Автоматизований багатофункціональний апарат ультразвукової терапії

Автоматизований багатофункціональний апарат ультразвукової терапії, що містить блок живлення з послідовно з'єднаними генератором, модулятором, буферним каскадом, попереднім підсилювачем, вихідним підсилювачем, вихід якого з'єднаний зі входом індикатора вихідної потужності і випромінювачем ультразвукових хвиль, інфразвуковим генератором, буферно-підсилюючим каскадом, під'єднаним до виходу інфразвукового генератора та з'єднаним з другим входом модулятора, програмованим блоком керування; генератор струму, кероване джерело магнітної індукції та блок від'ємного зворотного зв'язку, причому програмований блок керування під'єднаний до блока живлення та з'єднаний з генератором, інфразвуковим генератором, який виконаний у вигляді широкополосного імпульсного генератора, і генератором струму, вихід якого з'єднаний із входом керованого джерела магнітної індукції, а інди U 2 66118 1 3 зв'язаний із входом програмованого блока керування, причому конструктивно випромінювач ультразвукових хвиль і кероване джерело магнітної індукції виготовлені в вигляді єдиного циліндричного випромінювача, в центрі якого знаходиться випромінювач ультразвукових хвиль, охвачений пустотілим соленоїдом; диференціальний підсилювач, керований дільник, блоки світлової і звукової сигналізації та зразкових резисторів, причому вихід попереднього підсилювача під'єднаний до неінвертованого входу диференціального підсилювача, інвертований вхід якого з'єднаний з сигнальним входом блока зразкових резисторів, а вихід - з вихідним підсилювачем, підключеним в свою чергу до сигнального входу блока керованого дільника, вихід якого під'єднаний до випромінювача ультразвукових хвиль, який зв'язаний з сигнальним входом блока зразкових резисторів, другий вивід підключений до загальної шини, вихід індикатора вихідної потужності під'єднаний до блока світової та звукової сигналізації, а програмований блок керування з'єднаний з керуючими входами блока зразкових резисторів та керованого дільника, другий вихід якого під'єднаний до загальної шини. Недоліком найближчого аналогу є відсутній контроль ефективності впливу ультразвуком на біологічні структури. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечити можливості автоматичного контролю ефективності впливу заданими параметрами ультразвуку при гарантованому акустичному контакті з біологічним середовищем у всьому частотному і 2 динамічному діапазонах від 0,1 до 2,5 Вт/см з частотою від 1 Гц до 10 МГц, та корегувати параметри ультразвукового сигналу для отримання нормованої та запланованої дози дії ультразвуку на біологічну тканину. Поставлена задача вирішується тим, що в апарат для ультразвукової терапії, який містить блок живлення з послідовно з'єднаними генератором, модулятором, буферним каскадом, попереднім підсилювачем, вихідним підсилювачем, вихід якого з'єднаний зі входом індикатора вихідної потужності і випромінювачем ультразвукових хвиль, інфразвуковим генератором, буфернопідсилюючим каскадом, під'єднаного до виходу інфразвукового генератора та з'єднаного з другим входом модулятора, програмованим блоком керування; генератор струму, кероване джерело магнітної індукції та блок від'ємного зворотного зв'язку, причому програмований блок керування під'єднаний до блока живлення та з'єднаний з генератором, інфразвуковим генератора, який виконаний в вигляді широкосмугового імпульсного генератора, і генератором струму, вихід якого з'єднаний із входом керованого джерела магнітної індукції, а індикатор вихідної потужності через блок від'ємного зворотного зв'язку зв'язаний із входом програмованого блока керування, причому конструктивно випромінювач ультразвукових хвиль і кероване джерело магнітної індукції виготовлені в вигляді єдиного циліндричного випромінювача, в центрі якого знаходиться випромінювач ультразвукових хвиль, охвачений пустотілим соленоїдом, широко 66118 4 смуговий диференціальний підсилювач, керований дільник, блоки світлової і звукової сигналізації та зразкових резисторів, причому вихід попереднього підсилювача під'єднаний до неінвертованого входу диференціального підсилювача, інвертований вхід якого з'єднаний з сигнальним входом блока зразкових резисторів, а вихід - з вихідним підсилювачем, підключеного в свою чергу до сигнального входу блока керованого дільника, вихід якого під'єднаний до випромінювача ультразвукових хвиль, який зв'язаний з сигнальним входом блока зразкових резисторів, другий вивід підключений до загальної шини, вихід індикатора вихідної потужності під'єднаний до блока світової і звукової сигналізації, а програмований блок керування з'єднаний з керуючим входом блока зразкових резисторів та керованого дільника, другий вихід якого під'єднаний до загальної шини, додатково введені датчик вимірювання температури біологічних структур та блок індикації і контролю температури, що з’єднаний з програмованим блоком керування, блоком світової і звукової сигналізації і вимірювачем температури. На фіг. 1 представлена функціональна схема пристрою. Багатофункціональний апарат для ультразвукової і магнітотерапії (фіг. 1) містить блок живлення БЖ 17 з послідовно з'єднаними генератором Г 1, модулятором М 2, буферним каскадом БК 3, попереднім підсилювачем ПП 4, вихід якого з'єднаний до неінвертуючого входу диференціального підсилювача ДП 5, вихідним підсилювачем ВП 6, перший вихід якого з'єднаний зі входом індикатора вихідної потужності ІВП 7, а другий - з керованим резистивним дільником КД 16, вихід якого з'єднаний із входом випромінювача ультразвукових хвиль ВУХ 14, який зв'язаний з сигнальним входом блока зразкових резисторів БЗР 18, що з'єднаний з інвертованим входом диференційного підсилювача ДП 5 та виходом програмованого блока керування ПБК 9, а другий вивід підключений до загальної шини, буферно-підсилюючим каскадом БПК 11 та інфразвуковим генератором ІЗГ 10, вихід якого підключений до буферно-підсилюючого каскаду БПК 11, що з'єднаний з другим входом модулятора М 2, а також програмованим блоком керування ПБК 9, виходи якого підключені до генератора Г 1, інфразвукового генератора ІЗГ 10, керованого резисторного дільника КД 16, блока індикації та контролю температури БІКТ 20, з'єднаного з вимірювачем температури ВТ 21 біологічних тканин і блоком світової та звукової сигналізації БСЗС 19, та генератора струму ГС 12, який з'єднаний з керованим джерелом магнітної індукції КДМІ 13, а індикатор вихідної потужності ІВП 7 зв'язаний із входом блока світової та звукової сигналізації БСЗС 19, а через блок від'ємного зворотного зв'язку БВЗЗ 8 - із входом програмованого блока керування ПБК 9, причому конструктивно випромінювач ультразвукових хвиль ВУХ 14, кероване джерело магнітної індукції КДМІ 13 і датчик вимірювання температури ВТ 21 виготовлені в вигляді єдиного циліндричного випромінювача КВУХІМІ 15, в центрі якого знаходиться випромінювач ультразвукових хвиль ВУХ 14, охвачений 5 пустотілим соленоїдом. Пристрій працює наступним чином. Робота ланцюга контролю акустичного контакту основана на контролі зміни сили струму в ланцюгу дільника п'єзовипромінювача та блока зразкових резисторів 18. При підвищенні сили струму в цьому ланцюгу збільшується і падіння напруги на зразковому резисторі (R30). Це значення сигналу надходить на інвертований вхід диференційного підсилювача, що змінює значення вихідного сигналу з диференційного підсилювача і вихідного підсилювача. Ця зміна сигналу через індикатор вихідної напруги надходить в блок світлової і звукової сигналізації, що в свою чергу викликає звуковий сигнал і світловий спалах, сигналізуючи про погіршення акустичного контакту з біологічною тканиною. Контроль зміни сили струму в ланцюзі дільник п'єзовипромінювача Z-резистора R по зміні напруги Uк (резистор R може бути замінений трансформатором струму). Напруга Uк одночасно подається на диференційний підсилювач 5 і аналоговий пристрій вибіркизберігання. Одночасно з цим, генератор лінійно зростаючої напруги починає виробляти сигнали лінійно зростаючої напруги, що надходить на другий вхід компаратор. При рівності порівнюваних напруг з виходу диференційного підсилювача 5 надходить сигнал, що перемикає пристрій вибіркизберігання в режим зберігання. Таким чином, на вході пристрою утворюється опорна напруга, рівна Uк, режим контролю акустичного контакту здійснюється автоматично і забезпечується висока точність встановлення дози ультразвукового впливу. При зменшенні навантаження п'єзовипромінювача, тобто зменшення площі дотику чи щільності контакту, струм в ланцюзі і відповідно напруга Uк на резистори R зростають. При збільшенні падіння напруги на резистори R більш ніж на 10 % сигнали про ступінь неконтакту надходять у пристрій управління та сигналізатор (БСЗС), при цьому, для підтримки заданої дози впливу пристрій управління збільшує час впливу пропорційно величині зміни неконтакту. При порушенні контакту більш ніж на 30 % пристрій управління зберігає в пам'яті отриману пацієнтом дозу впливу і відключає прилад. Контроль акустичного контакту здійснюється в діапазоні зміни вихідної потужності більш ніж на 10 дБ, що суттєво перекриває діапазон регулювання використовуваних у терапії інтенсивностей. Для контролю та корегування параметрів ультразвуку під час процедури для отримання максимально можливої запланованої дози пристрій містить ланцюг зворотного зв'язку, реалізований блоками ВТ 21 та БІСТ 20, що в свою чергу під'єднані до ПБК 9 та БСЗС 19. Значення температури, що надходить на ВТ 21, проходить дворівневий контроль. На першому рівні сигнал порівнюється з максимально допустимим, що попереджає від занадто частого використання пристрою на одній і тій же ділянці біологічної тканини. На другому етапі контролю сигнал порівнюється з ефективним значення Тефект. Ефективне значення температури встановлюється автоматично, відповідно до налаштованих параметрів ульт 66118 6 развуку для даної процедури. Для розрахунку Тефект використовується температура як функція від частоти та інтенсивності ультразвуку: hf  I , (1) T C R  Vф  ln 2 C1 де h - довжина хвилі, f - частота коливання, I - інтенсивність, Vф - фазова швидкість хвилі, R C1 газова стала, - відношення концентрації по C2   різні сторони мембрани, тобто: T  F f , I . Залежність відношення концентрацій, як реакції на вплив УЗ сигналу (зміна проникності мембрани клітини), від температури описується функцією Арреніуса: t    Ea  Ct    t    A  exp  R  T dt  C1    0 де С1 - початкова концентрація іонів в клітині, C(t) - концентрація іонів в момент часу t, A - константа швидкості хімічної реакції денатурації білка, Еa - енергія активації (значення Еa для хімічної реакцій знаходиться в діапазоні 40-400 кДж/моль), R - універсальна газова стала, Т() - абсолютна температура в кожний момент часу. На основі отриманих рівнянь (1) і (2) залежність температури та товщини мембрани визначається функцією: μ=F(T(), l()) (3) За допомогою вимірів з датчика, зафіксовану абсолютну температуру в кожний момент часу чисельно порівнюють з фіксованою температурою Тефект, що відповідна для кожного проміжку часу нагрівання (відносно концентрації пошкоджених клітин). Отримане значення відображає чисельну різницю між граничною температурою початку денатурації та абсолютною температурою: ΔТ()=Тефект-Т(). Міра термічного ушкодження при цьому може бути визначена як [Niemz M.H. Laser Tissue Interactions: Fundamentals and Applications. Berlin, 1996. - 305 c]: C1  Ct   1  exp   . C1 Функціональний показник μ характеризує математичну залежність температури та товщини мембрани в кожний момент часу, тому, знаючи ΔT(), можливо чисельно вирахувати Δl(), що відображає математичне значення різниці товщини мембрани в кожний момент часу та мінімально можливої товщини мембрани Δl()=l()-lmjn. Оскільки, значення ефективного часу випромінювання це функція, що залежить від товщини l мембрани: t=F(l), та знаючи що Δl(), можливо відслідковувати значення часу випромінювання ультразвуку (при незмінній частоті та інтенсивності УЗ хвилі), потрібне для досягнення максимально допустимого ефекту, приймаючи за реакцію клітини зміну проникності мембрани. Алгоритм контролю ефективності впливу параметрами ультразвуку на біологічні тканини (фіг. 2) при ввімкненому датчику зводиться до наступ  ln 7 них етапів: перевірка умови живлення датчика та наявності встановленого часу процедури, вимірювання температури біологічних структур до та під час процедури озвучування в кожний момент часу, передача сигналу T(t) на програмний блок керування ПБК 9, перевірка значення температури із критичними максимальними показниками, якщо значення перевищено, тоді блок індикації і контролю температури БІКТ 20 передає сигнал до блока світової та звукової сигналізації БСЗС 19 та припиняє роботу випромінювача КВУХІМІ 15, записуючи протокол роботи (пристрій управління зберігає в пам'яті отриману пацієнтом дозу впливу), 66118 8 якщо значення температури досягло ефективного значення Тефект, що відповідає кожній множині параметрів, або перевищило його, тоді програмований блок керування ПБК 9 корегує параметри ультразвуку відповідно до запланованої дози процедури, відповідно до нових параметрів процедури встановлюється нове значення Тефект. Контроль продовжується до моменту, коли час процедури вичерпано. Таким чином досягається достовірний постійний контроль за ефективністю впливу заданих параметрів ультразвуку на біологічну тканину під час проведення фізіотерапевтичної процедури. 9 66118 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 66118 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601