Устройство для воздействия ультразвуком на внутренние участки организма человека

 

Устройство используется в медицинской технике, в частности в устройствах для хирургии, и может найти применение при неинвазивной хирургии, например, в случае онкологических заболеваний внутренних органов и др. Устройство для воздействия ультразвуком на внутренние участки организма человека содержит пьезоэлектрический фокусирующий излучатель ультразвука, выполненный в виде чаши и соединенный с усилителем мощности, на вход которого подается напряжение с выхода модулятора, соединенного с генератором, выполненным с возможностью регулирования характеристик напряжения во время возбуждения и установленным на контейнере с контактной жидкостью. Поверхность аппликации выполнена в виде гибкой мембраны, размещенной на поверхности объекта воздействия. Пьезоэлемент фокусирующего излучателя ультразвука выполнен толщиной и с радиусом кривизны, изменяющимися в зависимости от угла, причем максимальное отношение радиуса кривизны к минимальному равно 2. Отношение максимальной толщины пьезоэлемента к минимальной равно 1,01-1,2. Имеются также устройство управления и устройство программирования интенсивности, причем устройство управления соединено с генератором и модулятором, устройство программирования интенсивности включено между устройством управления и модулятором, частота переменного напряжения возбуждения, вырабатываемого генератором, изменяется в пределах 1,01-1,2, а уровень напряжения, возбуждающего излучатель, изменяется во время работы, обеспечивая требуемое распределение энергии в процессе сеанса воздействия. Предлагаемое изобретение позволяет точно перемещать область воздействия в направлении излучения энергии за счет изменения положения фокальной области неподвижного излучателя и заданного изменения интенсивности при изменении частоты возбуждающего напряжения. 3 ил.

Изобретение используется в медицинской технике, в частности, для неинвазивной хирургии, например, в случае онкологических заболеваний внутренних органов и др.

Известно устройство для воздействия ультразвуком на приповерхностные и внутренние участки организма человека, содержащее преобразователь электрических сигналов в ультразвуковые, представляющее собой пластину из пьезоэлектрика и генератор переменного напряжения ультразвуковой частоты, соединенный с пластиной преобразователя /1/.

Недостаток этого устройства для воздействия ультразвуком на приповерхностные и внутренние участки организма человека состоит в том, что оно не позволяет создать необходимую интенсивность ультразвуковых колебаний (УЗК) в заглубленных участках организма без недопустимого воздействия на другие участки, находящиеся на пути распространения ультразвука.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому решению является устройство для воздействия ультразвуком на внутренние участки организма человека /2/. Устройство содержит пьезоэлектрический фокусирующий излучатель ультразвука, выполненный в виде чаши и соединенный с генератором переменного напряжения ультразвуковой частоты, выполненным с возможностью регулирования характеристик напряжения во время возбуждения, и установленный на контейнере с контактной жидкостью, поверхность аппликации которого выполнена в виде гибкой мембраны, размещенной на поверхности объекта воздействия, при этом пьезоэлемент фокусирующего излучателя ультразвука выполнен с постоянным фокусным расстоянием при переменной толщине, причем отношение его максимальной толщины к минимальной равно 1,01-1,15, а генератор переменного напряжения ультразвуковой частоты выполнен с возможностью регулирования по частоте с отношением максимальной частоты к минимальной в диапазоне 1,01-1,15.

Недостатком подобного устройства при использовании его для воздействия ультразвуком на внутренние участки организма человека является необходимость перемещения излучателя, если требуется изменение глубины воздействия или если протяженность области воздействия больше длины фокальной области.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного решения, выражается в возможности точного перемещения области воздействия в направлении излучения энергии за счет изменения положения фокальной области неподвижного излучателя и заданного изменения интенсивности, при изменении частоты возбуждающего напряжения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в устройстве для воздействия ультразвуком на внутренние участки организма человека содержится пьезоэлектрический фокусирующий излучатель ультразвука, подключенный к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом модулятора, подключенного к генератору, выполненному с возможностью регулирования характеристик напряжения во время возбуждения, при этом генератор и модулятор соединены с устройством управления, а устройство программирования интенсивности включено между устройством управления и модулятором, выполненным в виде чаши, соприкасающейся с контактной жидкостью, находящейся в контейнере, имеющем поверхность аппликации в виде мембраны, устанавливаемой на поверхности аппликации в виде мембраны, устанавливаемой на поверхности объекта воздействия, пьезоэлемент фокусирующего излучателя выполнен с изменяющимися в зависимости от угла раскрыва толщиной и радиусом кривизны, причем максимальное отношение радиуса кривизны пьезоэлемента к минимальному равно 2, отношение его максимальной толщины к минимальной равно 1,01-1,2, при этом частота переменного напряжения, возбуждаемого генератором, выполненным с возможностью регулирования характеристик напряжения во время возбуждения, изменяется в пределах отношения максимальной частоты к минимальной в диапазоне 1,01-1,2.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 приведен общий вид устройства для воздействия ультразвуком. На фиг. 2 представлено распределение звукового поля для сферического излучателя. На фиг. 3 - пьезопластина излучателя.

Устройство содержит 1 - пьезоэлемент (фиг.1), 2 - контейнер с контактной жидкостью, 3 - мембрана, 4 - объект воздействия, 5 - фокальная область, 6 - приспособление для установки и фиксации излучателя относительно тела пациента, 7 - усилитель мощности, 8 - модулятор, 9 - генератор, выполненный с возможностью регулирования характеристик напряжения, 10 - устройство управления (вместо него может быть использован компьютер), 11 - устройство программирования интенсивности.

Пьезоэлемент 1 устанавливается таким образом, чтобы его вогнутая (рабочая) сторона была сориентирована в направлении требуемого излучения ультразвука. С этой стороной пьезоэлемента имеется акустический контакт с жидкостью контейнера 2, обеспечивающий передачу энергий УЗК к объекту воздействия через элемент соприкосновения с кожей человека - гибкую мембрану 3. Обратная сторона пьезоэлемента 1 соприкасается с воздушной средой. При этом энергия УЗК передается в объект воздействия и фокусируется внутри него в фокальной области 5. С помощью приспособления для установки и фиксации излучателя 6 фокальная область 5 наводится на подлежащий воздействию участок биологической ткани. Напряжение возбуждения от генератора 9, выполненного с возможностью регулирования характеристик напряжения, поступает на модулятор 8 и далее через усилитель мощности 7 на пьезоэлемент 1. Рабочие режимы возбуждения пьезоэлемента: начальная частота напряжения воздействия, пределы изменения частоты, время воздействия (для непрерывного режима возбуждения), количество, длительность, скважность импульсов (для импульсного режима воздействия), задаются с помощью устройства управления 10, частотная зависимость интенсивности задается с помощью устройства программирования интенсивности 11. Для получения необходимой интенсивности УЗК используется резонансное возбуждение пьезоэлемента, возникающее при приложении к нему гармонического напряжения, частота которого удовлетворяет условию ν = c/2d_t, (1) где c и d_t - скорость распространения УЗК в материале пьезопластины и ее толщина соответственно.

Размеры и положение фокальной области сферического фокусирующего излучателя определяются длиной волны ультразвука в биологической ткани (λ), радиусом R и фокусным расстоянием F пьезоэлемента (или его углом раскрыва α_m). Так, для сферического излучателя (фиг. 2) диаметр фокальной области d_o, ее длина L_o и положение геометрического центра Z фокальной области вдоль оси излучателя равны соответственно [3] d_o= 1,22·λ·F·R^-1; (2) Пьезоэлемент (фиг. 3) выполнен с изменяющимися в зависимости от угла раскрыва толщиной и радиусом кривизны, причем максимальное отношение радиуса кривизны пьезоэлемента к минимальному равно 2, отношение его максимальной толщины к минимальной равно 1,01-1,2. При возбуждении излучателя на различных частотах (в пределах отношения максимальной частоты к минимальной 1,01-1,2) будут резонировать согласно (1) части пластины с толщиной, соответствующей частоте возбуждения, имеющие разные радиусы кривизны и углы раскрыва и формирующие согласно формулам (2)-(4) фокальные области, имеющие разные размеры и местоположение вдоль его оси. Таким образом, при изменении частоты достигается изменение местоположения фокальной области по оси излучателя. Изменяя выходную мощность прибора и соответственно интенсивность озвучивания, для каждой частоты получаем возможность согласовывать интенсивность с местоположением области облучения, что необходимо при работе с неоднородной по структуре биологической тканью.

Источники информации 1. Munro P. et all. The Development of Improved Ultrasound Heaters Suitable for Superficial Iissue Heating. - Med. Phys. 9, 1982, p. 886-897.

2. RU 2086178 C1, 10.08.97.

3. Розенберг Л.Д. Фокусирующие излучатели ультразвука. В кн.:, Физика и техника мощного ультразвука. - М.: Наука, 1967, с.149-206.

Формула изобретения

Устройство для воздействия ультразвуком на внутренние участки организма человека, содержащее пьезоэлектрический фокусирующий излучатель ультразвука, выполненный в виде чаши и соединенный с усилителем мощности, вход которого соединен с выходом модулятора, подключенного к генератору, выполненному с возможностью регулирования характеристик напряжения во время возбуждения, при этом излучатель ультразвука размещен на контейнере с контактной жидкостью, поверхность аппликации которого выполнена в виде гибкой мембраны, размещаемой на поверхности объекта воздействия, а его пьезоэлемент выполнен с изменяющимися в зависимости от угла раскрыва толщиной и радиусом кривизны, отличающееся тем, что максимальное отношение радиуса кривизны пьезоэлемента к минимальному равно 2, отношение его максимальной толщины к минимальной равно 1,01 - 1,2, частота переменного напряжения возбуждения изменяется в пределах отношения максимальной частоты к минимальной в диапазоне 1,01 - 1,2, при этом генератор и модулятор соединены с устройством управления, а устройство программирования интенсивности включено между устройством управления и модулятором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3