Апарат увч-терапії

Реферат: Апарат УВЧ-терапії, що містить генератор УВЧ, зв'язаний з вихідною коливальною системою, а входом - з виходом виконавчого блока, задатчик потужності, вихід якого підключений до першого входу блока порівняння, генератором пилоподібної напруги з'єднаний з формувачем, датчик споживаного струму першим виходом з'єднаний з першим входом виконавчого блока, другий вхід якого з'єднаний з виходом формувача, при цьому другий вхід блока порівняння підключений до другого виходу датчика споживаного струму, а вихід - до другого входу формувача. Він додатково містить блок керування та регулятор і задатчик температури, блок порівняння температур та температурний датчик, що послідовно з'єднані, причому блок порівняння температур під'єднаний до блока порівняння та блока керування, який в свою чергу з'єднаний з блоком порівняння, виконавчим органом, генераторами УВЧ і пиловидної напруги, задатчиком потужності та регулятором і задатчиком температури. UA 73113 U (12) UA 73113 U UA 73113 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медичної техніки, а саме до фізіотерапевтичної апаратури, та може бути використана при фізіотерапевтичних процедурах кісток та м'яких тканин в реабілітаційний періоди. Апарати УВЧ-терапії, призначені для прогріву тканин тіла пацієнта полем УВЧ, являють собою генератор УВЧ з симетричним виходом, до якого за допомогою двопровідної лінії підключається навантаження, що складається з системи: засоби впливу (електроди, індуктор) пацієнт, утворюючи так званий "контур пацієнта". Найближчим прототипом заявленої корисної моделі є пристрій для УВЧ-терапії [Патент на винахід RU № 2019206, МПК A61N1/40, A61N1/31, 1994 р.], що містить генератор УВЧ, зв'язаний з вихідною коливальної системою, а входом - з виходом виконавчого блока, задатчик потужності, вихід якого підключений до першого входу блока порівняння, генератором пилоподібної напруги з'єднаний з формувачем, датчик споживаного струму першим виходом з'єднаний з першим входом виконавчого блока, другий вхід якого з'єднаний з виходом формувача, при цьому другий вхід блока порівняння підключений до другого виходу датчика споживаного струму, а вихід - до другого входу формувача, Оптимальний режим роботи здійснюється при роботі генератора на визначений, чисто активний опір, який називається еквівалентний опір генератора (режим узгодженого навантаження). Різні умови проведення процедури (засоби впливу та їх розташування щодо пацієнта, електричні характеристики тканин, що підлягають впливу) призводять до того, що імпеданс навантаження, приведений до виходу генератора, змінюється як по активній, так і по реактивній складовій в широких межах. В результаті без застосування додаткових пристроїв генератор буде практично весь час працювати в неузгодженому режимі, що робить неможливим виділення необхідної потужності в пацієнті і може привести до виходу з ладу активного елемента генератора. Тому для отримання заданої вихідної потужності у всьому діапазоні змін навантаження і забезпечення нормального режиму роботи активного елемента генератора необхідно використати спеціальні пристрої, які дають можливість отримати на виході генератора опір навантаження, рівний (або близьке до нього) еквівалентному опору генератора. Для компенсації реактивної складової імпедансу навантаження на виході генератора в апаратах УВЧ-терапії використовують вихідну коливальну систему, яка включає в себе пристрій для налаштування контуру пацієнта в резонанс, що працює в ручному або автоматичному режимі. Однак, при цьому активна складова імпедансу навантаження може змінюватися в широких межах. В результаті нерівномірності навантаження характеристики генератора на виході апарата буде виділятися різна потужність, причому невідома в кожен момент часу, а ККД генератора може виявитися досить низький. Крім того, при використанні як активний елемент генератора транзистора виникають перевантаження, які можуть вивести його з ладу. Для вирішення цієї проблеми може бути використано ще один ручний або автоматичний узгоджувальний пристрій, що забезпечує сталість активної складової імпедансу навантаження на виході генератора, наприклад зміною зв'язку між генератором і вихідною коливальною системою. Застосування другого узгоджувального пристрою ускладнює конструкцію апарата і вимагає дотримання жорсткого алгоритму управління обома пристроями. Більш простий спосіб вирішення проблеми - забезпечити сталість вихідної потужності на виході генератора при зміні навантаження регулюванням режиму роботи по постійному струму його активного елемента. Недоліком цього пристрою є значна методична похибка керуючого сигналу, обумовлена кінцевою величиною спрямованості відгалужувача N і похибкою , що виникає при неузгодженості навантаження , яка в свою чергу залежить від коефіцієнтів відбиття основного каналу відгалужувача, навантаження і виходу вторинного каналу відгалужувача (у даному випадку детекторів). В апаратах УВЧ-терапії можуть бути застосовані два типи відгалужувачів: з використанням коаксіального кабелю як основної лінії і двома зондами як елементами зв'язку, і з використанням зв'язаних ліній. Для того, щоб такий відгалужувач був спрямованим, тобто міг реєструвати окремо як падаючу, так і відбиту хвилю, необхідно, щоб відстань між зондами в першому типі дорівнювало /4 (з урахуванням укорочення в кабелі), а в другому типі /4 повинна дорівнювати довжині області зв'язку (з урахуванням укорочення в діелектрику), прийом на другому кінці вторинного каналу повинно бути включене узгоджене навантаження. Оскільки основним недоліком рефлектометра є велика похибка, оцінюють похибку отримання сигналу в прототипі. Похибка відгалужувача залежить від його конструкції і точності його виготовлення. Найбільша похибка відгалужувача першого типу обумовлена 1 UA 73113 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 неузгодженістю коефіцієнтів відбиття власне самого відгалужувача, навантаження і виходу вторинного тракту. Ще одним недоліком використання рефлектометра є те, що він спотворює параметри хвилі із-за шунтуючої дії вторинного каналу. Зв'язок вторинної лінії з основним каналом, визначена перехідним ослабленням відгалужувача, повинен бути достатнім для забезпечення роботи детекторів, тому вторинний канал повинен поглинати частину ВЧ-потужності, що еквівалентно включенню в основну лінію шунтової провідності. В результаті цього спотворюється картина стоячої хвилі при неузгодженості як по амплітуді, так і по фазі (так як в загальному випадку ця шунтуюча провідність - величина комплексна), що веде до нелінійності вихідного сигналу. І, нарешті, враховуючи велику довжину основного каналу відгалужувача (/4=1,7-2,5 м), в ньому буде значним коефіцієнт загасання, що знижує ККД пристрою, а оскільки рефлектометр являє собою складну конструкцію з високими вимогами до допусках і якості його виготовлення, включення в ланцюг зворотного зв'язку як вузлів ВЧтракту, так і низькочастотних ланцюгів і ланцюгів живлення може привести до потрапляння ВЧнапруги за межі зазвичай екранованого ВЧ-блока пристрою, що призведе до підвищення рівня радіоперешкод, створюваних генератором УВЧ. Основними недоліками прототипу є відсутність процесу автоматизації процедури УВЧтерапії нормованими значеннями параметрів інтенсивності впливу електромагнітного поля з контролем ефективності та безпечності процедури. Рішенням цієї проблеми є створення контуру зворотного адаптивного зв'язку між біологічною тканиною (БТ) пацієнтом в зоні дії УВЧ-поля і системою керування вихідними параметрами апарата УВЧ-терапії. Таким комплексним параметром оцінки впливу УВЧ-поля на БТ є температура тканини в зоні терапевтичної дії. Забезпечення ефективності і безпечності процедури відбувається за рахунок оцінки значень температур БТ в зоні впливу УВЧ. Для вирішення поставлених задач в апарат УВЧ-терапії додатково введені блок керування та регулятор і задатчик температури, блок порівняння температур та температурний датчик, що послідовно з'єднанні, причому блок порівняння температур під'єднаний до блока порівняння та блока керування, який в свою чергу з'єднаний з блоком порівняння, виконавчим органом, генераторами УВЧ і пиловидної напруги, задатчиком потужності та регулятором і задатчиком температури. На кресленні 1а) представлена блок-схема апарата УВЧ-терапії. Апарат УВЧ-терапії містить генератор УВЧ 1, під'єднаний до блока керування, вихідну коливальну систему 2, вхід якої з'єднаний з виходом генератора УВЧ 1, а вихід є виходом апарата в цілому для підключення до навантаження (пацієнту), послідовно з'єднані датчик споживаного струму 3 та виконавчий блок 4, вихід якого з'єднаний з входом генератора УВЧ 1, блок порівняння 5, перший вхід якого з'єднаний з виходом задатчика потужності 6, вхід якого зв'язаний з блоком керування 13, а другий - з другим виходом датчика споживаного струму 3, керуючий вхід 3 - з блоком керування 13, а вихід - з входом формувача 7 виконавчого сигналу, другий вхід якого підключений до виходу генератора пилоподібної напруги 8, вхід якого під'єднаний до блока керування 13, а вихід - до другого входу виконавчого блока 4, а керуючий вхід 3 з'єднаний з блоком керування 13. Блок керування 13 зв'язаний з блоком порівняння температур 14 та регулятором і задатчиком температури 15, блок порівняння температур 14 з'єднаний з температурним датчиком. Керований з блока керування 13 генератор УВЧ 1 слугує для генерації електромагнітних коливань з вихідною потужністю, яка необхідна для отримання заданої потужності в навантаженні. Як генератор УВЧ 1 [фіг. 1б] використовується генератор ключового типу, який може бути побудований за схемою, яка містить малопотужний керований автогенератор 9 і двокаскадний підсилювач (10-11), що працює в ключовому режимі на резистивно-ємнісне навантаження. Генератор УВЧ 1 містить послідовно з'єднані автогенератор 9, попередній підсилювач 10, вихідний підсилювач 11 і керовані фільтри-диплексори низької та високої частоти 12. Керований автогенератор 9 виробляє імпульси необхідної частоти і може бути побудований за відомою схемою ємнісної триточки з кварцовою стабілізацією частоти. Попередній підсилювач 10 виконує функцію першого каскаду підсилення, другий каскад підсилювача - вихідний підсилювач 11 - виконаний за двоконтактною схемою з перемиканням струму, причому загальна точка колекторів транзисторів по постійному струму підключена до виходу виконавчого блока 4 і є входом 2 УВЧ-генератора 1. Керовані фільтри-диплексори 12 забезпечують постійний активний (або близький до нього) вхідний опір у всьому діапазоні частот і являє собою вилку фільтрів, що складається з основного та додаткового фільтрів. У вигляді вилки фільтрів він може бути виконаний за відомими схемами вилки фільтрів Баттерворта, Чебишева або Кауера. Блок керування 13 з'єднаний з регулятором і задатчиком 2 UA 73113 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 температури 15, блоком порівняння температур 14, який в свою чергу з'єднаний з температурним датчиком 16. Блок керування 13 з'єднаний з блоком порівняння 5, виконавчим блоком 4, генераторами УВЧ 1 і пиловидної напруги 8, задатчиком потужності 6 та регулятором і задатчиком температури 15. Апарат включають в мережу. З блока керування 13 сигнали надходять на запуск генератора УВЧ 1 задатчик потужності 6 та регулятор і задатчик температури 15, генератор пилоподібної напруги 8, датчик спожитого струму 3, блок порівняння 5 та виконавчий блок 4. Формувач виконавчого сигналу 7 призначений для вироблення управляючого сигналу, що подається на виконавчий блок 4, з частотою, що задається генератором пилкоподібної напруги 8, і тривалістю, визначеною рівнем сигналу неузгодженості, що виробляється блоком порівняння 5. Апарат працює наступним чином. Регулятором і задатчиком температури 15 встановлюється максимально необхідна температура ефективного впливу електромагнітного поля біологічної тканини в зоні дії терапевтичної процедури. В цю ж зону на біологічну тканину прикріпляється тонкоплівковий температурний датчик 16, який міряє температуру біологічної тканини. На блоці керування 13 встановлюють задані параметри терапевтичної процедури. Засоби впливу, необхідні для проведення процедури, встановлюють в робоче положення і підключають до апарата, відрегульованого на кожному ступені на значення вихідної потужності, зазначені в експлуатаційній документації. При цьому генератор пилоподібної напруги 8 починає виробляти імпульси трикутної форми з частотою ШІМ перетворення, які надходять на перший вхід формувача сигналів 7. Задатчик потужності 6 встановлюють відповідно до медичних показань на необхідне значення вихідної потужності. При цьому на першому вході блока порівняння 5 встановлюється опорний сигнал, величина якого відповідає необхідному значенню вихідної потужності пристрою, встановленого задатчиком 6 і відповідному йому значенням потужності, споживаної генератором УВЧ1. При подачі напруги від джерела живлення на генератор УВЧ 1 через датчик споживаного струму 3 і виконавчий блок 4, генератор УВЧ 1 починає виробляти електромагнітні коливання УВЧ, які через вихідну коливальну систему 2 надходять на вихід апарата, а на другому виході датчика 3 з'являється сигнал, що надходить на другий вхід блока порівняння 5, величина якого відповідає значенню потужності, споживаної генератором УВЧ 1 від джерела живлення. Блок порівняння 5 виробляє сигнал, рівень якого залежить від величин сигналів на його входах, що надходить на другий вхід формувача 7. Формувач 7 виробляє керуючі імпульси прямокутної форми, частота яких задана генератором пилоподібної напруги 8, значення яких можна регулювати з блока керування 13, а тривалість визначається рівнем сигналу, що надходить від блока порівняння 5та регулюється з блока керування 13. Управляючі імпульси з виходу формувача 7 подаються на другий вхід виконавчого блока 4, в результаті чого на виході виконавчого блока 4 виробляється постійна напруга колекторного живлення вихідного підсилювача 11 генератора УВЧ 1, пропорційна тривалості управляючих імпульсів, величина якого залежить від рівня сигналу на виході блока порівняння 5 і, отже, від співвідношення величин фактичної споживаної генератором УВЧ 1 потужності і заданої задатчиком 6 потужності, що визначають значення сигналів на входах блока порівняння 5. При цьому величина фактичної споживаної генератором УВЧ 1 потужності в свою чергу залежить від значення активно-емнісного опору навантаження. Якщо активно-емнісний опір навантаження відповідає значенню, при якому здійснювалась регулювання апарата, то величина потужності, споживаної генератором УВЧ 1 від джерела живлення, буде відповідати необхідному значенню вихідної потужності, заданої задатчиком 6, згідно з сигналом з блока керування 13, яка при цьому виділяється на навантаженні, причому сталий режим роботи не змінюється, поки не зміниться величина активно-емнісного опору навантаження. Якщо активно-емнісний опір навантаження відрізняється від значення, при якому здійснювалась регулювання апарата, величина потужності, споживаної генератором УВЧ 1 від джерела живлення, також не буде відповідати заданим бажаному вихідної потужності, що призведе до зміни рівня сигналу на другому виході датчика 3 споживаного струму, причому при збільшенні опору навантаження зменшується споживана потужність і рівень сигналу на виході датчика 3, а при зменшенні опору навантаження потужність, споживана генератором УВЧ 1, збільшується і, відповідно, змінюється рівень сигналу на виході датчика 3. В результаті цього змінюється рівень сигналу на виході блока порівняння 5 і тривалість управляючих імпульсів на виході формувача 7, причому зменшення рівня сигналу на виході датчика 3 призводить до зменшення рівня сигналу на виході блока порівняння 5 і збільшенню тривалості керуючих імпульсів формувача 7, а збільшення рівня сигналу на виході датчика 3 - до збільшення рівня сигналу на виході блока порівняння 5 і, відповідно, до зменшення тривалості керуючих імпульсів. Це призводить до зміни величини постійної напруги колекторного живлення вихідного 3 UA 73113 U 5 10 15 20 25 підсилювача 11 генератора УВЧ 1, причому при збільшенні тривалості управляючого сигналу величина напруги живлення зростає, а при зменшенні - зменшується. Це відбувається доти, поки потужність, споживана генератором УВЧ 1, не досягне величини, відповідної необхідному значенню вихідної потужності пристрою, встановленої задатчиком 6, через блок керування 13, після чого змінюється величини колекторного живлення вихідного підсилювача 11 генератора УВЧ 1 припиняється, поки не відбудуться зміни значення активно-емнісного опору навантаження, і пристрій працює в сталому режимі. При зміні активно-емнісного опору навантаження пристрій спрацьовує описаним вище чином, відновлюючи необхідний рівень споживаної потужності генератора УВЧ 1 і тим самим, стабілізуючи вихідну потужність, що виділяється на навантаженні на рівні, заданому задатчиком 6. Таким чином, ланцюг зворотного зв'язку пристрою, що включає в себе датчик споживаного струму 3, блок порівняння 5, формувач 7 і виконавчий пристрій 4, забезпечує автоматичну стабілізацію потужності на виході апарата на рівні, встановленому задатчиком потужності 6, з похибкою, що визначається мінливістю ККД ключового генератора в робочому діапазоні навантажень. Апарат зменшує залежність вихідної потужності від інших дестабілізуючих факторів, зокрема зміни напруги живлення, впливу температури і виключити можливість "просочування" електромагнітного випромінювання з ВЧ-тракту, тобто забезпечити низький рівень радіоперешкод, створюваних апаратом. Використання контролю та зворотного адаптивного зв'язку дозволяє забезпечити підвищену точність дозування вихідної потужності апарата при високій ефективності та ККД УВЧ- процедури. Забезпечує збереження та підтримки нормальнофізіологічного стану біологічної тканини. Таким чином використання запропонованих блоків керування, порівняння температур, регулювання та задання температур і температурного датчика в їх взаємозв'язку дозволили автоматизувати роботу апарата, забезпечити ефективність та безпечність терапевтичної процедури. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Апарат УВЧ-терапії, що містить генератор УВЧ, зв'язаний з вихідною коливальною системою, а входом - з виходом виконавчого блока, задатчик потужності, вихід якого підключений до першого входу блока порівняння, генератором пилоподібної напруги з'єднаний з формувачем, датчик споживаного струму першим виходом з'єднаний з першим входом виконавчого блока, другий вхід якого з'єднаний з виходом формувача, при цьому другий вхід блока порівняння підключений до другого виходу датчика споживаного струму, а вихід - до другого входу формувача, який відрізняється тим, що додатково містить блок керування та регулятор і задатчик температури, блок порівняння температур та температурний датчик, що послідовно з'єднані, причому блок порівняння температур під'єднаний до блока порівняння та блока керування, який в свою чергу з'єднаний з блоком порівняння, виконавчим органом, генераторами УВЧ і пиловидної напруги, задатчиком потужності та регулятором і задатчиком температури. 4 UA 73113 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 5