устройство в заданной последовательности. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

фаЗ.З