CS270513B1 - Ultrazvuková hlavice najma pre fyzikálnu teraplu - Google Patents

Description

CS 270513 B1 1

Vynález sa týká ultrazvukové) hlavice najma pre fyzikálnu terapiu. Základným požladavkom pre ultrazvuková hlavicu pre fyzikálnu terapiu v aúčasnostije, aby ohrievala telesné tkanivo v jeho hlbke a minimálně na povrchu. Ultrazvuková hla-vice neamle byt zdrojom len povrchového ohřevu pokožky v dSsledku oteplenia niektorejkonstrukčněj čaati stratovýra teplou vznikájúcim při premene elektrickej budiacej energiena vlbračnú a pri přenose cez vlnovod ku pokožke. Vyžarovacia, alebo elektroakustickéúčinnost premeny elektrickej budiacej energie hlavice na energiu ultrazvukového lúčav telesnom tkanive závisí odj - mechanického a elektrického atratového koeficiente elektromechanického menlča, v sú-časnosti výhradně piezokeramlckého, - sposobu mechanického pripojenia menlča, alebo k němu upevněných vlnovodových časti kukrytu ultrazvukové) hlavice, - stratových koeficlentov a hrábky materiálov vytváraJúcich vlnovod v smere Sireniavlny, - kvality mechanickoakustického prisposobenia vlnového odporu ultrazvukového menlčak vlnovému odporu tělesného tkaniva.

Piezokeramické neniče, sú zváčSa vo formě diskov, ktorých priemer je asio rádváčSí, ako polvlnová hrúbka určujúca základná mechanická frekvenciu hrúbkového mSdu kmi-tov. Sú z kvalitných materiálov na báze Pb Zr Ti 03 zabezpečujúcich stabilitu elektro-mechanických parametrov pri vysokých budenlach a najmS vysoká potenciálnu účinnost Τ’to je maximálně dosiahnutelnú vyžarovaoiu účinnost (eax^ presahujúcu vysoko cez90 % určená nízkými elektrický*! e mechanickými stratovýml činltelmi. Tieto potom urču-jú vSeobecne známým spSsobom vypočítaný takzvaný potenolálny vstupný elektrický odpormenlča RTpCnJudávájúci vlastně priemer impedančného 'kruhového* diagramu potenciálněmechanicky zataženého piezoelektrického menlča. SalSie dSležlté parametre sú tieto:

Elektrická kapacita zabrzděného menlča co (tak zvaná statická) ke9 CQ c’3 ZF/

Antirezonančný, respektive tiež paralelný kruhový kmitočet. íii"p * 2 JI· [s j Hz J (Λ Q '* /1

Elektromechanický transformačný činitel [ » »·*./&amp; ke9 JLa Je piezoelektrická konstanta /t.m“^/ Sj t - vyžarovacia. plocha /m^/ a hrúbka mě-niče /m/ Z takýchto meničov je známe vytverovanie ultrazvukových hlavic tým, že sa ku měni-čů přilepí disk s rovnakou plochou a s hrúbkou rovnou polovičke vlnovej dlžky λ/ζ,pričom se vo vzdialenosti ΛΜ vytvoří membránové medzlkružie pre pripojenle k nosnémupuzdru hlavice. Takéto rieSenie sice obmedzí straty energie prlenikom do púzdra a držia-ku, ale nezaručuje prlspdsobenie vlnovýoh odporov a obmedzenie mechanických etrát, pro-tože hrúbka A/2 je pre běžné materiály prillS absorbujúoa. □e známe prlspdsobenie pomocou jednej vrstvy A/ý alebo dvoch 'tenkých* vrstievtenSich ako A'/<f0 , ktorých materiály sa volia a hrůbky vypočltavajú s ohladom na mini-málny Činitel odrazu, ale přitom sa neuvažujú potenciálně parametre menlča, ale len jehomateriálový vlnový odpor kě3 - hustota /kg.m"'y i _2 - modul pružnosti /Fj.m v Ú/ jí CS 270513 B1

Takto rieSené hlavice majú sice velkú Sirku frekvenčného pásma a možu vyhovietaplikóciam ultrazvukové) meracej techniky s impulznou prevádzkou, ale vo výkonovou)přenose nie je ich účinnost v každom ohlade uspokojivá, podstatné klesá pod hodnotu po-tenciálně) účinnosti piezokeramického meniča.

VySSie uvedené nevýhody odstraňuje ultrazvuková hlavice najma pre fyzikálnu tera-piu podlá vynálezu, kterého podstatou je, že na čele nosného puzdra je pevne uchytenáduralová membrána s pevne připojeným ultrazvukovým meničom prostredníctvom vrstvy vy-tvrdenej živice. Ultrazvukový měnič je vodivo spojený prostredníctvom kontaktného med-zikružia s nosným puzdrom. Hrúbka duralovej membrány a vrstvy vytvrdenej živice je danévztahom: L -- kde n - 2,3 c3 je rýchlost Sírenia vln v durale c2 je rýchlost Sírenia vln vo vytvrdenej živici f je frekvencia /Rz/ Výhodou ultrazvukové) hlavice podlá vynálezu, ktoré využívá v principe známu mož-nost bezodrazového prispdsobenia meniča ku odporu prostredia R = 1,5 . 1O6 kg.m-1 .s"1pomocou dvoch vrstiev rozličných materiálov s tým rozdielom, že pri určovaní ich hrúbokneberie do úvahy , ale zohledňuje potencionálně parametre meniča zahrnuté najma do výstupného vlnového odporu Rj /kg.m“2.s“^/ s útlumovým číslom meniča ufy Co · , čo sa prakticky přejav! v podstatné zmenšenej hrúbke a tým aj strát vlnovodu.

Vynález využívá sice známu kombináciu materiálov tenkých vrstiev a to dural v sty-ku s pokožkou tělesného tkaniva spolu s vytvrdenou živicou, ktorá sprostredkuje stykmedzi meničom a duralom, ale naviac stanovuje pře túto kombináciu výpočtem charakteris-tické útlmové číslo meniča ďptCo· Rr/>»/,8urču júce, že pre dosiahnutie vysokej účinnostihlavice je potřebné vtedy zachovat a pri tifjo ·βθ·7?τρ nepřekročit hrůbky vrstievpodlá vynálezu. V případe, že meniče budú matuTp-Cj&amp; vtedy stanovuje napriek stúpajúcej hod-notě hrůbky 12 dodržet X2 /23 a hrůbku lg upravit podlá závislosti. ZvačSenie hrůbkyživice by teoreticky zlepšilo prispdsobenie a účinnost, ale v dosledku veíkého strato-vého koeficientu tohto materiálu bola by táto úprava prakticky neefektívna. V případe, že meniče budú mat Ufy-Co >Ί,8 vtedy stanovuje napriek stúpajúcejhodnotě hrůbky lg dodržet TUj/ži a hrůbku 12 zmenSit podlá závislosti. ZvačSeniehrůbky duralu by málo teoreticky zlepSit prisposobenie, ale v dosledku priameho stykutohto materiálu s nosným puzdrom by nastal zvačšený prienik energie do konštrukcie a praktické eliminovanie želaného efektu.

Na připojených výkresoch Je znázorněné příkladné riešenie ultrazvukové) hlavicepodlá vynálezu, kde na obr, l je nakreslená v osovom řeze, na obr. 2 je nakreslenýzvačšený detail Ά’ z obr. 1 a na obr. 3 sú nakreslené priebehy vlnových hrúbok vrstvyvytvrdenej živice a duralovej membrány v závislosti od útlmového čísla meniča.

Ultrazvuková hlavice pre fyzikálnu terapiu pozostáva z ultrazvukového meniča 1^ ktorý je přilepený prostredníctvom vrstvy 2 vytvrdenej živice hrůbky 12 -λα/23 ku duralovej membráně 3 hrůbky 23'- Duralová membrána 3 je svojim okrajem pri- CS 270513 B1 3 lepené na nosné puzdro 4. Vodivé prepojenie hornej elektrody ultrazvukového neniče 1_s nosným puzdrom 4 je prostredníctvom kontaktného medzikružia 5. Nosné puzdro 4 jeprostrednictvom závitu 6 pevne uložené na držiaku 7, pričom medzi nosným puzdron 4a drž lakom 7 je uložený tesnlaci krúžok 8. Vodivé spojenle tlenenia privodného kábla9 a hornej elektrody ultrazvukového meniča l Je vytvořené okrajom plošného spoja iopřitlačeného k nosnému puzdru 4. Vodivé spojenle žily privodného kébla 9 a dolnejelektrody ultrazvukového meniča _1 Je cez pružný kontakt 11» · priebehy vlnových hrúbok (obr. 3) vrstvy 2 vytvrdenej živice a duralovej membrá-ny 3 v závislosti od útlmového čísla ultrazvukového meniča 1 vypočítané pre bezodrazovéprispSsobenie výstupného odporu meniča R* ku odporu prostredla 1,5 . 10® kg.m“2 . s“1.pri rozmedzl útlmového čísla íďp>Co- Rrp od o,5 do 3 sú hrůbky λζ od0,l6 do . 1,8 . 10"2 a hrůbky v rozmedzl od 8.10“3 do 5,2 , io"2 ke8 } Au *; c2 a c3 sú rýchlostl šlrenia pozdlžných vln v daných materiálech /m.s"1/ a f Je pra-covná frekvencla /R</J pričom obvykle f« £ f JÉ fp Účelnost a základný princip prispfisobovania bol ověřovaný na skupině 25 kusov piezo keramických diskov 20 x 2 z materiálu PKM 15A s parametrem!: fp » 1,139 MHz rozsah < 1,09, 1,197> MHZ e33- 14,6 C.m“2 rozsah <12,8 , 16,2 > C.m‘ CQ - 960 pF rozsah <7,65, 1200 > PF - 98,3 % rozsah <97,7 , 98,9 > % tJj. · Ca · 7$t/3 »2,5 rozsah <1,14, 5,7 > Lůp -Ca ·7ϊτρ « 1,47 rozsah .. <°'46' 2,45 > s - meraný pro vyšších budeniech

Tleto meniča bolí v přípravku zatažované do prostredla len bez prispSsobovacíchvrstiev a merané bole ich vyžarovacla účinnost , ktoré sa zletilá v rozsahu od 94 %do 97,5 %. Hlavné vSak je, že bola zistená zřejmá koreláoia daná závislostou změnyúčinnosti í/¼ -''fy) Ι 'Ρρ na odchylko odporov - 1,5.106) / R1# čo potvrdilo principi-ólnu opodstatněnost rlešenla účinnej hlavice. Odchylky Á R.lOO / R^ 70% spdsobovallpokles účinnosti len - 4,5% avšak i to by málo v praktickej výkonovej prevédzke svojvýznam. Vyžarovacla účinnost ultrazvukových hlavic sa pohybovala od 92% do 94%, pričompokles voči potenciálnej účinnosti meničov možno pripisat prieniku energie do nosnéhopuzdra 4. V lekérskej praxi sa vyskytujú případy, že ultrazvukové hlavice pre fyzikálnu te-rapiu pracujú v náročných podmlenkach teplého prostredla v ktorom má každé percentoušetřené na vlastnýoh stratách energie svoj význam. Ako pri priamokontaktnom maséžnom,tak i při ponornom spSsobe ožarovanla tělesného tkaniva mSže dochádzat k odrazom lúčanapříklad od kosti, stien vanl a podobné smerom k povrchu sondy a tým aj k mlernemu zvý-šeniu teploty, ktoré meni tiež parametre ultrazvukového meniča. Slm vSčšl ohřev hlavicesa v praxi předpokládá, tým vSčile nároky sa potom kladů na riešenie teplotnej stabili-zácie frekvencie a prisp8sobovania zátaže v generátore.

Zhotovenie prispSsobených fyzikálno-terapeutických hlavic, podlá vynálezu, pretopředpokládá t

Claims (1)

1. 4 CS 270513 B1 - dosledné zhodnotenie teplotných podmlenok jej prevádzky, - premeranie ultrazvukových meničov za reálných teplotných podmlenok a určenie Τ2.τρ· Co prl maximálnom výkonovom zatažení - rozčlenenie ultrazvukových meničov do tolerančných skupin a realizovanle prispSso-bovacích vrstlev podlá závislosti na obr. 3. Vynález je možné využit v súčinnosti s fyzioterapeutibkým prístrojom na liečenieultrazvukovým lúčom či už spdsobom kontaktným - cez vazelínu na tělo, alebo sposobomponorným cez vrstvu termálnej vody. Tiež je možné vynález využit v oblasti ultrazvuko-vého čistenia, pri aplikéciach vyžadujúcieh techniku úzkého lúča pri vysokých frekven-ciách. PREDMET VYNÁLEZU Ultrazvuková hlavice najma pre fyzikálnu terapiu pozostávaJúca z držiaka, na ktoromje pevne rozoberatelne uložené nosné puzdro a ultrazvukového meniča vyznačujúca sa tým,že na Sele nosného puzdra (4) je pevne uchytená duralová membrána (3) s pevne připojenýmultrazvukovým meničom (1) prostredníctvom vrstvy (2) vytvrdenej živice, pričom ultrazvu-kový měnič (1) je vodivo spojený prostredníctvom kontaktného medzlkružia (5) s nosnýmpúzdrom (4), zatial čo hrúbka duralovej membrány (3) a vrstvy (2) vytvrdenej živice jedaná vztahom: l ± JL n, /25 λ

   C3 je rýchlost Sírenia vln v durale c2 je rýchlost Sírenia vln vo vytvrdenej živicif je frekvencia /Rz/