Устройство для ультразвуковой терапии

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в ультразвуковой терапии. Устройство для ультразвуковой терапии включает задающий генератор, соединенный с модулятором, генератор модулирующих колебаний, усилитель мощности, излучатель, датчик регулируемого сигнала, регулятор напряжения, содержащий усилитель сигнала рассогласования с источником опорного напряжения и регулирующим элементом, и формирователь сигнала обратной связи. Формирователь включает выпрямитель, соединенный с неинвертирующим усилителем, конденсатором с резистором, образующими RC-цепочку, через запоминающий конденсатор, и разделительным диодом. Изобретение позволяет повысить эффективность лечения в непрерывном и импульсном режимах облучения ультразвуком. 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в ультразвуковой терапии.

Известно устройство для ультразвуковой терапии, содержащее задающий генератор, соединенный с усилителем мощности, электроакустический преобразователь (излучатель), датчик регулируемого сигнала, соединенный через демодулятор с первым компаратором и дифференциатором, выход которого подключен ко входу второго компаратора, последовательно соединенные генератор пилообразного напряжения, электронно-механический ключ и запоминающую ячейку, выход которой подключен к задающему генератору; при этом датчик регулируемого сигнала включен между усилителем мощности и электроакустическим преобразователем, а выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к первому и второму входам электронно-механического ключа (SU 1393409, A, 1988).

Устройство осуществляет стабилизацию механических колебаний электроакустического преобразователя за счет поиска и поддержания резонансной частоты при воздействии таких дестабилизирующих факторов как технологический разброс параметров электроакустических преобразователей, изменение напряжения питания, температуры и характера нагрузки.

Недостатком известного устройства является неравномерность ультразвуковых колебаний как в непрерывном, так и в импульсном режимах работы излучателя, обусловленная наличием временного интервала поиска резонансной частоты. Неравномерность ультразвуковых колебаний проявляется в изменении их параметров (амплитуда, частота, мощность) и приводит либо к недопустимым уровням их интенсивностей, превышающим граничные значения в ультразвуковой терапии (1,5 - 2 Вт/см), либо к недостаточной эффективности лечения, когда доза облучения оказывается меньше или больше заданной.

Ближайшим техническим решением к заявляемому является устройство для ультразвуковой терапии, содержащее задающий генератор, подсоединенный к первому входу модулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующих колебаний, усилитель мощности, вход которого подсоединен к выходу модулятора, а выход соединен с излучателем, и регулятор, стабилизирующий напряжение питания усилителя мощности (Медицинская техника, N3, 1980, с. 29-32).

Регулятор содержит усилитель сигнала рассогласования, на входы которого поступают сигналы с датчика регулируемого сигнала и источника опорного напряжения, и регулирующий элемент, вход которого соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования. Известное устройство работает следующим образом. Высокочастотные колебания с выхода задающего генератора и низкочастотные импульсы с выхода генератора модулирующих колебаний поступают соответственно на первый и второй входы модулятора, на выходе которого формируются пачки импульсов ультразвуковой частоты. Эти пачки импульсов усиливаются усилителем мощности и поступают на вход излучателя. Напряжение питания усилителя мощности стабилизируется путем воздействия на регулирующий элемент усиленного сигнала рассогласования напряжений, поступающих на входы усилителя сигнала рассогласования с датчика регулируемого сигнала и источника опорного напряжения.

Недостатком известного устройства является неравномерность ультразвуковых колебаний как в непрерывном, так и в импульсном режимах работы излучателя, обусловленная тем, что регулятор реагирует только на изменения питающего напряжения и нечувствителен к воздействию таких дестабилизирующих факторов, как технологический разброс параметров электроакустических преобразователей, изменение температуры и характера нагрузки.

Задача, решаемая изобретением - повышение равномерности ультразвуковых колебаний в непрерывном и импульсном режимах работы излучателя за счет соответствующей организации цепи обратной связи регулятора напряжения питания усилителя мощности.

Указанная задача решается тем, что устройство для ультразвуковой терапии, содержащее задающий генератор, соединенный выходом с первым входом модулятора, второй вход которого подключен к выходу генератора модулирующих колебаний, а выход связан с первым входом усилителя мощности, излучатель, регулятор напряжения, включающий усилитель сигнала рассогласования, первый вход которого связан с источником опорного напряжения, а выход подсоединен к входу регулирующего элемента, выходом соединенного со вторым входом усилителя мощности, и датчик регулируемого сигнала, снабжено формирователем сигнала обратной связи, включающим выпрямитель, выход которого подключен к первому выводу запоминающего конденсатора, входу неинвертирующего усилителя и аноду разделительного диода, и электронный ключ, первый вход которого связан с катодом разделительного диода, второй вход - с выходом неинвертирующего усилителя, вход управления соединен с выходом генератора модулирующих колебаний, а выход соединен с первым выводом RC-цепочки и вторым входом усилителя сигнала рассогласования, при этом датчик регулируемого сигнала соединен входом с выходом усилителя мощности, первым выходом - с излучателем и вторым выходом - с входом выпрямителя, а вторые выводы запоминающего конденсатора и RC-цепочки подсоединены к общей шине.

Сущность заявляемого изобретения заключается в стабилизации электрического сигнала на входе излучателя путем регулирования напряжения питания усилителя мощности при непрерывном и импульсном характере сигнала обратной связи.

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежом и эпюрами сигналов на входе излучателя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для ультразвуковой терапии, на фиг.2 - эпюры сигналов на входе излучателя в различных режимах работы формирователя сигнала обратной связи.

Устройство для ультразвуковой терапии включает задающий генератор ультразвуковой частоты 1, соединенный с первым входом модулятора 2, генератор модулирующих колебаний 3, соединенный со вторым входом модулятора 2, усилитель мощности 4, вход которого соединен с выходом модулятора 2, излучатель 5, вход которого через датчик регулируемого сигнала 6 подключен к выходу усилителя мощности 4, регулятор напряжения питания усилителя мощности 7, содержащий усилитель сигнала рассогласования 8, первый вход которого подсоединен к выходу источника опорного напряжения 9, регулирующий элемент 10, и управляемый генератором модулирующих колебаний 3 формирователь сигнала обратной связи 11, выход которого соединен со вторым входом усилителя сигнала рассогласования 8.

Формирователь сигнала обратной связи 11 содержит выпрямитель 12 сигнала обратной связи, выход которого соединен со входом неинвертирующего усилителя 13, запоминающим конденсатором 14 и разделительным диодом 15, и электронный аналоговый ключ 16, на входы которого поступают сигналы с выходов неинвертирующего усилителя 13 и разделительного диода 15, а выход, являющийся выходом формирователя обратной связи 11, соединен с конденсатором 18 и разрядным резистором 17. Ключ 16 управляется сигналом с выхода генератора модулирующих колебаний 3.

Устройство для ультразвуковой терапии работает следующим образом. Высокочастотные колебания с выхода задающего генератора 1 и импульсы низкой частоты с выхода генератора модулирующих колебаний 3 поступают на первый и второй входы модулятора 2 соответственно. На выходе модулятора 2 формируются пачки импульсов ультразвуковой частоты. Эти сигналы усиливаются в усилителе мощности 4 до необходимого уровня, определяемого напряжением задания U_зад, вырабатываемым источником опорного напряжения 9, и через датчик регулируемого сигнала 6 поступают на вход излучателя 5. С выхода датчика регулируемого сигнала 6 напряжение обратной связи через формирователь сигнала обратной связи 11 поступает на второй вход усилителя сигнала рассогласования 8 регулятора напряжения 7. Работой формирователя сигнала обратной связи 11 управляет генератор модулирующих колебаний 3. В зависимости от уровней сигналов обратной связи U_ос и задания U_зад, которое подается на первый вход усилителя сигнала рассогласования 8, регулирующий элемент 10 изменяет напряжение питания усилителя мощности 4 таким образом, чтобы величина сигнала U_и на входе излучателя 5 оставалась постоянной.

При непрерывном и импульсном сигналах, снимаемых с датчика регулируемого сигнала (при непрерывном и импульсном режимах озвучивания соответственно), формирователь сигнала обратной связи работает следующим образом.

В непрерывном режиме работы ключ 16 находится в положении 1. При этом сигнал с датчика регулируемого сигнала 6 выпрямляется выпрямителем 12, сглаживается конденсаторами 14, 16 и через открытый разделительный диод 15 и контакты ключа 16 поступает на второй вход усилителя сигнала рассогласования 8. Параметры элементов 14, 18, 17 выбираются из условия обеспечения необходимого быстродействия. При увеличении (уменьшении) сигнала U_и на входе излучателя 5 величина U_ос увеличивается (уменьшается) и регулятор 7 уменьшает (увеличивает) напряжение питания усилителя мощности 4 так, чтобы сигнал U_и остался без изменения.

При импульсном режиме работы и том же положении ключа 16 (положение 1) в нерабочем интервале времени t₁ - t₂ (см. фиг. 2,а) сигнал обратной связи U_ос на втором входе усилителя сигнала рассогласования 8 будет равен нулю и регулятор 7 поднимает напряжение питания усилителя мощности 4 до максимально возможной величины. Таким образом, в начале рабочего периода времени t₂ сигнал U_и на входе излучателя 5 будет иметь максимальное значение. Это приведет к резкому возрастанию интенсивности ультразвуковых колебаний излучателя 5, которая может в несколько раз превысить граничную (2 Вт/см²), что в ультразвуковой терапии недопустимо.

Для устранения нежелательных всплесков сигнала U_и при импульсном режиме работы в момент времени t₁ окончания рабочего периода по сигналу генератора модулирующих колебаний 3 ключ 16 переходит в положение 2 и сигнал U_ос снимается с выхода неинвертирующего усилителя 13. При этом величина сигнала U_с на конденсаторе 14 сохраняет свое предыдущее значение, так как он отключается от всех разрядных цепей, а входное сопротивление неинвертирующего усилителя 13 велико. Таким образом, при единичном коэффициенте усиления усилителя 13 напряжение питания усилителя мощности 4 в нерабочем периоде времени t₁ - t₂ также будет сохранять свое предыдущее значение. В момент времени t₂ начала рабочего периода по сигналу генератора модулирующих колебаний 3 ключ 16 возвращается в положение 1. При этом возможны только небольшие всплески сигнала U_и, вызванные инерционностью регулятора. Эти небольшие всплески сигнала U_и можно убрать, если коэффициент усиления усилителя 13 сделать больше единицы.

На нерабочем интервале времени t₁ - t₂ сигнал U_ос будет больше сигнала U_зад и напряжение питания усилителя мощности 4 будет меньше, чем в конце предыдущего рабочего периода времени t₁. В момент времени t₂ начала рабочего периода по сигналу генератора модулирующих колебаний 3 ключ 16 возвращается в положение 1, разделительный диод 15 запирается и будет находиться в этом состоянии до тех пор, пока напряжение на конденсаторе 18, равное напряжению U_ос, не уменьшится в результате его разряда через резистор 17 до величины напряжения U_с на запоминающем конденсаторе 14. При этом напряжение U_ос плавно уменьшается, а напряжение питания усилителя мощности 4 и соответственно сигнал U_и на входе излучателя 5 плавно увеличиваются до заданного значения, после чего разделительный диод 15 открывается. В результате при коэффициенте усиления усилителя 13 больше единицы осуществляется "мягкий пуск" рабочего периода импульсного режима работы излучателя. Форма сигнала U_и на входе излучателя 5 представлена на фиг. 2,б.

Таким образом, регулирование (а не стабилизация, как в прототипе) питающего напряжения усилителя мощности по сигналу датчика, расположенного непосредственно на входе излучателя, позволяет устранить влияние дестабилизирующих факторов на параметры ультразвуковых колебаний в непрерывном режиме работы излучателя, а с внедрением формирователя сигнала обратной связи и в импульсном режиме.

Медицинский результат, который может быть получен при использовании изобретения - повышение эффективности лечения в режимах как непрерывного, так и импульсного облучения ультразвуком.

Формула изобретения

Устройство для ультразвуковой терапии, содержащее задающий генератор, соединенный выходом с первым входом модулятора, второй вход которого подключен к выходу генератора модулирующих колебаний, а выход связан с первым входом усилителя мощности, излучатель, регулятор напряжения, включающий усилитель сигнала рассогласования, первый вход которого связан с источником опорного напряжения, а выход подсоединен к входу регулирующего элемента, выходом соединенного со вторым входом усилителя, мощности и датчик регулируемого сигнала, отличающееся тем, что оно снабжено формирователем сигнала обратной связи, включающим выпрямитель, выход которого подключен к первому выводу запоминающего конденсатора, входу неинвертирующего усилителя и аноду разделительного диода, и электронный ключ, первый вход которого связан с катодом разделительного диода, второй вход - с выходом неинвертирующего усилителя, вход управления соединен с выходом генератора модулирующих колебаний, а выход соединен с первым выводом RC-цепочки и вторым входом усилителя сигнала рассогласования, при этом датчик регулируемого сигнала соединен входом с выходом усилителя мощности, первым выходом - с излучателем и вторым выходом - с входом выпрямителя, а вторые выводы запоминающего конденсатора и RC-цепочки подсоединены к общей шине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 03.03.2007

Извещение опубликовано: 27.01.2008        БИ: 03/2008

---