Генератор упругих импульсов для разрушения почечных камней и камней в мочевом пузыре

,801 яэ 1) А 61 В 17/22 ГОСУДАРСТВЕННЫИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТ ОТКРЫТИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСОВИЕй И К к медицин тройствам 78(54) ГЕНЕРАТОР УПРУГИХ ИКЧДЛЯ РАЗРУРЕНИЯ. ПОЧЕЧЬХ КАИИЕЙ В ИОЧЕВОИ ПУЗРЕ(57) Изобретение относитсяской технике, а именно к у 2для генерации воздействия при бесконтактном разрушении конкрементов, Пель изобретения - уменьшение диаметра фокусного пятна эа счет увеличения энергии высокочастотной составляюШей спектра. Устройство содержит наковальню 1, окруженную фланцем 2, прикрепленным к цилиндрическому корпусу 3, взаимодействуюшую с молотком 4, прикрепленным на конце тяги 5, котора скользит в двух шарикоподшипниках 6, установленных во втулке 7, являющейся продолжением дна корпуса 3. На другом конце тяги 5, вне втулки 7, крепится якорь 8 электромагнита 9.3 ,163 Ярмо электромагнита. установлено с возможностью скольжения по оси тяги. Тяга 5 приводится в возвратно"посту" пательное движение криволинейно-шатунным механизмом, соединенным с валом электродвигателя 12, Переключатель 13 Управляет включением электромагнита 1. На рабочей стороне нако вальни 1 приклеена акустическая линза 16, Фокусирующая ударную волну вжидкости 1, налитой в ванне 18,8 з.п. Ф-лы, 14 ил,аИзобретение о тносится к медицин"ской технике и может быть применено для бесконтактного разрушения конкрементов в теле биообъектов.Цель изобретения - уменьшениедиаметра Фокусного пятна за счетувеличения энергии высокочастотнойсоставляющей спектра. 20На фиг.1 изображен генератор упругих импульсов, вариант 1; на Фиг.2 ии 3 - наковальня, установленная на основании, вид спереди с частичным разрезом и в плане; на фиг,4 и 5 - схема автоматической регулировки параллельности соответствующих плоскостей молотка и наковальни; на Фиг.6и 7 - временная диаграмма, отражаю"щая вид сигналов в различных точкахуказанной схемы регулировки; наФиг.8 - молоток и его приводная тяга,вариант; на фиг.9 - граФик отражающий развитие волны давления в ударной пластине молотка по фиг.8; на35Фиг,10-12 - средства визуализацииместа локализации фокального пятнана конкременте; на фиг.13 и 14 - генератор, продольный и поперечный разрезы, вариант 1140Генератор содержит наковальню1, окруженную Фланцем 2, прикрепленным к цилиндрическому корпусу 3 ивзаимодействующим с молотком 4, прикрепленным на конце тяги 5, которая 45скользит в двух шарикоподшипниках 6,установленных во втулке 7, являющейся продолжением дна цилиндрическогокорпуса 3, На другом конце тяги 5вне втулки 7 крепится якорь 8 электромагнита 9, Ярмо электромагнита ус"тановлено с возможностью скольженияпо оси тяги,Тяга 5 приводится в возвратно-поступательное движение. кривошипно-ша 55тунным механизмом 10-11, соединеннымс валом электродвигателя 12, Переключатель 13 управляет включением электромагнита 9, Прерывистой линией схематично показано управление этим переключателем валом двигателя посредством кулачка, Пружина 14 сжатия упирается н упор 15, соединенный с тягойрядом с подшипником 6,На стороне наковальни 1, противоположной стороне, взаимодействующейс молотком 4, приклеена акустическая линза 16, способная преобразовывать плоскую упругую волну, вызванную ударом молотка, в сферическуюволну, которая распространяется вжидкости 17 содержащейся в ванне18 дном которой является Фланец 2,На Фиг,2 и 3 показана наковальня 1, окруженная фланцем 2, Нижняяповерхность этого фланца крепитсяупругими кронштейнами 19 к краю цилиндрического корпуса 3. Положениеплоскости фланца относительно горизонтальной плоскости может регулироваться посредством трех прецизионных винтов 20-22, управляемых двигателями 23-25. Три датчика 26-28,например, пьезоэлектрического типаили датчики напряжений закрепленыпо окружности наковальни на сторонепоследней н контакте с линзой (не показана) напротив соответствующих регулировочных винтов,На Фиг,4 представлена схема, содержащая три усилителя 29-31, связанные с соответствующими датчиками26-28 триггерами 32-34, выходы которых соединены с логической схемой 35,а ее выход через усилители с соответствующими двигателями 23-25,Схема, представленная на фиг.5, содержит два логических инвертора 36 и 37, которые соединены с триггерами 32-34, а выходы инверторов соединены с входами схем И 38 и 39На Фиг.8 представлена конструкция, содержащая молоток 4, выполнен" ный в ниде сплошной детали из легкого сплава вр, ка которой прпкрап 5 16394лена стальная пластинка 41, например, толщиной 3 мм посредством упругого слоя 42. Упор 15, выполненныйв форме Фланца, упирается в концехода в подшипник 6 посредством уп"ругой прокладки 43, предназначенной для исключения, блокировки молотка 4.На Фиг.10-12 показан генератор п 1 Оругих волн в виде наковальни 1,приклеенной к акустической линзе16, Эхографический зонд 44 взаимодействует с зеркалом 45, которое ориентировано на 45 и качается вокруговала 46 благодаря двигателю 47. Диаметр зеркала 45 составляет 10 мм дляобеспечения перехвата только небольшой части звуковой энергии, подаваемой генератором упругих волн. Кроме 20того, с таким устройством можно визуализировать .Фокальное пятно образованного пучка упругих волн, Лляэтой цели на поверхность наковальнинаклеивают тонкий лист пьезоэлектрического полимера типа РЧГ (позиция 48, Фиг,10) и соединяют его (показано прерывистой линией) с эхографическим устройством 49Таким образом получают передачу эхографического ультразвукового пучка, который имеет такую же геометрическуюструктуру, как и пучок упругих волн,подаваемый наковальней, но меньшеймощности и с более высокой частотой35импульсов. Лист РЧГ имеет полное сопротивление, близкое полному сопротивленив воды, и не мешает распространению волны давления, подаваемой наковальней, Этот упругий материал является очень стойким и может безущерба пропускать волну давления.Кроме. того, лист РЧР позволяет контролировать Форму импульса давления,На Фиг.13 и 14 показан молоток 4 ввиде цилиндрической чаши толщинойв,несколыео миллиметров, которая взаимодействует с наковальней 1 такойже Формы, охваченной втулкой 50, продолженной эа наковальню и служащейсредством основания и центровки цилиндрического ярма электромагнита51. Это ярмо содержит наружную полуюцилиндрическую деталь 52, закрытуюна одном конце дном 53, продолженным осевым цилиндрическим сердечником 54. Этот последний образуетвоздушный зазор 55. с деталью 52 и огграничивает дном и участком меньшей 216толщины детали 52 кольцевое гнездо для катушки 56, которая принимает постоянное питание.Леталь 52, сердечник 54 и цилиндрические чащии 4 имеют совмещен" ные оси симметрии, а кольцевой край молотка 4 размещен напротив кольцевого воздушного зазора 55 таким образом, что цилиндрический узел (установленный с возможностью скольжения вокруг сердечника 54 в воздушном зазоре и образованный подвижной цилиндрической деталью 57, продолженной упругим упором 58) может входить в, соприкосновение с краем молотка.. Молоток связан с наковальнейпосредством двух металлических упругих дисков 59 и 60, снабженных круговыми волнистостями, которые делают возможным перемещение молотка на несколько миллиметров по оси устройства, обеспечивая строгую боковую направленность,Цилиндрическая деталь 61 являетсяжесткой и несет обмотку, питающуюсяимпульсами посредством гибких проводов (не показаны), в то время как упор 58 является упругим, Например, он выполнен из резины или силикона. Этот узел легче молотка.Полая цилиндрическая деталь 52 снабжена прорезью 62, открытой по наружной и внутренней образующим, для размещения пластинки 63, выполненной заодно с цилиндрической деталью 57 и для обеспечения возможности скольжения указанной пластинки параллельно укаэанным образующим, Эта пластинка препятствует вращению узла 57, 58 когда он приводится в движение поддействием поля электромагнита на ток, проходящий через катушку (импульс тока 1/100 с, например, имеющий соответствующую полярность для подвода указанного узла в положение удара и противоположную полярность для его возврата в нерабочее положение).Устройство работает следующим образом.При включении устройства, когдамолоток 4 прижат к наковальне 1 пружиной 14, двигатель 2 приводит ярмоэлектромагнита в верхнее положение, вкотором оно контактирует с якорем о,В этот момент кулачок замыкает пере-ключатель 13 так, что электромагнит9 возбуждается, ярмо осуществляетдвижение вниз и увлекает за собойякорь 8. Таким образом, пружина 14сжимается, В конце регулируемого хо, да, кулачок размыкает переклвчатель .13 так, что электромагнит. 9 освобождает свой якорь, а пружина 14 действует на молоток 4,так, что он ударяет по наковальне 1,Появившаяся сферическая волна 10сходится в Фокальиой точке линзы,где концентрируется значительное количество энергии,Если молоток 4 и наковальня 1 выполнены иэ стали при скорости удара 151 0 м/с, давление составляет 2 1 011 Па,Однако основным условием достижения указанной мощности являетсятребование, чтобы все точки поверхности входили в контакт строго одновременно, в противном случае волнаперестает быть плоской и не можетточно фокусироваться, следовательно,увеличивается продолжительность импульса, его интенсивность относительно быстро понижается, Так например,для получения Фронта подъема 1 мс соскоростью 1 О м/с допуск горизонтальности и параллельности взаимодействующих поверхностей должен составлять 30порядка + 5 мкм.Такая горизонтальность может бытьполучена при обработке стальных де"талей. Но основная трудность заключается в сложности регулировки параллельности, особенно в процессе работы.Для гарантии поддержания этой параллельности несмотря на значительные нагрузки устройства в ходе его 40работы используется автоматическоеустройство регулировки.Схема регулировки работает следующим образом,Датчики 26-28 реагируют на удар 45по наковальне. Если молоток и наковальня не строго параллельны, перед-ние Фронты импульсов поступают сдатчиков в моменты, сдвинутые во времени. Импульсы с датчиков поступаютна усилители 29-31, Передний фронтэтих сигналов включает триггеры32-34, Ждущий мультивибратор 64, подключенный выходом к одному из усилителей, например 29, одновременно 55ставит триггеры на ноль на заранее,определенное вРемя после удара. Та,ким образом, получают прямоугольныестробимпульсы различной ширины,Ъ Акоторые подают на логическую схему35, включенную для сравнения ширины стробимпульсов, поступающих оттриггеров 33 и 34 с шириной строб"импульса, подаваемого триггером 32,взятого в качестве эталона, и дляподачи сигналов, пропорциональныхотклонениям ширины, Эти сигналыслужат для управления двигателями23"25 в направлении правого илилевого вращения в зависимости от знака отклонений.Таким образом, коррекция параллельности осуществляется постепеннов ходе каждого иэ последовательныхударов и непрерывно удерживается поистечении определенного промежуткавремени. Двигатель 29, управляемыйпосредством усилителя 65 от источника возбуждения, подсоединенного к нему посредством переключателя 66, уп"равляется вручную в правом или левомнаправлении для изменения среднего положения наковальни,На Фиг.5 показана логическая схема, содержащая два логических инвер"тора 36 и 37, которые соответственнопринимают сигнал а от триггера 32,.(Фиг,4) и один из двух сигналов, на".пример Ь, поступающих от триггеров33 и 34. Выходные сигналы а и Ь этихинверторов подаются на две схемы И38 и 39, которые соответственно ихпринимают и, таким образом, выдаютсоответствующие логические произведения аЬ и аЪ,.На Фиг,6 показаны сигналы а, а,Ь, аЬ и аЬ, когда Ь опережает а, наФиг,7 - сигналы, когда а опережает Ь.В первом случае выход аЬ является положительным в то время, как,выход аЬ является нулевым, а во втором случае происходит обратное. Таким образом можно управлять двигателем 24 в правом нли левом направлениис двумя выходами схем 38 и 39 Идентичная схема, в которой инвертор 37принимает сигнал с от триггера 34,управляет двигателем 25.Кроме проблемы удержания параллельности наковальни и молотка в.про"цессЕ работы устройства возннкаетдругая проблема, а именно: остаточнаядеформация деталей вследствие продолжительного напряжения деталей. Чтобысократить время контакта между .молотком и наковальней до величины, необ"ходимой для создания упругого фронте9163волны, преимущественно используют устройство, показанное на фиг,8, Молоток 4 представляет собой сплошнуюдеталь 40 предпочтительно из легкогосплава, на которой крепится сталь.ная пластинка 41, например, толщиной3 мм посредством упругого слоя 42,Упор 15 в форме Фланца упирается вконце хода в подшипник б посредствомупругой прокладки 43, предназначеннойдля исключения мгновенной блокировкимолотка, В этом нерабочем положении наружная сторона пластинки 41 молотка очень близка к наковальне (поконструкции устройства и вследствиерегулировки среднего положения наковальни (на границе контакта), напри-.мер несколько сотых миллиметра). Вконце хода тяги 5 сплошная часть 40молотка 4, которая поступает с большой скоростью, блокируется, следовательно (в 1 или 2 мм перемещения) врезультате взаимодействия упоров 15перед соприкосновением с .наковальней. Однако .пластинка 41 благодаряупругости слоя 42 продалтает перемещаться по инерции на очень небольшое расстояние, В этом случае волнадавления распространяется в наковальне 1 и в пластинке 41 и отражается навнутренней стороне пластинки 41 благодаря тому, что полное сопротивление укаэанной пластинки гораздо выше полного сопротивления упругогослоя 42,Эта отраженная волна анулирует падающее давление после промежутка времени, соответствующего ходу впереди назад упругой волны в пластинке41, по истечении которого давлениена уровне наковальни становится,таким образом, анулированным,Этот эффект, сопряженный с вращающейся силой упругого слоя, приво-.дит к разрЪву контакта между молотком и наковальней,В пластинке 41 продолжительностьхода туда и обратно составляет порядка 1 мс, т,е. равна теоретической продолжительности образованияФронта волны, Статические напряженияпрактически устраняются,На Фиг.9 показано распространениеволны давления Р внутри пластинки 41 после удара,(Р " давление назадней стороне (или наружной), Рдавление на передней стороне; на 9421 10 фиг.9 а - момент удара; 6-е " промежутки времени после удара, соответственно 0,25; 0,5 момент отраженияна задней стороне); 0,75; 0,9 и1 мс.Третья проблема достижения упругой волны состоит в аэродинамической амортизации: перед ударом воздушная прослойка заключена между молотком и наковальней и она можетвызвать значительное торможение,Для ослабления этого эффекта помещают узел основания молотка в вакуумную камеру или, проще, выполняют внаковальне или в молотке множествоканавок для отвода воздуха.Четвертой проблемой является проблема передачи энергии жидкости.20 Полное сопротивление стали, в которой возникает волна, примерно втридцать раз превышает полное сопротивление воды и необходимы прослойкисогласования полного сопротивления,25 если хотят передать значительнуючасть энергии, Преимущественно помещают несколько прослоек с толщиной,равной четверти длины волны импульса, между материалами наковальнии вдой,Для эффективного воздействия налокализованный предмет, типа почечного камня, полезно точно локализовать его относительно сферическогоФокального пятна и визуализироватьФактическое положение последнего.Таким образом, ультразвуковойпучок, подаваемый зондом 44, соединенным с соответствующим передатчи 40 ком электрических импульсов, входя. -щим. в эхографическое устройство 49,осуществляет секторную развертку вплоскости Р, перпендикулярной плоскости фигур 10 и 11 и проходящей45 через ось симметрии генератора упругих волн Фиг)2 , Устройство 49содержит также известные средстваприема и визуализации эха, образованного йа цепи. Таким образом получают50 визуализацию объекта Формула изобретения., Генератор упругих импульсов для разрушения почечных камней и кам" ней в мочевом пузыре, содержащий ис точник упругих импульсов со сфери-, ческой поверхностью или источник уп. ругих импульсов с плоской поверхно- .стью и акустической линзой, блок питания источника упругих импульсов, о т"л и ч а ю щ и й с я тем, что, с це-.,,лью уменьшения диаметра Фокусногопятна за счет .увеличения энергиивысокочастотной составляющей спектра, источник упругих импульсов содержит наковальню и молоток, причем проФиль передающей етороны наковальниотличается от профиля ее приемнойстороны, а молоток имеет две противопопожные параллельные стороны иударный элемент и установлен с возможностью возвратно-поступательногодвижения относительно наковальни, аблок питания источника упругих импульсов выполнен в виде механизмапродольной подачи молотка с возвратом. 202. Генератор по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что,сторонымолотка выполнены плоскими,3. Генератор по п, 1, о т л и -. ч а ю щ и й с я тем, что он содержит датчики, установленные равномерно по окружности передающей сторо"ны наковальни, датчики соединены сблоком измерения временних сдвигов-между фронтами волны, регистрируемыхкаждым датчиком, и регулирующие уст"ройства соединенные с датчиками ивйполненные в виде регулировочныхвинтов наклона наковальни, установленных равномерно на фланце напротив соответствующих датчиков,354. Генератор но п, 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что молоток выполнен в виде детали, на которойчерез упругий слой закреплена пластинка, механизм продольной подачи молотка с возвратом содержит тягу, сое-,диненную с деталью, и заплечик, установленный с воэможностью упора вконце хода в ограничитель через упругую прокладку,Ь, Генератор по п, 1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что акустическаялинза приклеена к передающей стороне наковальни, причем между линзой инаковальней установлено не менееодйой согласующей пластинки,6, Генератор по и, 5, о т л и ч аю щ и й с я тем, что содержит эхографическое устройство, соединенноес зондом и со средствами секторноиразвертки.7, Генератор по п, 5, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что содержитлист пьезокерамического полимера,приклеенный к передающей поверхности наковальни и соединенный с эхографическим устройством.8. Генератор по п, 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем что механизмпродольной подачи молотка содержитподвижное устройство, отделенноеот молотка и установленное с возмож"ностью соприкосновения с ним. 9, Генератор по пп, 1 и 8, о т - л и ч а ю щ и й с, я тем, что по- движное устройство выполнено в виде катушки с электромагнитом и снабжено упругим упором,,Пчолинская Техред Л,Олийнык Корректор 11 11 иплеРе аказ 934 Тираж 432 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат Патент , г. Ужгород, ул. Гагар на,И Н Г и 10