Спосіб контролю та вимірювання параметрів ультразвукового випромінювання

Реферат: Спосіб контролю та вимірювання параметрів ультразвукового випромінювання під час процедури фізіотерапії, що включає вимірювання та контроль температури нагрівання хвилеводу-інструмента ультразвукового випромінювача, що знаходиться в контакті з біологічною тканиною, значення температури якого порівнюється з допустимими значеннями температури нагрівання, встановленими задатчиком температури, і в разі їх збігу чи перевищення, сигнал подається на звуковий та світловий оповіщувач, при цьому вимірюють інтенсивність параметрів ультразвукового випромінювання, порівнюють із заданими значеннями параметрів інтенсивності і при перевищенні цих значень подають сигнал на відключення. Додатково вимірюють інтенсивність параметрів ультразвукового випромінювання, порівнюють з заданими значенням параметрів інтенсивності і при перевищенні цих значень подають сигнал на відключення. UA 116160 U (12) UA 116160 U UA 116160 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до медичної техніки, а саме до способів контролю та вимірювання параметрів ультразвукового випромінювання під час процедури фізіотерапії і може бути використана в медицині, зокрема в фізіотерапії. Найбільш близьким аналогом є спосіб контролю параметрів ультразвукового випромінювання під час процедури фізіотерапії, що включає вимірювання та контроль температури нагрівання хвилеводу-інструмента, за допомогою якого вимірюється температура на ультразвуковому випромінювачі хвилеводу-інструмента, що знаходиться в контакті з біологічною тканиною, її значення порівнюється з допустимими значеннями температури нагрівання, встановленими задатчиком температури, і в разі їх збігу чи перевищення сигнал подається на звуковий та світловий оповіщувач, при цьому додатково вимірюють параметри інтенсивності ультразвукового випромінювання, порівнюють із заданими значеннями цих параметрів інтенсивності і при перевищенні цих значень подається сигнал на відключення [1]. Недоліком наведеного способу контролю параметрів ультразвукового випромінювання є недостатня точність та однозначність контролю та вимірювання параметрів інтенсивності ультразвукового випромінювання під час процедури, що призводить до неточного виконання назначених процедур. Так сучасні вимірювачі інтенсивності мають похибку вимірювання до±20 %. А це призводить чи до передозування, чи недостатнього впливу на зону лікування і не дає можливості точно контролювати ступінь і ефективність впливу інтенсивності ультразвукового випромінювання, що призводить до неякісного проведення процедури ультразвукової терапії та можливого заподіяння шкоди пацієнту. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення точності та однозначності проведення процедури в заданих параметрах, а як наслідок ріст ефективності та якості терапії й безпеки пацієнта. Поставлена задача вирішується тим, що в заявленому способі контролю та вимірюванні параметрів ультразвукового випромінювання під час процедури фізіотерапії, що включає вимірювання та контроль температури нагрівання хвилеводу-інструмента, за допомогою якого вимірюється температура на ультразвуковому випромінювачі хвилеводу-інструмента, що знаходиться в контакті з біологічною тканиною, її значення порівнюється з допустимими значеннями температури нагрівання, встановленими задатчиком температури, і в разі їх збігу чи перевищення сигнал подається на звуковий та світловий оповіщувач, при цьому додатково вимірюють параметри інтенсивності ультразвукового випромінювання, порівнюють із заданими значеннями цих параметрів інтенсивності і при перевищенні цих значень подається сигнал на відключення, а інтенсивність випромінювання I визначають по величині амплітуди А коливань в зоні контакту з біологічною тканиною по формулі 1 I  c 2 h 2 , 2 де  - густина середовища, c - швидкість ультразвуку,  - кутова частота, h - висота коливань в зоні контакту "випромінювач - шкіра", при цьому приймають значення висоти h тотожним величині амплітуди h  A . Так при оцінці інтенсивності ультразвукових коливань в фізіотерапії, виходять з того, що для опису параметрів ультразвукового випромінювання використовують наступні характеристики: звуковий тиск, швидкість поширення, амплітуда та частота сигналу [2]. Відомо, що амплітуда звукового тиску P залежить від таких показників, як густини середовища  , швидкості ультразвуку c , кутової частоти  та величини амплітуди A . P  cA . (1) Припустимо, що амплітуда A з формули (1) еквівалентнависоті h коливань в зоні контакту "випромінювач-шкіра". Тоді P  ch . (2) Враховуючи, що інтенсивність дорівнює: P 2 , (3) (2c ) то підставивши (2) в (3) та виконавши елементарні перетворення, отримаємо математичну залежність інтенсивності коливань від параметрів біологічної тканини: 1 I  c 2 h 2 . (4) 2 Таким чином формула (4) дає можливість практично визначати інтенсивність ультразвукових коливань в зоні контакту "випромінювач-шкіра" в терапевтичному діапазоні, I 1 UA 116160 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 максимальне значення якого при фізіотерапії за нормальних умов та за будь-якої умови 2 поодинокого випромінювання не повинне перевищувати 3 Вт/см [3]. Вирішення поставленої задачі способу контролю та вимірювання параметрів ультразвукового випромінювання під час терапії досягається шляхом визначення інтенсивності випромінювання I по величині амплітуди коливань A  h в зоні контакту з біологічною тканиною по формулі (4), так як механічні переміщення поверхні біологічної тканини можна визначити з високою точністю (похибка до 1 %), вимірявши тензодатчиком чи безконтактними оптичними методами. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображена блок-схема апарата ультразвукової терапії, що реалізує спосіб контролю та вимірювання параметрів ультразвукового випромінювання під час терапевтичної процедури. Блок-схема апарата ультразвукової терапії, що реалізує спосіб контролю та вимірювання параметрів ультразвукового випромінювання, складається з наступних елементів: блок живлення 9, послідовно з'єднаний з генератором 1, модулятором 2, буферним каскадом 3, попереднім підсилювачем 4 і вихідним підсилювачем 5, блоком керування 11 та імпульсним генератором 10, вихід якого з'єднаний з другим входом буферного каскаду 3, а керуючий вхід з блоком керування 11, другий та третій виходи блока керування з'єднані відповідно з інфразвуковим генератором 6 та генератором 1, причому перший вихід вихідного підсилювача 5 зв'язаний із входом індикатора вихідної потужності 8 та випромінювачем 15, а інфразвуковий генератор 6, вихід якого підключено до входу буферно-підсилюючого каскаду 7, з'єднаного з другим входом модулятора, що з метою забезпечення акустичного контакту випромінювача з біологічним об'єктом додатково містить диференціальний підсилювач 12, керований резистивний дільник 13, другий вивід якого підключений до загальної шини, світловий та звуковий оповіщувач 14 та зразковий опір, причому вихід попереднього підсилювача під'єднаний до одного з входів диференційного підсилювача 12, другий вхід з'єднаний із зразковим резистором 16, інший вивід якого підключено до загальної шини, а вихід під'єднаний до вихідного підсилювача 5, вихід якого з'єднаний з керованим резистивним дільником 13, вихід якого з'єднаний з випромінювачем 15, який зв'язаний із зразковим резистором, а вихід індикатора вихідної потужності під'єднаний до світлового та звукового оповіщувача, блок керування з'єднаний з керованим резистивним дільником, вимірник температури 17, що розміщений на випромінювачі 15 та вимірює температуру випромінювача хвилеводу інструмента підключено разом з задатчиком температури 19 до блока порівняння 18, блок порівняння 18 підключено до блока керування 11 та світлового і звукового оповіщувача 14, вимірювач параметрів інтенсивності ультразвуку 20 підключений разом з датчиком параметрів інтенсивності ультразвуку 22 до блока порівняння параметрів інтенсивності 21, блок порівняння 21 підключено до блока керування 11. А тензодатчик 23, що вимірює механічні переміщення (коливання) біологічної тканини в зоні контакту "випромінювач-шкіра", через блок порівняння 21 з'єднаний з блоком керування 11. Технічний результат, який може бути отриманий при реалізації способу, що заявляється, виражається в підвищенні точності вимірювання параметрів інтенсивності ультразвукового випромінювання та однозначності проведення процедури в заданих параметрах, а як наслідок ріст ефективності та якості терапії й безпеки пацієнта та в можливості автоматичного контролю за параметрами фізіотерапевтичної процедури. Робота ланцюга контролю та вимірювання параметрів ультразвукового випромінювання під час терапевтичної процедури основана на контролі та вимірюванні інтенсивності ультразвукового випромінювання за допомогою вимірювача 20 параметрів інтенсивності ультразвуку (потужності, градієнта та ін.), тензодатчика 23, що вимірює механічні переміщення (коливання) біологічної тканини в зоні контакту "випромінювач-шкіра" та передачі даних в блок порівняння 21, де обраховується значення інтенсивності по формулі (4), порівняння виміряних та обрахованих параметрів інтенсивності ультразвукового випромінювання з параметрами інтенсивності (потужності, градієнта та ін.), що задані задатчиком параметрів інтенсивності 22 (потужності, градієнта та ін.) випромінювання, які відбуваються в блоці порівняння 21, а він в свою чергу підключений до блоку керування 11 та світлового і звукового оповіщувача 14. Таким чином забезпечується висока точність вимірювання механічного переміщення біологічної тканини в зоні контакту "випромінювач-шкіра", визначення інтенсивності по формулі (4), автоматичний контроль параметрів інтенсивності ультразвукового випромінювання під час проведення терапевтичної процедури, що в свою чергу гарантує безпеку пацієнта та підвищує ефективність, достовірність та якість проведення фізіотерапевтичної процедури. Джерела інформації: 2 UA 116160 U 5 10 15 20 25 1. Патент на корисну модель України UA № 80123 МПК (2013): A61N 1/00, A61N 7/00, А61Н 23/00 Спосіб контролю параметрів ультразвукового випромінювання/ Терещенко М.Ф., Мережаний Ю.Е., Тюпа А.О.// Опубл. 13.05.2013, Бюл. № 9. 2. Терещенко М.Ф. Оцінка впливу ультразвукового сигналу на біологічні тканини/ Терещенко М.Ф., Кирилова А.В.// Вісник НТУУ "КПІ". Сер. Приладобудування. - 2010. - № 39. - С. 130-136. 3. Вироби медичні електричні. Частина 2-5. Додаткові вимоги щодо безпеки апаратів ультразвукової фізіотерапії (EN 60601-2-5:2000, IDT): ДСТУ EN 60601-2-5:2015. - [Чинний від 2016-01-01]. -К.: ДП "УкрНДНЦ", 2016. - 7 ст. - (Національний стандарт України). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб контролю та вимірювання параметрів ультразвукового випромінювання під час процедури фізіотерапії, що включає вимірювання та контроль температури нагрівання хвилеводу-інструмента ультразвукового випромінювача, що знаходиться в контакті з біологічною тканиною, значення температури якого порівнюється з допустимими значеннями температури нагрівання, встановленими задатчиком температури, і в разі їх збігу чи перевищення, сигнал подається на звуковий та світловий оповіщувач, при цьому вимірюють інтенсивність параметрів ультразвукового випромінювання, порівнюють із заданими значеннями параметрів інтенсивності і при перевищенні цих значень подають сигнал на відключення, який відрізняється тим, що інтенсивність випромінювання I визначають по величині амплітуди A коливань в зоні контакту з біологічною тканиною за формулою: 1 I  c2h2 , 2 де  - густина середовища, c - швидкість ультразвуку,  - кутова частота, h - висота коливань в зоні контакту "випромінювач-шкіра", при цьому приймають значення висоти h , тотожним величині амплітуди h  A . Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3