CZ2020214A3 - Equipment for generating high local intensity ultrasound - Google Patents

Equipment for generating high local intensity ultrasound Download PDF

Info

Publication number
CZ2020214A3
CZ2020214A3 CZ2020214A CZ2020214A CZ2020214A3 CZ 2020214 A3 CZ2020214 A3 CZ 2020214A3 CZ 2020214 A CZ2020214 A CZ 2020214A CZ 2020214 A CZ2020214 A CZ 2020214A CZ 2020214 A3 CZ2020214 A3 CZ 2020214A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
ultrasound
cavity
outer shell
ultrasonic
chamber
Prior art date
Application number
CZ2020214A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ308691B6 (en
Inventor
Jaroslav PrĹŻcha
Jaroslav doc. PhDr. Ing. Průcha
Original Assignee
České vysoké učení technické v Praze
České vysoké učení technické v Praze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ­ technickĂ© v Praze, České vysoké učení technické v Praze filed Critical ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ­ technickĂ© v Praze
Priority to CZ2020214A priority Critical patent/CZ308691B6/en
Publication of CZ2020214A3 publication Critical patent/CZ2020214A3/en
Publication of CZ308691B6 publication Critical patent/CZ308691B6/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • A61B8/4494Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer characterised by the arrangement of the transducer elements
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00Ultrasound therapy
    • A61N7/02Localised ultrasound hyperthermia
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00Ultrasound therapy
    • A61N2007/0056Beam shaping elements
    • A61N2007/0065Concave transducers

Abstract

Předmětem technického řešení je zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity tvořené komorou (2) a vnějším pláštěm (17) vymezujícím dutinu (7). Vnitřní plocha (8) vnějšího pláště (17) má tvar rotačního paraboloidu a dutina (7) vnějšího pláště (17) je uzpůsobena pro obsažení kapalného média (3). Vnější plášť (17) je pomocí závitového spoje spojen s komorou (2), ve které je uspořádán piezoelektrický měnič (1) uložený mezi prvním „O“ kroužkem (4) a druhým „O“ kroužkem (5), na který dosedá krycí matice (6) spojená pomocí závitového spoje s komorou (2). Mezi dutinou (7) a piezoelektrickým měničem (1) je dále uspořádána přizpůsobovací akustická deska (16). Vnější plášť (17) je ve vrcholu ukončen otvorem (10), který je opatřen maticí (11) s prstencovitou prohlubní, ve které jsou uspořádány pružné kruhové podložky (12) upevňující membránu (13).The subject of the technical solution is a device for generating ultrasound of high local intensity formed by a chamber (2) and an outer shell (17) defining a cavity (7). The inner surface (8) of the outer shell (17) has the shape of a rotating paraboloid and the cavity (7) of the outer shell (17) is adapted to contain a liquid medium (3). The outer casing (17) is connected by means of a threaded connection to the chamber (2), in which a piezoelectric transducer (1) is arranged, placed between the first "O" ring (4) and the second "O" ring (5), on which the cover nuts abut. (6) connected by a threaded connection to the chamber (2). A matching acoustic plate (16) is further arranged between the cavity (7) and the piezoelectric transducer (1). The outer shell (17) is terminated at the apex by an opening (10) which is provided with a nut (11) with an annular recess in which resilient circular washers (12) securing the membrane (13) are arranged.

Description

Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzityEquipment for generating ultrasound of high local intensity

Oblast technikyField of technology

Předkládaný vynález se týká zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity s využitím odrazů vlnění na vnitřní ploše rotačního paraboloidu.The present invention relates to a device for generating ultrasound of high local intensity using wave reflections on the inner surface of a rotating paraboloid.

Dosavadní stav technikyPrior art

Energie ultrazvuku se hojně využívá ve fyzikální medicíně, v terapii zejména tehdy, kdy chceme do živých tkání přenést energii ultrazvukového vlnění s cílem dosažení účinků mechanických („vnitřní tlaková mikromasáž“, rozvolnění struktur, přeměna gel na sol, tixotropní účinky, disperzní účinky), termických (ohřev), chemických (podpora biochemických reakcí) a biologických (zvýšení semipermeability buněčných membrán, stimulace sympatiku, polymerizace a depolymerizace a další). Následkem propojení všech výše uvedených faktorů lze tvrdit, že ultrazvuk má protibolestivý účinek, zvyšuje prokrvení tkání, zmenšuje svalové napětí, zvyšuje roztažlivost pojivové tkáně (jizvy, stavy po úrazech svalů a kloubních pouzder), urychluje hojení ran apod.Ultrasound energy is widely used in physical medicine, in therapy, especially when we want to transfer the energy of ultrasonic waves to living tissues in order to achieve mechanical effects ("internal pressure micromassage", loosening of structures, gel-to-sol conversion, thixotropic effects, dispersion effects), thermal (heating), chemical (support of biochemical reactions) and biological (increase of semipermeability of cell membranes, stimulation of sympathetic, polymerization and depolymerization and others). As a result of the connection of all the above factors, it can be argued that ultrasound has an analgesic effect, increases blood flow to tissues, reduces muscle tension, increases connective tissue expansion (scars, conditions after muscle and joint capsule injuries), accelerates wound healing, etc.

V čínském užitném vzoru CN 201716410 U je popsáno zařízení pro fokusaci ultrazvukového záření, zahrnující generátor ultrazvuku uspořádaný v ohnisku fokusační dutiny ve tvaru rotačního paraboloidu s reflektivním povrchem. Generátor ultrazvuku je zdrojem přímého vlnění šířícího se v ose x směrem k základně fokusační dutiny a odraženého vlnění šířícího se nejdříve k reflektivnímu povrchu, a následně v podstatě rovnoběžně s osou x směrem k základně fokusační dutiny. Pro konstruktivní interferenci vlnění je nutné splnit určité geometrické vztahy dané tvarem rotačního paraboloidu a vlnovou délkou.Chinese Utility Model CN 201716410 U discloses an ultrasonic radiation focusing apparatus comprising an ultrasonic generator arranged in a focusing cavity in the shape of a rotating paraboloid with a reflective surface. The ultrasound generator is a source of direct ripple propagating in the x-axis toward the base of the focusing cavity and a reflected ripple propagating first to the reflective surface, and then substantially parallel to the x-axis toward the base of the focusing cavity. For constructive wave interference, it is necessary to satisfy certain geometric relationships given by the shape of the rotating paraboloid and the wavelength.

Technický problém, který tento užitný vzor řeší, je poskytnutí zařízení pro fokusaci ultrazvukového záření s lepší směrovostí a dosahem šíření ultrazvukového svazku volným prostorem, nejčastěji vzduchem, jelikož nevýhoda stavu techniky v tomto případě spočívá v tom, že svazek ultrazvukového vlnění vytvářený generátorem ultrazvuku (tj. ultrazvukovým měničem) je rozbíhavý, divergentní a dosahuje pouze krátkých vzdáleností při přenosu vlnění.The technical problem addressed by this utility model is to provide an ultrasonic focusing device with better directivity and range of propagation of the ultrasonic beam through free space, most often air, as the disadvantage of the prior art in this case is that the ultrasonic wave beam generated by the ultrasonic generator (ultrasonic transducer) is divergent, divergent and reaches only short distances in the transmission of waves.

Z čínské patentové přihlášky CN 105214222 A je známé zařízení pro aplikaci ultrazvuku v duálním módu ve fýzioterapii, zahrnující hlavici generující mechanický ultrazvuk a desku generující „elektromagnetický“ ultrazvuk, uspořádanou pod hlavicí, přičemž hlavice je uspořádána uvnitř vnějšího krytu válcového tvaru, dále opatřeného přidruženou elektronikou. Duální mód v kontextu tohoto řešení znamená použití dvou léčebných fyzikálních interakcí - mechanického a elektromagnetického ultrazvuku.Chinese patent application CN 105214222 A discloses a device for applying ultrasound in dual mode in physiotherapy, comprising a head generating mechanical ultrasound and a plate generating "electromagnetic" ultrasound arranged below the head, the head being arranged inside a cylindrical outer housing further provided with associated electronics . Dual mode in the context of this solution means the use of two therapeutic physical interactions - mechanical and electromagnetic ultrasound.

Hlavice má tvar dvojitého rotačního paraboloidu tvořeného prvním, konvexním rotačním paraboloidem, který je na své základně opatřen planámím generátorem ultrazvuku, např. piezoelektrickým měničem, a dále krycí vrstvou se zvukově absorptivními vlastnostmi a který je na svém vrcholu opatřen druhým, konkávním rotačním paraboloidem, jehož vrchol je souose napojen na vrchol prvního paraboloidu tak, že oba rotační paraboloidy mají společné ohnisko. Druhý, konkávní rotační paraboloid má otevřenou základnu, kteráje nasměrovatelná směrem k ozařovanému povrchu těla pacienta. Celkem jsou popsány dvě varianty umístění společného ohniska.The head is in the form of a double rotating paraboloid formed by a first, convex rotating paraboloid, which is provided at its base with a planar ultrasound generator, such as a piezoelectric transducer, and a cover layer with sound-absorbing properties. the vertex is coaxially connected to the vertex of the first paraboloid so that both rotating paraboloids have a common focus. The second, concave rotating paraboloid has an open base that is directed toward the irradiated surface of the patient's body. In total, two variants of the location of the common focus are described.

V první variantě je popsán směr šíření paprsků ultrazvuku, které jsou jednak částečně koncentrovány v ohnisku dvojitého paraboloidu, a jednak částečně vychází z otevřené základny jako rovnoběžný, kolineámí svazek paprsků. Jelikož se ohnisko nachází až za hranicí základny druhého paraboloidu, tj. přímo na nebo pod ozařovaným povrchem těla, dochází ke vzniku vibracíIn the first variant, the direction of propagation of the ultrasound beams is described, which are partly concentrated in the focus of the double paraboloid and partly emanate from the open base as a parallel, collinear beam. Since the focus is located beyond the base of the second paraboloid, ie directly on or below the irradiated surface of the body, vibrations occur

-1 CZ 2020 - 214 A3 o maximální frekvenci až mimo dvojitého paraboloidu. Jinak řečeno, z dvojitého paraboloidu tedy vychází svazek paprsků částečně kolineámí a částečně konvergující do ohniska mimo dvojitého paraboloidu. Navíc, základna dmhého paraboloidu není uzavřena žádným překryvným prvkem, např. membránou.-1 CZ 2020 - 214 A3 with maximum frequency except outside the double paraboloid. In other words, the beam of rays thus emanates from the double paraboloid partly collinear and partly converging into a focus outside the double paraboloid. In addition, the base of the long paraboloid is not closed by any overlay element, such as a membrane.

Ve dmhé variantě je popsán směr šíření paprsků ultrazvuku, které jsou částečně koncentrovány v ohnisku dvojitého paraboloidu a dále defokusovány na vnitřní ploše dmhého, konkávního paraboloidu za příspěvku dodatečného rovnoběžného, kolineámího svazku paprsků, k již částečně rovnoběžnému, kolineámímu svazku paprsků dle první varianty. Jelikož se ohnisko nachází před hranicí základny dmhého paraboloidu, tj. v rámci dutiny dmhého paraboloidu, dochází k částečné a dodatečné defokusaci na vnitřní ploše dmhého paraboloidu. Jinak řečeno, z dvojitého paraboloidu tedy vychází svazek paprsků v podstatě kolineámí a bez konvergence do jednoho bodu mimo dvojitého paraboloidu, čímž je zajištěna rozptýlená, disipovaná ultrazvuková energie, která se rovnoměrně rozprostře na celou kruhovou plochu základny dmhého paraboloidu. Navíc, základna dmhého paraboloidu není uzavřena žádným překryvným prvkem, např. membránou. Takto vzniklá fýzikální interakce je v kontextu tohoto řešení označena jako „mechanický“ ultrazvuk.In a second variant, the direction of propagation of the ultrasound beams is described, which are partially concentrated in the focus of the double paraboloid and further defocused on the inner surface of the second, concave paraboloid. Since the focus is located in front of the boundary of the base of the deep paraboloid, i.e. within the cavity of the second paraboloid, there is a partial and additional defocus on the inner surface of the deep paraboloid. In other words, the double paraboloid emits a beam beam substantially collinear and without convergence to a single point outside the double paraboloid, thus providing a scattered, dissipated ultrasonic energy that is evenly distributed over the entire circular surface of the base of the damp paraboloid. In addition, the base of the long paraboloid is not closed by any overlay element, such as a membrane. The resulting physical interaction is referred to in the context of this solution as "mechanical" ultrasound.

Současně je v tomto řešení popsána deska ve tvam pružné desky plošných spojů, na které je uspořádána pmžná cívka s plošným, spirálovitým vinutím a ve které je uprostřed uspořádán otvor pro vložení otevřené základny dmhého, konkávního rotačního paraboloidu. Do cívky tohoto pmžného plošného spoje je zaveden proud, pravděpodobně na dostatečně vysokých frekvencích odpovídajících terapeutickému ultrazvuku (tedy alespoň řádově stovky kHz až jednotky MHz). Deska je přiložitelná těsně na ozařovaný povrch těla pacienta. Vysokofrekvenční magnetické pole vznikající kolem cívky vytváří jak indukované elektrické proudy, tak teplo. Indukované elektrické proudy jsou ale důsledkem pohybu elektricky nabitých částic ve tkáních, které jsou schopné alespoň trochu volného pohybu. Tyto částice (hlavně ionty sodíku, draslíku apod.) se však nikam nepřesunou, poněvadž indukující magnetické poleje střídavé a vysokofrekvenční, tudíž elektricky nabité částice pouze kmitají v rytmu frekvence buzení magnetického pole. Takto vzniklá fýzikální interakce je v kontextu tohoto řešení označena jako „elektromagnetický“ ultrazvuk.At the same time, this solution describes a board in the form of a flexible printed circuit board, on which a fixed coil with a printed, spiral winding is arranged and in which an opening for inserting an open base of a damp, concave rotating paraboloid is arranged in the middle. A current is introduced into the coil of this possible printed circuit board, probably at sufficiently high frequencies corresponding to the therapeutic ultrasound (i.e. at least in the order of hundreds of kHz to units of MHz). The plate can be applied tightly to the irradiated surface of the patient's body. The high-frequency magnetic field generated around the coil generates both induced electric currents and heat. However, the induced electric currents are due to the movement of electrically charged particles in tissues which are capable of at least some free movement. However, these particles (mainly sodium, potassium, etc.) do not move anywhere, because the inducing magnetic fields are alternating and high-frequency, so that the electrically charged particles only oscillate in the rhythm of the magnetic field excitation frequency. The resulting physical interaction is referred to as "electromagnetic" ultrasound in the context of this solution.

Technický problém, který tato patentová přihláška řeší, je poskytnutí zařízení pro vytvoření fokusovaného ultrazvukového paprsku s vyšší vibrační intenzitou a přenosem tepla ve fyzioterapii, jelikož nevýhoda stavu techniky v tomto případě spočívá v tom, že současné možnosti fyzioterapie v domácím prostředí a s dostatečnou vibrační intenzitou a přenosem tepla se omezují na nefokusované interakce v domácím prostředí (např. masáže, nefokusovaný ultrazvuk), případně využití fokusovaného ultrazvuku z příbuzných medicínských odborů, avšak s nutností asistence odborného dohledu.The technical problem addressed by this patent application is to provide a device for generating a focused ultrasound beam with higher vibration intensity and heat transfer in physiotherapy, since the disadvantage of the prior art in this case is that the current physiotherapy options in the home environment and with sufficient vibration intensity and heat transfer is limited to unfocused interactions in the home environment (eg massages, unfocused ultrasound), or the use of focused ultrasound from related medical disciplines, but with the need for the assistance of professional supervision.

Americký patent US 6217530 B1 popisuje zařízení pro terapeutickou aplikaci ultrazvuku, zahrnující piezoelektrický měnič konkávního tvam, uspořádaný v základně dutiny vytvářející tuhým materiálem vyplněný prostor ve tvam komolého kužele, přičemž dutina je z materiálu o nízkém akustickém útlumu, např. z hliníku. V tomto dokumentu jsou dále pojednávána i uspořádání ze stavu techniky, kde je obdobná dutina vyplněna vodou, ovšem s nevýhodou obtížnější manipulace a rizika vytečení. Piezoelektrický měnič je uložen v komoře a ze zadní strany je ohraničen zadní dutinou a prostorem komory. Dutina ve tvam komolého kužele je ve vrcholu ukončena otvorem, např. sféricky konkávním otvorem pro fokusaci vystupujícího ultrazvuku, nebo sféricky konvexním otvorem pro defokusaci vystupujícího ultrazvuku. V otvom může být uspořádána přizpůsobovací vrstva o šířce % vlnové délky pro zlepšení akustického spojení. Na uvedený otvor může navazovat vlnovod pro prodloužení fokální oblasti, přičemž vlnovod může být připojen k dutině pomocí maticového, bajonetového nebo jiného trvalého spojení.U.S. Pat. No. 6,217,530 B1 discloses a device for the therapeutic application of ultrasound, comprising a piezoelectric concave transducer arranged at the base of a cavity forming a solid-filled space in the shape of a truncated cone, the cavity being of a low acoustic attenuation material, e.g. aluminum. This document also discusses prior art arrangements where a similar cavity is filled with water, but with the disadvantage of more difficult handling and the risk of leakage. The piezoelectric transducer is housed in a chamber and is bounded on the back by a rear cavity and chamber space. The truncated cone cavity is terminated at the apex by an opening, e.g. a spherically concave opening for focusing the outgoing ultrasound, or a spherically convex opening for defocusing the outgoing ultrasound. An adaptation layer of% wavelength width may be provided in the opening to improve the acoustic connection. A waveguide may extend to said opening to extend the focal area, and the waveguide may be connected to the cavity by means of a nut, bayonet or other permanent connection.

Je obecnou znalostí, že kužel jako takový žádné ohnisko z principu nemá. To, že v tomto řešení je ultrazvukový svazek fokusován směrem k vrcholu kužele, není důsledkem odrazu na stěnách dutiny ve tvam komolého kužele, ale je to důsledkem použití generátoru ultrazvuku sférického tvam, který má vydutou (konkávní) čelní vyzařovací plochu. Nevýhodou neplanámích generátorůIt is a general knowledge that the cone as such has no focus in principle. The fact that in this solution the ultrasonic beam is focused towards the top of the cone is not due to the reflection on the walls of the cavity in the shape of a truncated cone, but it is due to the use of a spherical shape ultrasonic generator having a concave frontal radiation surface. The disadvantage of unplanned generators

- 2 CZ 2020 - 214 A3 ultrazvuku je jejich vysoká nákladovost a nízká dostupnost. Technický problém, který tento patent řeší, je poskytnutí jiného než kapalným médiem naplníteIného zařízení pro aplikaci terapeutického ultrazvuku, což umožní jeho rychlou sterilizaci a připravíteInost k použití.- 2 EN 2020 - 214 A3 ultrasound is their high cost and low availability. The technical problem addressed by this patent is to provide a non-liquid media refillable device for the application of therapeutic ultrasound, which will allow it to be rapidly sterilized and ready for use.

V americkém patentu US 4484569 A popisujícím ultrazvukové diagnostické a terapeutické zařízení a způsob jeho použití je řešena fokusační hlavice tvaru komolého kužele s konkávním piezoelektrickým měničem umístěným v kruhové základně kužele, fokusovaným na malou kruhovou membránu při vrcholu kužele. Takto vzniklá dutina je vyplněna vhodnou tekutinou (vodou) s mírným přetlakem způsobujícím konvexní vyklenutí membrány, a tím i dokonalejší přenos fokusované ultrazvukové energie do tkání, na které je hrot kužele přiložen. Membrána je na hrotu kužele upevněna v nataženém stavu pomocí O-kroužků na vnějším opláštění hlavice a tvoří bodový sekundární zdroj ultrazvuku. Piezoelektrický měnič může dále být v hlavici uložen pomocí soustavy gumových O-kroužků. Hlavice může dále být opatřena výustkem pro přívod a/nebo odvod kapalného média. Popsané řešení je možno využívat též pro koagulaci ahemostázu. Patent se rovněž zmiňuje o řešení fokusace ultrazvuku s využitím akustických zrcadel, dielektrických zrcadel, teleskopických nástavců napojených na měniče s vydutou vyzařovací plochou, o možnosti využití fázových posunů vln několika dílčích měničů, nejčastěji anulámích tvarů, umísťovaných koncentricky.U.S. Pat. No. 4,484,569 A, which describes an ultrasound diagnostic and therapeutic device and method of using the same, provides a truncated cone focusing head with a concave piezoelectric transducer located in the circular base of the cone, focused on a small circular membrane at the apex of the cone. The resulting cavity is filled with a suitable fluid (water) with a slight overpressure causing convex arching of the membrane, and thus a better transfer of focused ultrasonic energy to the tissues to which the tip of the cone is applied. The diaphragm is attached to the tip of the cone in the stretched state by means of O-rings on the outer casing of the head and forms a point secondary source of ultrasound. The piezoelectric transducer can further be mounted in the head by means of a system of rubber O-rings. The head may further be provided with a spout for the supply and / or discharge of a liquid medium. The described solution can also be used for coagulation of ahemostasis. The patent also mentions the solution of ultrasound focusing using acoustic mirrors, dielectric mirrors, telescopic extensions connected to transducers with a concave radiating surface, the possibility of using phase shifts of waves of several sub-transducers, most often annular shapes, placed concentrically.

Podobně jako v patentu US 6217530 B1 výše, ultrazvukový svazek je fokusován již použitím konkávní plochy piezoelektrického měniče, přičemž hlavice ve tvaru komolého kužele už je jen jakýmsi „opláštěním“ nezbytným pro technickou realizaci přenosu ultrazvukového svazku od měniče k tělu pacienta. V hlavici se od tohoto opláštění neuskutečňují žádné odrazy a/nebo fokusace a z geometrického principu kužele zde není ani žádné ohnisko. Technický problém, který tento patent řeší, je tedy poskytnutí zařízení pro terapeutickou a diagnostickou aplikaci ultrazvuku šířeného do místa aplikace v podstatě axiálním směru.As in U.S. Pat. No. 6,217,530 B1, the ultrasonic beam is already focused using the concave surface of the piezoelectric transducer, with the truncated cone head being only a kind of "sheath" necessary for the technical realization of ultrasound beam transfer from transducer to patient body. No reflections and / or focusing occur in the head from this cladding, and there is no focus from the geometric principle of the cone. Thus, the technical problem addressed by this patent is to provide a device for the therapeutic and diagnostic application of ultrasound propagated to the application site in a substantially axial direction.

K tomuto řešení lze dále dodat, že využití ultrazvukových zesilovacích vlnovodů (sonoamplifikátorů, sonifikátorů) v medicíně i průmyslu vychází z potřeby zesílení ultrazvukového vlnění produkovaného měničem a zavedení takto zesíleného ultrazvukového vlnění do místa aplikace. Pro tento účel se používají válcové nástavce pevně spojené s měničem, jejichž průměr se snižuje, takže konec vlnovodného zesilovače má menší průměr, než je průměr vlnovodu v místě jeho styku s měničem, a jejichž délka je rovna vlnové délce přenášeného ultrazvukového vlnění nebo jejímu odpovídajícímu násobku. Podle způsobu tvarování se rozlišují na exponenciální, stupňovité, kuželovité a válcovité sonofikátory. Zesílení je dáno poměrem počátečního a koncového průměru vlnovodu. Zvláštním typem je Fourierův sonofíkátor. V angličtině se zesilovací ultrazvukové vlnovody (sonofikátory) obvykle označují jednoduše jako ultrazvuková trubka (untrasound hom).It can be added to this solution that the use of ultrasonic amplification waveguides (sonoamplifiers, sonicators) in medicine and industry is based on the need to amplify the ultrasonic waves produced by the converter and the introduction of such amplified ultrasonic waves at the application site. For this purpose, cylindrical extensions firmly connected to the transducer are used, the diameter of which decreases so that the end of the waveguide amplifier has a smaller diameter than the waveguide at its contact with the transducer and whose length is equal to or equivalent to the wavelength . Depending on the shaping method, they are divided into exponential, stepped, conical and cylindrical sonoficators. The gain is given by the ratio of the start and end diameters of the waveguide. A special type is the Fourier sonofiator. In English, amplifying ultrasonic waveguides (sonoficators) are usually referred to simply as ultrasonic tubes (untrasound hom).

Řešením fokusace ultrazvuku a dosažením přenosu dostatečně vysoké energie do požadované relativně malé lokality uvnitř těla, kde je zapotřebí zajistit takové termické a mechanické účinky, které indukují trombolýzu, koagulaci nebo ablaci, se zabývá americká patentová přihláška US 2014058293 AI. Využívá akustických zrcadel, měničů s čelními konkávními plochami, koncentrického uspořádání prstencových měničů, kombinace několika frekvencí i fázového posuvu. Ultrazvuková zařízení konstruovaná s cílem fokusace velké energie do malé plochy, respektive objemu, a tím dosažení vysoké objemové hustoty výkonu, jsou určena především pro perspektivní využití na odstraňování nádorů.U.S. Patent Application No. 2014058293 A1 addresses the solution of ultrasound focusing and the achievement of a sufficiently high energy transfer to a desired relatively small locality within the body, where it is necessary to provide thermal and mechanical effects that induce thrombolysis, coagulation or ablation. It uses acoustic mirrors, transducers with concave faces, concentric arrangement of ring transducers, a combination of several frequencies and phase shift. Ultrasonic devices designed with the aim of focusing large energy into a small area or volume, and thus achieving a high volume density of power, are designed primarily for promising use in the removal of tumors.

Na léčbu ran ultrazvukovým zařízením je zaměřena mezinárodní patentová přihláška WO 2008002773 A2. Na hlavici s ultrazvukovým měničem je pevně umístěn nástavec trychtýřovitého tvaru (polosféry) z pružného materiálu, který je hermeticky přiložen na ránu a naplněn fýziologickým roztokem nebo jinou vhodnou kapalinou s léčivými nebo alespoň inertními účinky. Ultrazvuk šířící se tímto prostředím má dostatečnou intenzitu k vyvolání hraniční kavitace a chemické (pomocí radikálů) i mechanické působení kavitace na povrch rány zajišťuje její debridement a podporuje její léčení.International patent application WO 2008002773 A2 is directed to the treatment of wounds with ultrasound devices. A funnel-shaped attachment (hemisphere) made of a flexible material is firmly placed on the head with the ultrasonic transducer, which is hermetically applied to the wound and filled with saline or another suitable liquid with medicinal or at least inert effects. Ultrasound propagating through this environment has sufficient intensity to induce borderline cavitation and the chemical (with the help of radicals) and mechanical action of cavitation on the wound surface ensures its debridement and supports its healing.

-3CZ 2020 - 214 A3-3GB 2020 - 214 A3

Předsádku pro diagnostické ultrazvukové hlavice pro intraoperativní aplikace s využitím pryžového materiálu o vhodné akustické impedanci řeší americký patent US 6599249 Bl.The adapter for diagnostic ultrasonic heads for intraoperative applications using a rubber material of suitable acoustic impedance is addressed in U.S. Pat. No. 6,599,249 B1.

Jiný typ předsádky podle patentu US 7029446 B2 uplatňuje na čele ultrazvukové sondy lamelový uzavřený plastový límec do jehož dutiny se vkládá samonastavitelná gelová vložka.Another type of adapter according to U.S. Pat. No. 7,029,446 B2 applies a lamella closed plastic collar to the front of the ultrasonic probe, into the cavity of which a self-adjusting gel insert is inserted.

Další patent týkající se předsádky s možností fokusace řeší americká patentová přihláška US 2004234453 AI, kde na aktivní čelo generátoru ultrazvuku je aplikována koncentrující ultrazvuková čočka a jí fokusované ultrazvukové vlnění je vedeno zpevněnou hydrogelovou vložkou tvaru komolého kužele (kopírujícího fokusovaný ultrazvukový svazek), umísťovanou do kovové kuželové hlavice s otvorem ve vrcholu, kterým hydrogelový kužel vyčnívá a realizuje kontakt s povrchem těla.Another patent relating to a focusable adapter is addressed in U.S. Patent Application No. 2004234453 A1, where a concentrating ultrasonic lens is applied to the active face of an ultrasound generator and the focused ultrasonic wave is guided by a reinforced truncated cone-shaped hydrogel insert (copying the focused ultrasonic beam). conical head with a hole in the top through which the hydrogel cone protrudes and makes contact with the body surface.

Podobně jako v patentu US 6217530 Bl výše, ultrazvukový svazek je fokusován již použitím konkávní plochy generátoru ultrazvuku, přičemž hlavice ve tvaru komolého kužele už je jen jakýmsi „opláštěním“ nezbytným pro technickou realizaci přenosu ultrazvukového svazku od generátoru k tělu pacienta. V hlavici se od tohoto opláštění neuskutečňují žádné odrazy a/nebo fokusace a z geometrického principu kužele zde není ani žádné ohnisko. Technický problém, který tato patentová přihláška řeší, je poskytnutí materiálu vhodného pro přenos ultrazvukového vlnění od zdroje do místa aplikace (např. za účelem dosažení hemostázy nebo chirurgické ablace), který by splňoval i požadavky in vivo biokompatibility, dostatečné mechanické pevnosti a odolnosti vůči ultrazvukovému záření s vysokou intenzitou a nízkého akustického útlumu.As in U.S. Pat. No. 6,217,530 B1, the ultrasound beam is already focused using the concave surface of the ultrasound generator, with the truncated cone head being only a kind of "sheath" necessary for the technical realization of the ultrasound beam transfer from the generator to the patient's body. No reflections and / or focusing occur in the head from this cladding, and there is no focus from the geometric principle of the cone. The technical problem addressed by this patent application is to provide a material suitable for the transmission of ultrasound waves from the source to the site of application (e.g. to achieve hemostasis or surgical ablation) that also meets the requirements of in vivo biocompatibility, sufficient mechanical strength and resistance to ultrasound. high intensity radiation and low acoustic attenuation.

Z dosavadního stavu techniky tedy není známé řešení zařízení pro aplikaci terapeutického ultrazvuku vhodného pro terapii povrchových lézí, zejména ran a kožních defektů, včetně jejich debridementu, které by umožňovalo přenos ultrazvukového vlnění mezi generátorem, kapalným přenosovým médiem, membránou a cílovým místem aplikace s minimálním útlumem a rozptylem pro dosažení ultrazvuku vysoké lokální intenzity, fokusovaného na co nejmenší ploše.Thus, it is not known from the prior art to provide a device for the application of therapeutic ultrasound suitable for the treatment of surface lesions, especially wounds and skin defects, including their debridement, which would allow ultrasound transmission between generator, liquid transfer medium, membrane and application site with minimal attenuation. and scattering to achieve a high local intensity ultrasound focused on as little area as possible.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Vynález si klade za cíl dosáhnout požadované dostatečně vysoké lokální intenzity ultrazvukového pole umožňujícího terapii povrchových lézí, zejména ran a kožních defektů, včetně jejich debridementu.The object of the invention is to achieve the required sufficiently high local intensity of the ultrasonic field enabling the treatment of superficial lesions, in particular wounds and skin defects, including their debridement.

Výše uvedeného cíle je dosaženo zařízením pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity tvořeným komorou a vnějším pláštěm vymezujícím dutinu. Vnitřní plocha vnějšího pláště má tvar rotačního paraboloidu se základnou a vrcholem, a dutina vnějšího pláště je uzpůsobena pro obsažení kapalného média. Vnější plášť je v základně pomocí závitového spoje spojen s komorou, ve které je uspořádán piezoelektrický měnič uložený mezi prvním „O“ kroužkem a druhým „O“ kroužkem, na který dosedá krycí matice spojená pomocí závitového spoje s komorou. Mezi dutinou a piezoelektrickým měničem je dále uspořádána přizpůsobovací akustická deska. Vnější plášť je ve vrcholu ukončen otvorem, který je opatřen maticí s prstencovitou prohlubní, ve které jsou uspořádány pružné kruhové podložky upevňující membránu.The above object is achieved by a device for generating ultrasound of high local intensity formed by a chamber and an outer shell defining a cavity. The inner surface of the outer shell is in the shape of a rotating paraboloid with a base and a top, and the cavity of the outer shell is adapted to contain a liquid medium. The outer shell is connected to the base in the base by means of a threaded connection in a chamber in which a piezoelectric transducer is arranged between the first "O" ring and the second "O" ring, on which a cover nut connected by a threaded connection to the chamber rests. A matching acoustic plate is further arranged between the cavity and the piezoelectric transducer. The outer shell is terminated at the apex by an opening which is provided with a nut with an annular recess in which resilient circular washers securing the membrane are arranged.

Ve výhodném provedení je vnější plášť v blízkosti závitového spoje s komorou dále spojen s výustkem pro přívod a/nebo odvod kapalného média.In a preferred embodiment, the outer jacket in the vicinity of the threaded connection with the chamber is further connected to a vent for the supply and / or discharge of a liquid medium.

Podstatou vynálezu je soustředit ultrazvukovou energii vytvářenou piezoelektrickým měničem s rovinnou vyzařovací plochou a běžným výkonem do místa aplikace tak, aby bylo fokusací dosaženo terapeuticky požadovaného lokálního zesílení intenzity ultrazvukové energie. Takto lokálně zesílené ultrazvukové vlnění pak může v povrchových vrstvách léze (například rány nebo kožního či slizničního defektu) poskytovat potřebnou energii nezbytnou pro podporu hojení,The object of the invention is to concentrate the ultrasonic energy generated by the piezoelectric transducer with a planar radiating surface and normal power into the application site so that the focusing achieves a therapeutically desired local amplification of the ultrasonic energy intensity. Such locally amplified ultrasound can then provide the necessary energy in the surface layers of the lesion (for example a wound or a skin or mucous membrane defect) necessary to promote healing.

-4CZ 2020 - 214 A3 termické efekty i případný debridement rány. Potřebné fokusace je přitom dosaženo odrazem ultrazvukového vlnění na vnitřní ploše dutiny vytvořené v podobě rotačního paraboloidu.-4EN 2020 - 214 A3 thermal effects and possible wound debridement. The required focus is achieved by reflecting the ultrasonic waves on the inner surface of the cavity formed in the form of a rotating paraboloid.

Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity využívá odrazů vlnění v dutině vyplněné kapalným médiem vhodným pro šíření ultrazvukových vln.The device for generating ultrasound of high local intensity uses reflections of waves in a cavity filled with a liquid medium suitable for the propagation of ultrasonic waves.

Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity využívá odrazů vlnění v dutině ohraničené plochou druhého řádu v podobě rotačního paraboloidu.The device for generating ultrasound of high local intensity uses reflections of waves in a cavity bounded by a second order surface in the form of a rotating paraboloid.

Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity využívá odrazů vlnění v dutině ohraničené plochou druhého řádu v podobě rotačního paraboloidu a odrážené ultrazvukové vlnění soustředí do ohniska tohoto paraboloidu.The device for generating ultrasound of high local intensity uses the reflections of the waves in the cavity bounded by the second order surface in the form of a rotating paraboloid and concentrates the reflected ultrasound waves in the focus of this paraboloid.

Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity využívá odrazů vlnění v dutině ohraničené plochou druhého řádu v podobě rotačního paraboloidu a odrážené ultrazvukové vlnění soustředí do ohniska tohoto paraboloidu, přičemž v ohnisku je umístěna kruhová membrána rozměrů podstatně menších, než jsou rozměry dutiny.The device for generating high local intensity ultrasound uses reflections of waves in a cavity bounded by a second order surface in the form of a rotating paraboloid and concentrates the reflected ultrasound waves in the focus of this paraboloid, a circular membrane of substantially smaller dimensions than the cavity.

Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity využívá odrazů vlnění v dutině ohraničené plochou druhého řádu v podobě rotačního paraboloidu a odrážené ultrazvukové vlnění soustředí do ohniska tohoto paraboloidu, přičemž v ohnisku je umístěna kruhová membrána rozměrů podstatně menších, než jsou rozměry dutiny a membrána je prostřednictvím prohlubně otevřena do volného prostoru mimo dutinu.The high local intensity ultrasound device uses reflections of waves in a cavity bounded by a second order surface in the form of a rotating paraboloid and the reflected ultrasound waves concentrate in the focus of this paraboloid, a circular membrane of substantially smaller dimensions than the cavity is located in the focus and the membrane is open to free space outside the cavity.

Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity využívá odrazů vlnění v dutině ohraničené plochou druhého řádu v podobě rotačního paraboloidu a odrážené ultrazvukové vlnění soustředí do ohniska tohoto paraboloidu, přičemž v ohnisku je umístěna kruhová membrána rozměrů podstatně menších než jsou rozměry dutiny a membrána je prostřednictvím prohlubně otevřena do volného prostoru mimo dutinu, přičemž do této prohlubně je zaveden ultrazvukový vodivý gel nebo obdobný prostředek, který zabezpečuje kontakt s lézí a přenáší do ní terapeuticky potřebné ultrazvukové vlnění s významně lokálně zvýšenou intenzitou, tedy výkonem soustředěným na malé plošce odpovídající rozměrům prohlubně, která - jakož i membrána - jsou mnohem menší ve srovnání s rozměry měniče a dutiny.The device for generating high local intensity ultrasound uses reflections of waves in a cavity bounded by a second order surface in the form of a rotating paraboloid and the reflected ultrasound waves concentrate in the focus of this paraboloid, a circular membrane of substantially smaller dimensions than the cavity is placed in the focus and the membrane is recessed. into the free space outside the cavity, into this depression an ultrasonic conductive gel or similar means is introduced, which ensures contact with the lesion and transmits therapeutically necessary ultrasound waves with significantly locally increased intensity, i.e. power concentrated on a small area corresponding to the dimensions of the depression. as well as the diaphragm - are much smaller compared to the dimensions of the transducer and cavity.

Pomocí zařízení lze dosahovat účinných léčebných a/nebo kavitačních efektů a podporovat tak např. proces hojení ran nebo jejich debridement, přičemž je potlačeno riziko rozsevu infekčních agens nebo poškození rány mechanickým kmitajícím nástrojem, jak je tomu u současných technických řešení. Přitom výkon samotného ultrazvukového měniče nemusí být velký a předkládané zařízení je snadno vyrobitelné.The device can achieve effective healing and / or cavitation effects and thus support, for example, the process of wound healing or debridement, while suppressing the risk of spreading infectious agents or damaging the wound with a mechanical vibrating tool, as in current technical solutions. However, the power of the ultrasonic transducer itself does not have to be large and the present device is easy to manufacture.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Podstata vynálezu j e dále obj asněna na příkladech j eho uskutečnění, které j sou popsány s využitím připojených výkresů, kde:The essence of the invention is further elucidated on the basis of examples of its embodiment, which are described with the aid of the accompanying drawings, where:

Obr. 1 znázorňuje perspektivní pohled na zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity bez výustku;Giant. 1 shows a perspective view of a device for generating high local intensity ultrasound without a spout;

Obr. 2 znázorňuje podélný řez zařízením pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity ve tvaru paraboloidu, bez výustku a s piezoelektrickým měničem;Giant. 2 shows a longitudinal section of a device for generating ultrasound of high local intensity in the form of a paraboloid, without a spout and with a piezoelectric transducer;

Obr. 3 znázorňuje v řezu detail uspořádání piezoelektrického měniče v zařízení;Giant. 3 shows in cross section a detail of the arrangement of the piezoelectric transducer in the device;

-5CZ 2020 - 214 A3-5GB 2020 - 214 A3

Obr. 4 znázorňuje v řezu detail vrcholu vnějšího pláště zařízení s prvním provedením aplikačního systému;Giant. 4 shows in cross section a detail of the top of the outer casing of the device with the first embodiment of the application system;

Obr. 5 znázorňuje perspektivní pohled v řezu na zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity bez výustku s uložením těsnicích „O“ kroužků;Giant. 5 shows a perspective cross-sectional view of a device for generating ultrasound of high local intensity without an outlet with a bearing of sealing "O" rings;

Obr. 6 znázorňuje podélný řez zařízením pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity ve tvaru paraboloidu, s výustkem a piezoelektrickým měničem; aGiant. 6 shows a longitudinal section of a device for generating ultrasound of high local intensity in the form of a paraboloid, with a vent and a piezoelectric transducer; and

Obr. 7 znázorňuje v řezu detail vrcholu vnějšího pláště zařízení s druhým provedením aplikačního systému.Giant. 7 shows in cross section a detail of the top of the outer shell of the device with the second embodiment of the application system.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Uvedená uskutečnění znázorňují příkladné varianty provedení vynálezu, která však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv. V uvedených výkresech je předkládané řešení znázorněno na příkladech provedení zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity, s využitím odrazů vlnění na vnitřní ploše rotačního paraboloiduThese embodiments illustrate exemplary embodiments of the invention, which, however, have no limiting effect on the scope of protection. In the above drawings, the present solution is illustrated by means of embodiments of a device for generating ultrasound of high local intensity, using wave reflections on the inner surface of a rotating paraboloid.

Příklad 1: Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity bez výustkuExample 1: Apparatus for generating high local intensity ultrasound without a vent

Jak je patrné z obr. 1 až 5, zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity v prvním provedení zahrnuje piezoelektrický měnič 1, jenž je pružně uložen v komoře 2. S komorou 2 je pomocí závitového spoje spojen vnější plášť 17, jehož vrchol tvořený otvorem 10 je uzpůsoben k aplikaci terapeutického ultrazvuku na požadované místo na povrchu 15 těla pacienta. Pro zajištění pružného uložení a zároveň utěsnění piezoelektrického měniče 1 v komoře 2 je tento měnič uspořádán mezi prvním „O“ kroužkem 4 a druhým „O“ kroužkem 5. Pro zajištění vysoké lokální intenzity ultrazvukového pole má vnitřní plocha 8 vnějšího pláště 17 tvar rotačního paraboloidu, přičemž v dutině 7 vnějšího pláště 17 se nachází kapalné médium 3. V prostoru mezi piezoelektrickým měničem 1 a dutinou 7 je uspořádána přizpůsobovací akustická deska 16. Tato může být zhotovena z materiálu, o vhodné akustické impedanci, o tloušťce rovné lichému násobku jedné čtvrtiny vlnové délky ultrazvukového vlnění, přičemž akustická impedance Zm materiálu použitého ke zhotovení přizpůsobovací akustické desky má být blízká hodnotě:As can be seen from Figures 1 to 5, the device for generating high local intensity ultrasound in the first embodiment comprises a piezoelectric transducer 1 which is resiliently mounted in the chamber 2. An outer shell 17 is connected to the chamber 2 by a threaded connection, the apex of which formed by the opening 10. is adapted to apply a therapeutic ultrasound to a desired location on the surface 15 of the patient's body. To ensure a flexible mounting and at the same time seal the piezoelectric transducer 1 in the chamber 2, this transducer is arranged between the first "O" ring 4 and the second "O" ring 5. To ensure high local ultrasonic field intensity, the inner surface 8 of the outer shell 17 has the shape of a rotating paraboloid. wherein a liquid medium 3 is present in the cavity 7 of the outer shell 17. A matching acoustic plate 16 is arranged in the space between the piezoelectric transducer 1 and the cavity 7. This can be made of a material of suitable acoustic impedance with a thickness equal to an odd multiple of one quarter of the wavelength ultrasonic waves, the acoustic impedance Zm of the material used to make the matching acoustic plate to be close to:

Zm = y^Zr'Zz kde Zt je akustická impedance piezoelektrického měniče 1 a Zl je akustická impedance kapalného média 3 vyplňujícího dutinu 7. Při předpokladu zhotovení piezoelektrického měniče z materiálu keramika PZT (akustická impedance cca 33 MRayl) a kapalného média 3 vyplňujícího dutinu 7 tvořeného glycerolem (akustická impedance 2,5 MRayl) se má akustická impedance přizpůsobovací akustické desky 16 pohybovat kolem 9 MRayl, čemuž může odpovídat, např. epoxidová pryskyřice tvrzená keramikou nebo pyrolytický uhlík.Zm = y ^ Zr'Zz where Zt is the acoustic impedance of the piezoelectric transducer 1 and Z1 is the acoustic impedance of the liquid medium 3 filling the cavity 7. Assuming the piezoelectric transducer is made of PZT ceramic material (acoustic impedance approx. 33 MRayl) and liquid medium 3 filling the cavity 7 formed by glycerol (acoustic impedance 2.5 MRayl), the acoustic impedance of the matching acoustic plate 16 should be around 9 MRayl, which may correspond to, for example, a ceramic-cured epoxy resin or pyrolytic carbon.

Pro zajištění utěsnění piezoelektrického měniče 1 je v horní části komory 2 zašroubována krycí matice 6. Otvor 10 vnějšího pláště 17 je ukončen maticí 11 s prstencovitou prohlubní, ve které jsou uspořádány pružné kruhové podložky 12, které slouží pro upevnění membrány 13.To ensure the sealing of the piezoelectric transducer 1, a cover nut 6 is screwed into the upper part of the chamber 2. The opening 10 of the outer shell 17 is terminated by a nut 11 with an annular recess in which resilient circular washers 12 are arranged to serve to fasten the membrane 13.

Funkce zařízení je následující: piezoelektrický měnič 1 je známým způsobem buzen elektrickým harmonickým signálem, takže vytváří mechanické ultrazvukové vlnění šířící se ve směru jeho svislé osy oběma směry, přičemž jako piezoelektrický měnič 1 lze použít kruhový piezoelektrický ultrazvukový měnič. Ve směru odvráceném od uzavřené dutiny 7 je šíření tohoto vlnění zabráněno vzduchem s extrémně nízkou akustickou impedancí, případně je tlumeno vhodným tlumicím materiálem. Tímto tlumicím materiálem může být např. epoxidová pryskyřice s wolframovými nebo aluminiovými (AI2O3) částicemi, s hodnotou akustické impedance přibližně 20 MRayl aThe function of the device is as follows: the piezoelectric transducer 1 is excited in a known manner by an electrical harmonic signal, so that it generates a mechanical ultrasonic wave propagating in the vertical axis in both directions, and a circular piezoelectric ultrasonic transducer can be used as the piezoelectric transducer 1. In the direction facing away from the closed cavity 7, the propagation of this wave is prevented by air with an extremely low acoustic impedance, or it is damped by a suitable damping material. This damping material can be, for example, an epoxy resin with tungsten or aluminum (Al2O3) particles, with an acoustic impedance value of approximately 20 MRayl and

-6CZ 2020 - 214 A3 útlumem 10 až 30 dB/cm.MHz, případně silikonová pryž, rovněž s vysokým akustickým útlumem (více než 30 dB/cm.MHz) a akustickou impedancí cca 1 MRayl. Tyto materiály jsou určeny pro pohlcení reziduálního ultrazvukového vlnění generovaného v opačném směru, jejich použití však není pro správnou funkci technického řešení podle tohoto vynálezu zcela nezbytné, může však zlepšovat navázání a přenos ultrazvuku generovaného piezoelektrickým měničem 1 do dalších částí zařízení.-6GB 2020 - 214 A3 attenuation 10 to 30 dB / cm.MHz, or silicone rubber, also with high acoustic attenuation (more than 30 dB / cm.MHz) and acoustic impedance approx. 1 MRayl. These materials are intended to absorb residual ultrasonic waves generated in the opposite direction, but their use is not absolutely necessary for the proper functioning of the technical solution according to the invention, but can improve the binding and transmission of ultrasound generated by piezoelectric transducer 1 to other parts of the device.

Ve směru přivráceném k dutině 7 se ultrazvukové vlny generované piezoelektrickým měničem 1 šíří přes přizpůsobovací akustickou desku 16 dále do kapalného média 3 vyplňujícího uzavřenou dutinu 7. Přizpůsobovací akustická deska 16 má tloušťku jedné čtvrtiny vlnové délky ultrazvukového vlnění šířícího se v jejím materiálu, přičemž akustická impedance tohoto materiálu má být blízká druhé odmocnině součinu akustických impedancí materiálu piezoelektrického měniče 1 a kapalného média 3, kterou je dutina 7 vyplněna. Jak již bylo výše vypočteno, akustická impedance materiálu přizpůsobovací akustické desky 16 by měla být optimálně kolem 9 MRayl, čemuž může odpovídat např. epoxidová pryskyřice tvrzená keramikou nebo pyrolytický uhlík. Při tomto technickém řešení prochází co největší podíl ultrazvukového vlnění do kapalného média 3 nacházející se v dutině 7 a vlnění odrážené na rozhraní piezoelektrického měniče 1 a kapaliny 3 v dutině 7 se zároveň svým fázovým rozdílem ruší. Kapalným médiem 3 vyplňujícím dutinu 7 se tedy šíří ultrazvukové vlnění přímočaře ve směru svislé osy kruhového piezoelektrického měniče 1, neboť v kapalině se neuplatní příčné vlnění. Podélné ultrazvukové vlny naráží přitom na vnitřní plochu 8 vnějšího pláště 17. Tato vnitřní plocha 8 má tvar rotačního paraboloidu, a tudíž veškeré odražené vlnění je směrováno do ohniska paraboloidu. V tomto ohnisku je mezi dvojicí kruhových pružných podložek 12 uspořádána tenká membrána 13. Tato membrána 13 je mírně napjata tlakem kapalného média 3 vyplňující dutinu 7. Plnění dutiny 7 kapalným médiem 3 je zajištěno před sestavením vnějšího pláště 17, komory 2 a krycí matice 6 a mírný tlak kapalného média 3 zajišťuje předpětí membrány 13. Ultrazvukové vlnění odrážené od vnitřní plochy 8 přímo do ohniska, v němž je umístěna membrána 13, se na tuto membránu 13 přenáší. Na této membráně 13 jsou mechanicky buzeny ultrazvukové kmity, které vybudí další šíření ultrazvukového vlnění v oblasti prstencovité prohlubně trychtýřovitého tvaru, vyplněné imerzní kapalinou 14 nebo gelem 14. kterým se ultrazvukové vlnění přenese již přímo do léze na povrchu 15 těla pacienta, neboť právě maticí 11 s prstencovitou prohlubní je zařízení přiloženo na lézi. Tímto způsobem se v místě léze na povrchu 15 těla pacienta vytvoří významně vyšší plošná hustota intenzity ultrazvukového vlnění, přenášející lokálně potřebnou energii a zajišťující tak požadované terapeutické efekty. I při použití běžných piezoelektrických měničů 1 s obvyklým plošným výkonem určeným pro fýzikální terapii (řádově jednotky W/cm2) se v místě aplikace na vrcholu tvořeného otvorem 10 vnějšího pláště 17 ve tvaru rotačního paraboloidu dosáhne potřebného zesílení intenzity ultrazvukového vlnění.In the direction facing the cavity 7, the ultrasonic waves generated by the piezoelectric transducer 1 propagate through the matching acoustic plate 16 further into the liquid medium 3 filling the closed cavity 7. The matching acoustic plate 16 has a thickness of one quarter of the wavelength of ultrasonic waves propagating in its material, the acoustic impedance of this material should be close to the square root of the product of the acoustic impedances of the material of the piezoelectric transducer 1 and the liquid medium 3 with which the cavity 7 is filled. As already calculated above, the acoustic impedance of the material of the matching acoustic plate 16 should optimally be around 9 MRayl, which may correspond, for example, to a ceramic-cured epoxy resin or pyrolytic carbon. In this technical solution, as much of the ultrasonic waves as possible pass into the liquid medium 3 located in the cavity 7 and the waves reflected at the interface of the piezoelectric transducer 1 and the liquid 3 in the cavity 7 are also canceled by their phase difference. Thus, the ultrasonic waves propagate in a straight line in the direction of the vertical axis of the circular piezoelectric transducer 1 through the liquid medium 3 filling the cavity 7, since no transverse waves are applied in the liquid. The longitudinal ultrasonic waves strike the inner surface 8 of the outer shell 17. This inner surface 8 has the shape of a rotating paraboloid, and thus all the reflected waves are directed into the focus of the paraboloid. In this focus, a thin membrane 13 is arranged between a pair of circular resilient washers 12. This membrane 13 is slightly tensioned by the pressure of the liquid medium 3 filling the cavity 7. Filling the cavity 7 with liquid medium 3 is ensured before assembling the outer shell 17, chamber 2 and cover nut 6 the slight pressure of the liquid medium 3 biases the membrane 13. Ultrasonic waves reflected from the inner surface 8 directly into the focus in which the membrane 13 is located are transmitted to this membrane 13. Ultrasonic oscillations are mechanically excited on this membrane 13, which excites further propagation of ultrasonic waves in the region of an annular funnel-shaped depression filled with immersion liquid 14 or gel 14. by which ultrasonic waves are transmitted directly to the lesion on the patient's body surface 15, since the nut 11 with an annular recess, the device is applied to the lesion. In this way, a significantly higher surface density of ultrasonic intensity is created at the lesion site on the surface 15 of the patient's body, transferring the locally required energy and thus providing the desired therapeutic effects. Even with the use of conventional piezoelectric transducers 1 with the usual surface power intended for physical therapy (of the order of units W / cm 2 ), the required amplification of the ultrasonic wave intensity is achieved at the application site at the apex formed by the opening 10 of the outer shell 17.

Alternativně, oblast prstencovité prohlubně může být vyplněna aplikační poduškou zhotovenou jako pevné gelovité těleso (vyrobené, např. z polydimethylsiloxanu, PDMS) nebo jako tenkostěnný plastový vak naplněný vhodnou kapalinou (glycerín, odplyněná voda, silikonový olej apod.). Tato poduška, zvláště je-li na obou styčných plochách s otvorem 10 i s povrchem 15 těla pacienta navlhčena, dovoluje pevné přilnutí a dobrý přenos fokusovaného ultrazvukového vlnění, jakož i částečnou možnost pohybu paraboloidem po lézi s cílem zasažení požadovaných míst léze fokusovaným ultrazvukovým vlněním.Alternatively, the annular depression area may be filled with an applicator pad made as a solid gel body (made, e.g., of polydimethylsiloxane, PDMS) or as a thin-walled plastic bag filled with a suitable liquid (glycerin, degassed water, silicone oil, etc.). This pad, especially when wetted at both the contact surfaces 10 with the opening 10 and with the patient's body surface 15, allows firm adhesion and good transmission of focused ultrasound, as well as partial paraboloid movement across the lesion to hit the desired lesion sites with focused ultrasound.

Příklad 2: Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity s výustkemExample 2: Apparatus for generating high local intensity ultrasound with a vent

Zařízení ve druhém provedení znázorněném na obr. 6 a 7 je analogické zařízení podle prvního provedení popsaného výše, přičemž vnější plášť 17 je dále opatřen výustkem 9, kterým lze do, resp. z dutiny 7 přivádět, resp. odvádět kapalné médium 3 podle potřeby. Na obr. 7 je znázorněno uspořádání dvojice pružných kruhových podložek 12 nad a pod membránou 13 v prostoru vnějšího pláště 17.The device in the second embodiment shown in Figs. 6 and 7 is an analogous device according to the first embodiment described above, wherein the outer casing 17 is further provided with a vent 9 which can be used to, respectively. from the cavity 7 to feed, resp. drain the liquid medium 3 as required. Fig. 7 shows the arrangement of a pair of resilient circular washers 12 above and below the membrane 13 in the space of the outer shell 17.

-7 CZ 2020 - 214 A3-7 CZ 2020 - 214 A3

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení poskytuje s využitím odrazu na stěnách rotačního paraboloidu ultrazvuk vysoké lokální intenzity, tedy značný ultrazvukový výkon aplikovaný na malou vymezenou plochu.Using the reflection on the walls of the rotating paraboloid, the device provides ultrasound of high local intensity, i.e. considerable ultrasonic power applied to a small defined area.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Zařízení pro vytváření ultrazvuku vysoké lokální intenzity, které je tvořeno komorou (2) a vnějším pláštěm (17) vymezujícím dutinu (7), přičemž vnitřní plocha (8) vnějšího pláště (17) má tvar rotačního paraboloidu se základnou a vrcholem, a dutina (7) vněj šího pláště (17) je uzpůsobena pro obsažení kapalného média (3), přičemž vnější plášť (17) je v základně pomocí závitového spoje spojen s komorou (2), ve které je uspořádán piezoelektrický měnič (1) uložený mezi prvním „O“ kroužkem (4) a druhým „O“ kroužkem (5), na který dosedá krycí matice (6) spojená pomocí závitového spoje s komorou (2), přičemž vnější plášť (17) je ve vrcholu ukončen otvorem (10), který je opatřen maticí (11) s prstencovitou prohlubní, vyznačující se tím, že mezi dutinou (7) a piezoelektrickým měničem (1) je uspořádána přizpůsobovací akustická deska (16), a dále tím, že v matici (11) s prstencovitou prohlubní jsou uspořádány pružné kruhové podložky (12) upevňující membránu (13).A device for generating ultrasound of high local intensity, comprising a chamber (2) and an outer shell (17) defining a cavity (7), the inner surface (8) of the outer shell (17) having the shape of a rotating paraboloid with a base and a top, and the cavity (7) of the outer shell (17) is adapted to contain a liquid medium (3), the outer shell (17) being connected in the base by means of a threaded connection to a chamber (2) in which a piezoelectric transducer (1) is arranged between a first "O" ring (4) and a second "O" ring (5), on which a cover nut (6) connected by a threaded connection to the chamber (2) rests, the outer shell (17) terminating in an aperture (10) at the apex. which is provided with an annular recess nut (11), characterized in that an adaptive acoustic plate (16) is arranged between the cavity (7) and the piezoelectric transducer (1), and further in that an annular recess nut (11) is arranged in the annular recess nut (11). resilient circular washers (12) securing the membrane (13) are provided. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější plášť (17) je v blízkosti závitového spoje s komorou (2) dále spojen s výustkem (9) pro přívod a/nebo odvod kapalného média (3).Device according to claim 1, characterized in that the outer casing (17) is further connected to the outlet (9) for the supply and / or discharge of the liquid medium (3) in the vicinity of the threaded connection with the chamber (2).
CZ2020214A 2020-04-15 2020-04-15 Equipment for generating high local intensity ultrasound CZ308691B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020214A CZ308691B6 (en) 2020-04-15 2020-04-15 Equipment for generating high local intensity ultrasound

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020214A CZ308691B6 (en) 2020-04-15 2020-04-15 Equipment for generating high local intensity ultrasound

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2020214A3 true CZ2020214A3 (en) 2021-02-24
CZ308691B6 CZ308691B6 (en) 2021-02-24

Family

ID=74645158

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020214A CZ308691B6 (en) 2020-04-15 2020-04-15 Equipment for generating high local intensity ultrasound

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ308691B6 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4484569A (en) * 1981-03-13 1984-11-27 Riverside Research Institute Ultrasonic diagnostic and therapeutic transducer assembly and method for using
US6217530B1 (en) * 1999-05-14 2001-04-17 University Of Washington Ultrasonic applicator for medical applications
EP1479412B1 (en) * 2003-05-19 2008-10-22 UST Inc. Geometrically shaped coupling hydrogel standoffs for high intensity focused ultrasound
CN201716410U (en) * 2010-07-01 2011-01-19 钱仁贵 Ultrasonic device for bunching, orienting and enhancing signals
CN105214222A (en) * 2015-10-28 2016-01-06 广州丰谱信息技术有限公司 The using method of the ultrasonic human body physical therapy device of a kind of digital program controlled bimodulus and device

Also Published As

Publication number Publication date
CZ308691B6 (en) 2021-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8162858B2 (en) Ultrasonic medical treatment device with variable focal zone
US5485828A (en) Portable device for micropulverization generated by ultrasound waves
JP5657701B2 (en) Ultrasonic transducer
JP4363987B2 (en) Device for converging ultrasonic vibration beams
JP6824989B2 (en) Ultrasound device and how to generate a holographic ultrasonic field
US7559904B2 (en) Shockwave generating system
KR20110074326A (en) High-intensity focused ultrasound treatment system
KR101259381B1 (en) Applicator for HIFU
WO2020039318A1 (en) Direct contact shockwave transducer
US5228447A (en) Shockwave generator having an ultrasound applicator shielded from shockwaves
US20070239081A1 (en) Focusing electromagnetic acoustic wave source
CZ2020214A3 (en) Equipment for generating high local intensity ultrasound
US20050187494A1 (en) Focusing ultrasonic source
CZ34054U1 (en) Equipment for generating high local intensity ultrasound
US8277397B2 (en) Wave generating device with inner reflector
Yamada et al. Tube-type double-parabolic-reflector ultrasonic transducer (T-DPLUS)
JP2012005602A (en) Ultrasonic irradiation device
KR102280904B1 (en) Focused extracorporeal shock wave therapy apparatus using electromagnetic coil
WO2019167592A1 (en) Focusing-type sound wave therapy device using planar-shape element
CZ34641U1 (en) Acoustic wave of the head of a therapeutic ultrasound device
KR100521247B1 (en) A thermo-hydraulic shock wave generator
CZ2020192A3 (en) Acoustic wave of the head of a therapeutic ultrasound device
CZ34056U1 (en) Therapeutic ultrasound multi-converter rotary applicator
Kwon et al. Phase-Inverted Multifrequency HIFU Transducer for Lesion Expansion: A Simulation Study
Stevenson et al. Optimising the Materials of a FUS Transducer Sized for Robotic Delivery