ультразвуковой урологический аппарат

Формула изобретения

Ультразвуковой урологический аппарат, содержащий последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний, кабель электропитания и пьезокерамический ультразвуковой излучатель, создающий терапевтическую интенсивность ультразвука от 0,2 до 0,6 Втсм^-2, отличающийся тем, что ультразвуковой излучатель выполнен цилиндрическим с наружным диаметром d_нар., не выступающим за диаметр катетера, его внутренний диаметр d_вн выбирается из соотношения



где _Kc_K и (c)_TK - соответственно акустические импедансы пьезокерамики, из которой выполнен пьезокерамический излучатель, и внутренних органов человека;

_AM - акустическо-механический кпд;

нестабильность генератора для расчета относительной глубины пропускания,

высота цилиндрического излучателя h выбирается такой, чтобы при расположении середины излучателя напротив сфинктера его характеристика направленности излучения охватывала предстательную железу, рабочая частота генератора соответствует частоте резонанса цилиндрического излучателя, пьезокерамика излучателя выбирается с возможно малой скоростью распространения продольных колебаний в нем, а терапевтическую интенсивность ультразвука достигают с возможностью ее обеспечения на удаленной границе предстательной железы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к электромедицинской урологической аппаратуре.

Предлагаемый ультразвуковой урологический аппарат предназначен для повышения эффективности лечения больных с хроническими воспалительными заболеваниями предстательной железы, семенных пузырьков, уретры, осложненных нарушением мочевыделительной и половой функции.

Известен аппарат электролазерный терапевтический урологический АЭЛТУ-01 "Яриго", имеющий параллельные канал электростимуляции с генерированием биполярных импульсов, канал лазерной стимуляции видимого диапазона с длиной волны излучения 0,63 мкм, канал лазерной стимуляции инфракрасного диапазона с длиной волны излучения 0,89 мкм (АО "Янинвест", 101952, Москва, Мясницкая, 35).

Недостатком аппарата АЭЛТУ-01 является недостаточная эффективность лечения, которое в основном основано на использовании катетера для электростимуляции. Лазерное излучение ведется через ткани организма и почти не проникает к предстательной железе.

Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип, является ультразвуковой терапевтический урологический аппарат УЗТ-103 для ректального воздействия, содержащий последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний, высоковольтный кабель и ультразвуковой излучатель ИУТ-0,88-4-8 с плоской излучающей поверхностью 4 см² (под ред. В.М. Богомолова. Техника и методики физиотерапевтических процедур. Справочник. -М.,: Медицина, 1983. - 352 с., глава 15, Ультразвуковая терапия).

При лечении заболеваний мочевого пузыря воздействие проводят на живот в надлонной области с интенсивностью 0,2-0,6 Втсм^-2 по лабильной методике контактным способом. Воздействие на область промежности осуществляют контактным способом или через воду.

Недостатком устройства - прототипа является недостаточная эффективность при лечении заболеваний предстательной железы из-за того, чти через внутренние ткани и органы живота звуковая энергия слабо проникает. На частоте работы УЗТ-103, составляющей 880 кГц, глубина проникновения в мышечной ткани составляет около 5 см (А.Р. Ливенсон. Электромедицинская аппаратура. -М.: Медицина, 1981.-c.251, пятый абзац сверху).

Предлагаемый ультразвуковой урологический аппарат должен обеспечить эффективное ультразвуковое воздействие на предстательную железу и семенные пузырьки. Этот аппарат содержит последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний, кабель электропитания и ультразвуковой излучатель, создающий терапевтическую интенсивность ультразвука от 0,2 до 0,6 Втсм^-2.

Для решения поставленной задачи ультразвуковой излучатель выполнен цилиндрическим с наружным диаметром d_нар, не выступающим за диаметр катетера, его внутренний диаметр выбирается из соотношения



где соответственно акустические импедансы пьезокерамики, из которой выполнен пьезокерамический излучатель, и внутренних органов человека,

_AM- акустическо-механический коэффициент полезного действия,

нестабильность генератора для расчета относительной глубины пропускания.

Высота цилиндрического излучателя h выбирается такой, чтобы при расположении середины излучателя напротив сфинктера его характеристика направленности излучения охватывала предстательную железу. Рабочая частота генератора соответствует частоте резонанса цилиндрического излучателя. Пьезокерамика для излучателя выбирается с возможно малой скоростью распространения продольных колебаний в нем, а терапевтическую интенсивность ультразвука достигают с возможностью ее обеспечения на удаленной границе предстательной железы.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства.

На фиг.2 приведена геометрия пьезокерамического цилиндра излучателя.

На фиг.3 приведена конструкция пьезокерамического ультразвукового излучателя.

Ультразвуковой урологический аппарат (фиг.1) содержит последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний 1, кабель электропитания 2 и пьезокерамический ультразвуковой излучатель 3. Ультразвуковой излучатель 3 выполнен с цилиндрическим пьезоэлементом (фиг.2) с наружным диаметром d_нар, внутренним диаметром d_вн и высотой h. На пьезокерамический цилиндрический элемент 4 нанесена электроизоляция 5. Элемент 4 с наружным диаметром _нар помещен в резиновый катетер 6, не выступающим за диаметр катетера 6.

Лечебная процедура с использованием ультразвукового урологического аппарата заключается в следующем. Ультразвуковой излучатель цилиндрического типа вводится в мочевой канал и располагается у сфинктера. В течение 5-10 минут создают ультразвуковое воздействие с интенсивностью 0,2 Втсм^-2 в течение первых трех дней лечения, а потом в последующие дни - с интенсивностью 0,6 Втсм^-2. Процедуры проводят ежедневно или через день. На курс лечения 8-10 процедур. Повторные курсы лечения (в случае необходимости) не ранее чем через 1-1,5 месяца.

Пьезоэлемент 4 цилиндрического типа выполняется с наружным диаметром d_нар таким, чтобы он не выступал за диаметр катетера, например:

d=510^-3 м.

Относительная глубина пропускания с учетом нестабильности генератора порядка:



Резонансная частота цилиндрического излучателя 3 определяется, как



где скорость распространения продольных колебаний в стержне (Подводные электроакустические преобразователи (Расчет и проектирование: Справочник/ В.В. Богородицкий, Л.А. Зубарев, Е.А. Корепин, В.И. Якушев.-Л.: Судостроение, 1983. -248 с. Глава 5. -С. 83-97).

Выбирается сегментомягкая пьезокерамика типа ЦТСНВ-1, которая имеет:

- модуль упругости Y=0,6210¹¹ Пa,

- плотность _к = 7200 кгм^-3,

- скорость звука в стержне Ск=2900 мс^-1.

Малая скорость звука в материале пьезокерамике (например, в ТБ-1 скорость звука 4360 мс^-1; в ЦТС-19 скорость звука 3120 мс^-1; в ЦТБС-3 скорость звука 3400 мс^-1) обеспечивает наиболее низкую резонансную частоту _р, а работа на низких частотах обеспечивает наименьшее затухание в тканях человека.

Из практики известно, что акустико-механический коэффициент полезного действия на резонансной частоте примерно составляет _ам =0,3. Скорость звука С_ТК в органах человека порядка С_ТК=1500 мс^-1 (см., например, под ред. К. Хилла. Применение ультразвука в медицине: физические основы. -М.: Мир, 1989. -568с., -С.250). Удельное акустическое сопротивление в мягких тканях органов человека (В. С. Улащик, А.А. Чиркин. Ультразвуковая терапия. -Минск:" Беларусь", 1983.-c.l9) составляет

(C)_тк =1,710⁶ кгм^-2с^-1.

Удельное акустическое сопротивление пьезокерамики ЦТСНВ-1

_кC_к =72002900=2,08810⁷ кгм^-2с^-1.

Внутренний диаметр цилиндрического излучателя, выбирается по формуле изобретения и для рассматриваемого примера:



Чтобы обеспечить эффективное излучение ультразвука. рабочую частоту генератора 1 выбирают исходя из частоты резонанса излучателя:



При нахождении ультразвукового цилиндрического излучателя напротив сфинктера для равномерного облучения предстательной железы и семенных пузырьков необходимо, чтобы раствор основного лепестка характеристики направленности был порядка 30^o на уровне 0,7 по акустическому давлению. Как известно (см. , например, М.Д. Смарышев, Ю.Ю. Добровольский. Гидроакустические антенны. Справочник по расчету направленных свойств гидроакустических антенн. -Л.: Судостроение, 1984. -с. 135-151), характеристика направленности R() описывается выражением



где длина волны на частоте резонанса f_p излучателя,

С_тк - скорость звука в органах человека.

Приближенно раствор характеристики направленности по акустическому давлению на уровне 0,7 определяется в градусах как



и, следовательно, для рассматриваемого примера



Построение блоков устройства известно из практики. Смотрите, например, А.Л. Ливенсон. Электромедицинская аппаратура.- М.: Медицина, 1981. Глава IV. Ультразвуковая терапевтическая аппаратура. - с.250-277; А.Е. Евтютов, А.Е. Колесников, Е. А. Корепин и др. Справочник по гидроакустике. -Л.: Судостроение, 1988. Глава 7. Проектирование, конструктирование и изготовление гидроакустических преобразователей, -с. 259-299. Пьезокерамика типа ЦТСНВ-1 с необходимыми размерами входит в перечень пьезоэлементов, выпускаемых Волгоградским заводом пьезокерамических изделий "Аврора" (Россия, 400042, Волгоград, Шоссе Авиаторов. 1. Компания ООО "Аврора-Элма").