Ультразвуковий терапевтичний апарат

Ультразвуковий терапевтичний апарат, який містить високочастотний генератор, п'єзоперетворювач, одна сторона якого має можливість акустичного контакту із шкірою пацієнта, інша має контакт із повітрям, який відрізняється тим, що високочастотний генератор є генератором струму і при цьому він додатково оснащений принаймні одним ланцюгом з послідовно з'єднаних реактив ного елемента X ^ і індуктивності І_к0 , ВІЛЬНІ ВИВОДИ яких є входом ланцюга, який з'єднаний за допомогою вхідного комутатора з виходом високочастотного генератора струму, а точка з'єднання інших їх виводів і вільний вивід індуктивності І_ко є Запропонована корисна модель належить до області медичної техніки і призначена для лікування та профілактики захворювань людини за допомогою ультразвуку Основними елементами ультразвукових терапевтичних апаратів є високочастотний генератор та п'єзоелектричний перетворювач Найбільш поширеним способом введення ультразвукової енергії в тіло пацієнта є контактний, коли п'єзоперетворювач прикладається безпосередньо до шкіри людини Серійно за кордоном випускається велика різноманітність таких апаратів [Применение ультразвука в медицине Физические основи Пер с англ / Под ред К Хилла М 1989 568 с ] Вони створюють на поверхні шкіри в неперервному, чи в імпульсному режимах середню в часі інтенсивність ультразвуку до ЗВт/см2 і працюють в частотному діапазоні 0 8-5МГц Вибір частоти визначається глибиною розташування об'єкта біологічної дії Серійні апарати звичайно мають дві або три фіксовані частоти з взаємозамінюваними п'єзоперетворювачами, які звичайно зроблені у вигляді диску із високодобротної п'єзокераміки і розміщені у водонепроникній оболонці Зворотна сторона диску межує з повітрям У випадку високочастот ного генератора напруги максимальна потужність, яка відбирається п'єзоперетворювачем і передається через акустичний контакт із шкірою, досягається на частоті електричного резонансу п'єзоперетворювача, а у випадку високочастотного генератора струму - на частоті механічного резонансу Але в першому випадку при порушенні акустичного контакту величина її значно збільшується і йде на механічні втрати в п'єзоперетворювачі Це може призвести до його перегрівання, а тому потребує системи управління роботою високочастотного генератора Перестройка частоти апарату лише з одним п'єзоперетворювачем можлива в вузькому частотному діапазоні Так, в апараті "MelaSonar-B" [Mela Sonar-B, Ultraschall-Therapie Mela GmbH Elektromedizin, Schatzbogen 38, Postfach 820469, D8000 Munchen 82 Germany], який складається з високочастотного генератора та п'єзоперетворювача, робоча частота змінюється в діапазоні 800-860кГц, тобто 7% Це основний недолік такого апарату І нарешті, ще один його недолік - малий коефіцієнт корисної дії перетворення для одержання ультразвукової потужності 12,6Вт потрібна потужність 60В А, що впливає на виходом ланцюга, який підключений за допомогою вихідного комутатора паралельно п'єзоперетворювачу, при цьому величини Х ^ і І_к0 визначені із співвідношень І_ко=1/(со§С0), Х в д = - Й - д - 1 / ( о ) С д ) ) , де С о - статична ємність п'єзоперетворювача, І_д , С д - індуктивність і ємність руху, со0 - кругова робоча частота п'єзоперетворювача 00 ю О) о 9958 вагу приладу - 6,2кг при вазі п'єзоперетворювача всього 210г. Апарат "Mela Sonar-B" вибрано за прототип. В основу корисної моделі покладено задачу створити такий ультразвуковий терапевтичний апарат, в якому статична і динамічна реактивності єдиного п'єзоперетворювача були б скомпенсовані окремо одна від одної на будь-якій із робочих частот. Це дозволило б перекрити весь робочий діапазон ультразвукової терапії за допомогою апарату лише з одним п'єзоперетворювачем, а збудження п'єзоперетворювача на частоті компенсації від високочастотного генератора струму дозволило б: автоматично знижувати потужність, що передається п'єзоперетворювачу, при порушенні акустичного контакту із шкірою і вимірювати випромінювану ультразвукову потужність за допомогою високочастотного ватметра; збільшити до 78% ефективність перетворення електричної потужності в випромінювану ультразвукову. Поставлена задача вирішується тим, що ультразвуковий терапевтичний апарат, який містить високочастотний генератор, п'єзоперетворювач, одна сторона якого має можливість акустичного контакту із шкірою пацієнта, інша має контакт із повітрям, який відрізняється тим, що високочастотний генератор є генератором струму і при цьому він додатково оснащений принаймні одним ланцюгом з послідовно з'єднаних реактивного елемента Хкд і індуктивності Цо, вільні виводи яких є входом ланцюга, який з'єднаний, за допомогою вхідного комутатора, з виходом високочастотного генератора струму, а точка з'єднання інших їх виводів і вільний вивід індуктивності І_ко, є виходом ланцюга, який підключений, за допомогою вихідного комутатора, паралельно п'єзоперетворювачу, при цьому величини Хкд і Цо визначені із співвідношень: І_ ко =1/((о§С 0 ), Х в д =-(аЯ.д-1/(юСд)), де Со - статична ємність п'єзоперетворювача; І_д, С д - індуктивність і ємність руху; ю 0 - кругова робоча частота п'єзоперетворювача. Включення компенсуючих реактивних елементів Хвд і Цо дозволяє одним п'єзоперетворювачем перекрити робочий діапазон частот ультразвукової терапії 0,2fo < f < 1,8f0 (f0 - частота механічного резонансу) за допомогою апарату лише з одним п'єзоперетворювачем, а застосування високочастотного генератора струму приводить до того, що на частоті компенсації високочастотна потужність, яка передається п'єзоперетворювачу, пропорційна випромінюваній потужності і останню можна вимірювати за допомогою високочастотного ватметра і високочастотна потужність, яка передається п'єзоперетворювачу, автоматично зменшується при порушенні контакту п'єзоперетворювача із шкірою; ефективність перетворення електричної потужності в випромінювану ультразвукову близька до 78%. На Фіг. 1 наведена блок-схема ультразвукового терапевтичного апарату. На Фіг. 2 наведена еквівалентна електрична схема п'єзоперетворювача разом з підключеним до нього за допомогою вихідного комутататора ланцюга із компенсуючих реактивних елементів Хкд І Цо Ульразвуковий терапевтичний апарат (Фіг. 1) складається із високочастного генератора струму 1, вхідного комутатора 2, набіру п ланцюгів 3, кожний із яких є послідовним з'єднанням реактивного елемента 4 і індуктивності 5, вихідного комутатора 6, п'єзоперетворювача 7. Вихід високочастотного генератора струму 1 вхідним комутатором 2, перші виводи якого об'єднані і підключені до генератора, а другі підключені до входів ланцюгів, з'єднано з входом одного ланцюга із набіру п ланцюгів 3, а вихід цього ж ланцюга вихідним комутатором 6, перші виводи якого підключені до виходів ланцюгів, а другі об'єднані і підключені до п'єзоперетворювача, підключено паралельно п'єзоперетворювачу 7. Розглянемо роботу ультразвукового терапевтичного апарату. Напруга з виходу високочастного генератора струму 1, через ланцюг із реактивних елементів Хкд4 і Ц 0 5, подається на п'єзоперетворювач 7. Вхідний 2 та вихідний 6 комутатори вибирають із набору п ланцюгів той ланцюг, який відповідає фіксованій робочій частоті п'єзоперетворювача. Величини компенсуючих реактивних елементів 4 і 5, які входять до ланцюга, визначаються із співвідношень (1). Принциповою відомістю, яка підтверджує можливість здійснення корисної моделі, є встановлена авторами теоретично і експериментально сталість величини Rfl: R fl = Рдо = *z H /(4kfco 0 C 0 z K e p ), (2) в діапазоні частот 0,2 a Q a K =7iz K e p /(2z H )=3,14, то для високодобротної п'єзокераміки (QMex=300-500) RMB / Рдо = Q-акЮмакс /(О-мех^о) = 0,18 « 1 . Таким чином на частоті компенсації випромінювана акустична потужність дорівнює високочастотній потужності, що надходить, і її можна вимірювати за Р ' шшшііг-ш.-. шш допомогою високочастотного ватметра. Оскільки величина активної компоненти опору не залежить від частоти компенсації, то в якості вихідного каскаду генератора струму доцільно взяти двохтактний підсилювач потужності класу В на транзисторах в режимі максимуму коефіцієнта корисної дії 78%. Майже таку саму ефективність одержимо для ультразвукового випромінювача. Наприклад, для забезпечення максимальної потужності 12,6Вт, як в прототипі, треба всього 15Вт. чт^^^^^ ФІГ.1 1 Фіг.2 Комп'ютерна верстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601