CZ34056U1 - Multiměničový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku - Google Patents

Description

Multiměničový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku

Oblast techniky

Předkládané technické řešení se týká aplikátorů terapeutického ultrazvuku v oblasti medicíny.

Dosavadní stav techniky

Ultrazvuk je zvukové vlnění, podélné vlnění částic hmoty, s frekvencí větší než 16 až 20 kHz a je tedy pro lidské ucho neslyšitelný. Jeho vlnová délka je menší než vlnová délka zvuku, proto je šíření ultrazvuku méně ovlivněno ohybem. Výrazný je však jeho odraz od překážek, a to i malých (proto možnost využití v diagnostice), a skutečnost, že je méně pohlcován v kapalinách a pevných látkách (otázka tzv. akustické impedance). Umělé zdroje ultrazvuku jsou mechanické (nevýkonné, obsoletní), magnetostrikční (užíváno v zubním lékařství, velký výkon, ale malá frekvence) nebo piezoelektrické (pro diagnostiku materiálů i diagnostiku v lékařství, pro fyzikální terapii). Ultrazvuk se vyznačuje krátkou vlnovou délkou podélného vlnění, což při značné mechanické energii vln může vyvolávat ve velmi malých oblastech hmoty tlakové změny až v řádech MPa (nebezpečí poškození buněk). Na rozhraních různých tkání, tedy oblastí s různou rychlostí šíření zvuku, dochází k částečné změně směru šíření vln a jejich odrazu (analogicky k zákonu o lomu světla), což implikuje využití v diagnostice, ale komplikuje využití v terapii, kde obvykle požadujeme homogenní předání energie v léčené oblasti těla. S rostoucí frekvencí energie ultrazvuku roste, ale zároveň se zvětšuje pohltivost, takže ultrazvuk s kratší vlnovou délkou hůře proniká do hloubi tkání. V lékařské diagnostice se proto využívá frekvencí 1 až 10 MHz. V terapii ultrazvukem se využívá většinou frekvencí 0,8 až 3 MHz a plošnou hustotou výkonu do 2 až 3 W/m²; ovšem ojediněle se lze setkat i s léčebnou aplikací nízkofrekvenčního ultrazvuku, a to nejen v zubním lékařství, ale i při fyzikální léčbě bolestivých symptomů pohybového aparátu, kde je aplikován ultrazvuk s frekvencí 30 až 40 kHz a s dosti vysokou energií, která je již schopna produkovat kavitace (marketingový termín tzv. sirioterapie). Vysokoenergetický ultrazvuk se používá i pro debridement ran.

Terapeutický ultrazvuk má však za úkol přenést do živých tkání energii ultrazvukového vlnění nedestruktivním způsobem s cílem dosažení účinků mechanických („vnitřní tlaková mikromasáž“, rozvolnění struktur, přeměna gelu 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.

Proto již před mnoha desítkami let začaly výrobci zdravotnické techniky vyrábět terapeutické ultrazvukové přístroje, které obvykle pracovaly se dvěma výměnnými hlavicemi, jednou - pro hlubší dosah - s frekvencí kolem 1 MHz, druhou - pro povrchové aplikace - s frekvencí kolem 3 MHz. Každá hlavice měla tedy jeden piezoelektrický měnič, jehož kmity byly převáděny na kruhový kovový terčík, který mohl mít větší (pro plošné aplikace) nebo menší (pro bodově lokalizované aplikace) průměr. Poněvadž je ultrazvuk silně pohlcován nebo odrážen na rozhraních látek se značně odlišnou akustickou impedancí, především na rozhraní pevná látka či kapalina a vzduch, musí být kontakt hlavice ultrazvukového přístroje s povrchem těla zabezpečen vrstvičkou imerzního gelu. Ultrazvuková hlavice se též nesmí ponechávat při aplikaci ultrazvukové terapie na jednom místě, neboť by zde bylo vysoké riziko vzniku velkého množství energie na rozhraní měkká tkáň - kost apod., zvláště v souvislosti se vznikem stojatého vlnění, a s následným poškozením tkání, zvláště nervových. Proto je nutné hlavicí po kůži opatřené kontaktním imerzním gelem neustále v určitém požadovaném rozsahu pohybovat (dynamická manuální forma aplikace). V některých částech těla, kde by právě aplikace ultrazvuku mohla mít

- 1 CZ 34056 UI velký léčebný význam, například na prstech rukou postižených revmatoidní artritidou, není tento postup snadno dosažitelný, a proto se přistupovalo v aplikaci ultrazvuku ve vodní lázni, do které byla v blízkosti léčené ruky ponořena ultrazvuková hlavice; vodní lázeň pak představovala přenosové médium s vhodnou akustickou impedancí. Rovněž se používaly tenkostěnné kaučukové vaky plněné odplyněnou vodou a potřené ultrazvukovým gelem, které se přikládaly mezi nerovný povrch těla určený k přenosu ultrazvukového vlnění do nitra léčených tkání a samotnou ultrazvukovou hlavici.

Všechna tato řešení jsou pracná a v současném provozu poskytovatelů zdravotní péče se sotvakde používají, byť jsou léčebně účinná.

Z pohledu patentové ochrany je známo přímé použití nízkoenergetického ultrazvukového vlnění s cílem podpory hojení např. v americkém patentu US 6273864 Bl, resp. s využitím stojatého vlnění v americké patentové přihlášce US 2002103448 Al.

Americký patent US 5413550 A popisující ultrazvukový terapeutický systém s automatickou kontrolou dávkování se vyznačuje tím, že patentovaný přístroj pro ultrazvukovou léčbu bolesti a podporu hojení počítá skutečnou aplikovanou dávku.

Kanadská patentová přihláška CA 2900213 A1 popisující ultrazvukové zařízení s dutinou pro vodivé médium zavádí dutinu pro umístění kontaktního gelu a systém jejího samočinného přenosu na hlavici přístroje v kontaktu s léčeným povrchem těla pacienta.

Americký patent US 5520188 A popisující zařízení k přenosu anulámího pole řeší fokusaci ultrazvukového vlnění koncentrickým uspořádáním anulámích (prstencových) piezoelektrických měničů a jejich rozkmitáním stejnými frekvencemi s vhodně posunutými fázemi, čímž se interferencí takto vznikajících vln vytvoří ohnisko, do něhož se soustředí maximum energie ultrazvuku.

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 Al. Pro fokusaci ultrazvuku se 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.

Další americká patentová přihláška US 2014276055 Al popisující technologii reflektivního ultrazvuku se zaměřuje na dermatologické a kosmetické aplikace ultrazvuku. Stanovuje potřebu jak fokusace, tak defokusace ultrazvukového svazku vlnění. Pro tento účel vysoce sofistikovaně aplikuje různě tvarované piezoelektrické měniče, konvexní i konkávní akustické čočky, parabolická a eliptická zrcadla i fázové posuvy jednotlivých zdrojů vlnění. Unikátní je řešení prostorových kombinací válcových a jiných zakřivených ploch směřujících ultrazvukové vlnění do požadovaných míst.

Americká patentová přihláška US 2010022889 Al popisující ultrazvukovou hlavici ultrazvukového terapeutického zařízení řeší umístění ultrazvukového aplikátoru na povrchu těla pacienta pomocí pružného dvoudílného nástavce, do něhož je zaveden podtlak, čímž se obě části aplikátoru zasunou do sebe a čelo převodníku ultrazvukového vlnění se přitiskne na povrch těla pacienta, přičemž aplikátor podle tohoto řešení zajistí i plynulé zavádění potřebného množství gelu tvořícího nezbytnou tenkou vrstvičku mezi čelem převodníku a povrchem těla pacienta. Toto řešení se však nezabývá problematikou spojenou s umístěním aplikátoru ultrazvuku na jednom místě těla pacienta tzv. statická aplikace, která souvisí s rizikem poškození těch míst tkání vystavených kmitnám vlnění, zatímco místa, kde vznikají uzly nejsou ultrazvukem léčena.

-2CZ 34056 UI

Evropský patent EP 2366430 Bl popisující ultrazvukové terapeutické zařízení řeší ruční aplikátor určený pro dynamické podávání terapeutického ultrazvuku. Zabývá se zde zejména otázkou nežádoucího ohřevu hlavice ručního aplikátoru, který nepříznivě ovlivňuje jak pacienta, tak obsluhu. Řešení se nalézá v konstrukci a uspořádání speciálního chladiče umístěného uvnitř ručního aplikátoru.

Na léčbu ran je zaměřena mezinárodní patentová přihláška WO 2008002773 A2 popisující způsob a zařízení ultrazvukového ošetření ran. Na hlavici s ultrazvukovým měničem je pevně umístěn nástavec trychtýřovitého tvaru nebo tvaru polosféry, který je vyroben z pružného materiálu a je hermeticky přiložen na ránu a naplněn fyziologickým 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 působení ultrazvuku zprostředkované vznikem radikálů i mechanické působení ultrazvuku zprostředkované kavitací na povrchu rány zajišťuje její debridement a podporuje její léčení.

Americký patent US 9345909 B2 popisující léčbu kožních vředů zavádí pro léčbu trofických defektů spojených s narušením kožního povrchu kombinaci ultrazvuku 1 až 3 MHz a interferenčních nebo amplitudově modulovaných středofrekvenčních elektrických proudů.

Další americký patent US 8979775 B2 kombinuje léčebnou aplikaci světla a ultrazvuku. Zavádí unikátní uspořádání přenosu světelného toku mezerami mezi anulámě uspořádanými měniči tvarů mezikruží.

Generátory ultrazvuku, piezoelektrické měniče, mají obvykle tvar kruhové desky, kdy při elektrickém buzení na rezonanční harmonické frekvenci měniče body na jeho povrchu kmitají se stejnou amplitudou a fází. Dle Huygensova principu si lze představit, že se takovýto zdroj kmitání skládá z jednotlivých bodových zdrojů kulových vln. Takový zdroj vln můžeme s určitým přiblížením považovat za pístově kmitající zářič (obdoba pohybu pístu ve válci) umístěný v rovinné stěně (např. rovina xy kartézského souřadného systému). Tlakové pole, které tento zářič generuje, je výsledkem součtu příspěvků od jednotlivých kmitajících elementárních plošek na zářiči. Velikost akustického tlaku v určitém místě kartézského souřadného systému x, y, z od středu zářiče pak záleží na tom, s jakou fází a amplitudou dorazí do tohoto místa příspěvky od jednotlivých kmitajících plošek. Vlny z bodových zdrojů v oblasti tzv. blízkého ultrazvukového pole tedy navzájem interferují a vytvářejí difrakční pole s maximy a minimy akustického tlaku. Počet těchto maxim a minim je závislý též na časovém průběhu budicího elektrického signálu na elektrodách. Tento signál je obecně harmonický s frekvencí rezonující s vlastními kmity piezoelektrického měniče. Pokud je tímto signálem buzen měnič časově kontinuálně po dobu mnohem delší ve srovnání s periodou, pak vzniká největší počet maxim a minim. A toto je právě případ obvyklý pro ultrazvukovou fyzikální terapii. Na základě tohoto fyzikálního principu nelze tedy zajistit homogenní rozložení působení akustického tlaku v léčených tkáních, a to ani za podmínek, že ultrazvukové vlnění se neodráží (např. na rozhraní měkkých tkání a kosti) a odražené vlnění pak opět dále neinterferuje s vlněním postupujícím v přímém směru. Vytváření maxim a minim intenzity vlnění ve stále stejných místech pak vede právě k tomu, že některé lokality léčených tkání jsou ovlivňovány nadměrně (a tím vystavovány riziku poškození), jiné sousední lokality jsou pak ovlivňovány naopak nedostatečně. Obvyklým způsobem řešení tohoto vysoce nežádoucího jevu, limitujícího zásadním způsobem jeho terapeutické využití, je neustálý pohyb sondou - aplikátorem po povrchu těla pacienta, spojený s naklápěním osy sondy. Tento nedostatek se snaží kompenzovat četná technická řešení (popsaná výše), která však mají vždy společný vznik dalšího nedostatku - snížení celkové předané ultrazvukové energie. Konkrétně tato řešení, například amplitudově, a případně i šířkově, modulují generovaný ultrazvuk, a tím snižují jeho intenzitu tak, aby se potlačila rizika (např. přístroje řady Sonopuls StatUS holandského výrobce Enraf Nonius). Případně používají více měničů, mezi nimiž postupně přepínají, takže na požadovaný výkon vždy pracuje jen jeden měnič, ostatní jsou vypnuty, a po nějaké době, za níž je riziko poškození v maximu časově

-3 CZ 34056 Ul limitováno, je buzení tohoto měniče vypnuto a je aktivován další, sousední měnič atd. Toto technické řešení se vyskytuje například u společnosti BTL zdravotnická technika. Jiná technická řešení aplikují časově periodické přepínání mezi piezoelementy zabudovanými v hlavici terapeutického ultrazvukového přístroje, naladěnými na různé frekvence, např. 0,8 MHz a 2,4 MHz, čímž dosahují různého hloubkového působení ultrazvukového vlnění, a tím i vzniku maxim a minim periodicky v různých hloubkách (toto řešení uplatňuje např. německý výrobce Zimmer MedizinSysteme ve svých přístrojích SoleoSono).

Podstata technického řešení

Technické řešení si klade za cíl zajistit rovnoměrnou dodávku ultrazvukové energie do velkého objemu léčených tkání, případně dodávku ultrazvukové energie úmyslně cílenou do určité oblasti léčených tkání, aniž by bylo nutno měnit polohu hlavice - aplikátoru na těle pacienta během léčebné procedury.

Výše uvedeného cíle, je dosaženo multiměničovým rotačním aplikátorem terapeutického ultrazvuku, zahrnujícím motor a vzájemně spojenou spodní část a horní část těla, na které je uspořádán zvýšený kryt a kryt motoru. Ve spodní části je na ložiscích uložen karusel otočný kolem své otočné osy a opatřený alespoň jednou komorou. V každé komoře je uspořádán piezoelektrický měnič elektrického budicího signálu na ultrazvukové vlnění opatřený elektrickým přívodem. Mezi piezoelektrickým měničem a stěnou komory je uloženo těsnění a piezoelektrický měnič je kryt zátkou. Karusel je na okraji opatřen zarážkou a dále druhým ozubeným převodem, který jev záběru s prvním ozubeným převodem, který je dále v záběru s ozubeným pastorkem uspořádaným na hřídeli motoru. Zarážka je odnímatelně propojitelná s koncovým spínačem umístěným neotočně vůči spodní části těla.

Ve výhodném provedení je v karuselu po jeho obvodu uspořádána alespoň jedna, ale výhodněji právě dvě nebo tři komory válcového tvaru, jejichž středové osy jsou mimoběžné s otočnou osou karuselu, přičemž středové osy komor jsou vůči otočné ose karuselu odkloněny o určitý nenulový úhel. Při alespoň dvou komorách uspořádaných po obvodu karuselu jsou s výhodou jednotlivé středové osy komor navíc odkloněny vůči otočné ose karuselu o rozdílný úhel.

Spodní část a horní část těla jsou s výhodou vzájemně spojeny šroubovými spoji. S výhodou je dále motor spojen se zdrojem napájení a každý piezoelektrický měnič je elektrickým přívodem spojen s generátorem ultrazvuku, který je rovněž spojen se zdrojem napájení.

Podstatou technického řešení je, že jednotlivé piezoelektrické měniče jsou uspořádány v otočném karuselu, přičemž středové osy jednotlivých komor (a tedy piezoelektrických měničů) nejsou kolineámí s otočnou osou karuselu. Naopak, u víceměničového uspořádání je každá středová osa jednotlivého piezoelektrického měniče oproti předchozí středové ose ve směru pohybu karuselu stále více od této otočné osy odchýlena.

Toho je dosaženo tím, že piezoelektrické měniče jsou osazeny do komor vytvořených v tělese karuselu a každá středová osa této komory se ve směru otáčení karuselu stále více od jeho otočné osy odklání oproti předchozí středové ose (předchozí ve smyslu směru otáčení karuselu), poněvadž komory jsou tímto způsobem v tělese karuselu výrobně vytvořeny. Odlišným sklonem středových os komor, a tím i středových os piezoelektrických měničů se dosahuje odlišné fokusace ultrazvukového vlnění. Do jednotlivých komor mohou být osazeny piezoelektrické měniče s různými resonančními frekvencemi. Tak lze dosáhnout nejen multiměničového, ale též multifrekvenčního řešení. Jednotlivé piezoelektrické měniče, osazené v komorách tělesa otočného karuselu, mohou být řešeny s fokusující nebo defokusující čelní plochou a opatřeny ultrazvukovými čočkami nebo jiným fokusačním zařízením. Kombinací všech těchto možností lze dosahovat specifického rozložení ultrazvukového vlnění ve velkých objemech tkání.

-4CZ 34056 UI

Otočný karusel je uložen v těle aplikátoru v ložiscích a pomocí prvního a druhého ozubeného převodu a je poháněn pohonem v podobě motoru, kterým může např. být elektromotor nebo piezoelektrický motor.

Pohon je řízen z regulovaného zdroje elektrického signálu tak, aby se karusel pomalu otáčel postupně jak na jednu, tak i na druhou stranu. Přepínání směru otáčení je zajišťováno koncovými spínači nebo jiným obdobně fungujícím technickým zařízením tak, že otáčející se karusel je opatřen na okraji zarážkou, která sepne koncový snímač poté, co k němu dospěje. Tím je vydán signál zajišťující změnu směru otáčení karuselu, takže karusel se nemůže otočit na jednu i na druhou stranu o více než 360°, což je důležité z hlediska vedení elektrických přívodů piezoelektrických měničů konečné délky, nacházejících se v jednoduchém volném spirálovém uložení přímo nad karuselem. V okamžiku, kdy je zarážkou sepnut koncový spínač, lze hovořit o výchozí poloze karuselu. Samotný koncový spínač může být tvořen tělískem pevně našroubovaným vůči spodní části těla. V tělísku je realizován vlastní kontakt, který je sepnut, pokud vznikne tlak na pero vystupující z tělíska. Na konci pera se nachází malá rolnička (nebo jiný kontaktní prvek), která je odnímatelně propojitelná se zarážkou vytvořenou na karuselu ve formě výstupku. Pokud je zarážka v kontaktu s rolničkou, zatlačí pero a v tělísku je sepnut kontakt.

Pro dosažení požadovaného rozložení ultrazvukového vlnění v celém ovlivňovaném objemu tkání je dokonce přijatelně postačující, aby se karusel otáčel z výchozí polohy postupně o 180° na jednu stranu, poté se vrátil do výchozí polohy a otáčel se o 180° na druhou stranu a opět se vrátil do výchozí polohy, což lze vzhledem ke znalosti rychlosti kruhového pohybu karuselu snadno zajistit. Vzhledem k divergenci, refrakci, difrakci a dalším fyzikálním dějům v heterogenních tkáních není ani nutné, aby uváděný úhel otočení dosahoval 180°, aleje postačující, když se bude tomuto úhlu blížit. Tímto způsobem bude rozložení energie ultrazvuku v jím ovlivňovaném objemu tkání dostatečně rovnoměrné, respektive cíleně zaměřované, ultrazvuková energie bude podána do všech míst ovlivňovaného objemu a v žádném lokálně vymezeném okrsku se nebude nadměrně zvyšovat podaná dávka energie ultrazvuku.

Řešení multiměničového rotačního aplikátoru terapeutického ultrazvuku podle tohoto technického řešení má piezoelektrické měniče zabudované v komorách otočného karuselu, přičemž piezoelektrické měniče pracují trvale podle požadavků terapeutické procedury, ovšem přitom - unášeny rotačním pohybem karuselu - ošetřují stále další a další místa, zatímco na jimi předtím ošetřovanou oblast již začíná působit další z piezoelektrických měničů ve směru otáčení karuselu. Tento další piezoelektrický měnič je ovšem zabudován v příslušné komoře karuselu pod jiným úhlem sklonu vzhledem k normále k povrchu léčené oblasti těla, takže maxima a minima intenzity ultrazvuku, která jeho působením v ovlivňovaných tkáních vznikají, jsou jinak lokalizována, než tomu bylo u předchozího piezoelektrického měniče. Navíc mohou mít (ale nemusí) jednotlivé piezoelektrické měniče zabudované v komorách karuselu i jiné rezonanční frekvence, jiné průměry a mohou být rovněž řešeny tak, aby různým způsobem fokusovaly nebo defokusovaly vytvářené ultrazvukové vlnění. Tímto technickým řešením je tudíž zajištěno rovnoměrné rozložení ultrazvukové energie předávané do požadované oblasti léčených tkání, a to vždy, když budou aplikovány piezoelektrické měniče stejných rezonančních frekvencí, stejných ploch a stejného provedení z hlediska možností fokusace. Pokud však budou zvoleny různé frekvence piezoelektrických měničů, např. nižší frekvence mají z fyzikálního principu hlubší průnik, vyšším frekvencím odpovídá menší hloubka průniku, a dále pak různé jejich velikosti, např. piezoelektrický měnič s větším průměrem, obecně většími rozměry má hlubší průnik, případně budou osazeny piezoelektrické měniče s různou fokusací, lze v souvislosti s různým sklonem komor v tělese karuselu dosahovat cíleného zaměření ultrazvukového vlnění přednostně do některých lokalit léčených tkání, zejména tkání hlouběji či mělčeji uložených. Toho lze pak účelně využívat při léčbě povrchových defektů a ran (mělčí oblast působení) nebo při účinné léčbě hlouběji uložených tělesných kompartmentů.

-5 CZ 34056 Ul

Výhodou je, že aplikátor může setrvat po celou dobu podávání procedury na jednom místě povrchu těla a jeho technické řešení zajistí rovnoměrné rozložení, nebo cíleně směrované rozložení, ultrazvukového vlnění ve velkém objemu tkání nacházejících se pod pňloženým aplikátorem a v požadované hloubce.

Multiměničový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku podle tohoto technického řešení se vyznačuje tím, že otáčení karuselu se uskutečňuje trvale či přerušovaně střídavě v jednom a druhém směru otáčení, s úhlem blížícím se 360°, nebo se uskutečňuje otáčením na jednu stranu od výchozí polohy až do úvratě max. +180° a zpět do nulové polohy a na druhou stranu až do druhé úvratě max. -180° a zpět do nulové polohy.

Multiměničový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku podle tohoto technického řešení se vyznačuje tím, že při otáčení karuselu s piezoelektrickými měniči zabudovanými v komorách karuselu dochází k homogennímu rozložení energie ultrazvuku v celém objemu tkání tímto ultrazvukovým vlněním ovlivňovaném.

Multiměničový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku podle tohoto technického řešení se vyznačuje tím, že v případě zabudování měničů různých rezonančních frekvencí, různých velikostí měničů do komor rovněž různých velikostí a/nebo použitím měničů s čelními plochami umožňujícími fokusaci či defokusaci nebo použitím fokusujících nebo defokusujících předsádek nebo ultrazvukových čoček před jednotlivými měniči lze dosáhnout účinného soustředění ultrazvukové energie do požadovaných oblastí léčených tkání.

Objasnění výkresů

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde:

Obr. 1 znázorňuje perspektivní pohled na multiměničový rotační aplikátor ve složeném stavu;

Obr. 2 znázorňuje perspektivní pohled na multiměničový rotační aplikátor v částečně rozloženém stavu;

Obr. 3 znázorňuje perspektivní pohled na multiměničový rotační aplikátor v úplně rozloženém stavu;

Obr. 4 znázorňuje multiměničový rotační aplikátor v bokorysném řezu; a

Obr. 5 znázorňuje půdorys multiměničového rotačního aplikátoru.

Příklady uskutečnění technického řešení

Uvedená uskutečnění znázorňují příkladné varianty provedení technického řešení, která však nemají z hlediska rozsahu ochrany žádný omezující vliv. Technické řešení bude osvětleno v následujícím popisu s odkazem na příslušné výkresy. V uvedených výkresech je technické řešení znázorněno na příkladu provedení multiměničového rotačního aplikátoru terapeutického ultrazvuku, u kterého je použito tří piezoelektrických měničů 7, tedy i tří komor 6 otočného karuselu 5. Karusel 5 však může v krajním případě zahrnovat pouze jeden piezoelektrický měnič 7, dva piezoelektrické měniče 7 nebo naopak větší počet piezoelektrických měničů 7.

Příklad provedení multiměničového rotačního aplikátoru terapeutického ultrazvuku je znázorněn na obr. 1 a 2. Multiměničový rotační aplikátor tvoří spodní část 1 těla a horní část 2 těla, na které je uspořádán zvýšený kryt 10 a kryt 3 motoru. V krytu 3 motoru se nachází otvor 15 pro vyvedení

- 6 CZ 34056 Ul kabeláže. Homi část 2 a spodní část 1 těla aplikátoru je pevně spojena pomocí šroubových spojů 16.

Jak je patrné z obr. 2, Jednotlivé piezoelektrické měniče 7 jsou uspořádány v komorách 6 na karuselu 5 otočného kolem své otočné osy 11, přičemž jeho otáčení je realizováno aktivním pohonem s motorem 4. Středové osy 12 jednotlivých komor 6, určených pro umístění piezoelektrických měničů 7, a tím i středové osy 12 piezoelektrických měničů 7, jsou vzhledem k otočné ose 11 karuselu 5 mimoběžné, ale přitom nejsou s otočnou osou 11 karuselu 5 kolineámí, ale od této osy se odchylují o různé úhly, typicky o úhly postupně se stále zvětšující. Piezoelektrické měniče 7 jsou souose osazeny do komor 6 vytvořených v tělese karuselu 5 a každá středová osa 12 těchto komor 6 se ve směru otáčení karuselu 5 vůči předchozí středové ose 12 (ve smyslu směru otáčení karuselu) postupně od otočné osy 11 karuselu 5 stále více odklání. Odlišným sklonem středových os 12 komor 6, a tím i středových os 12 piezoelektrických měničů 7 se dosahuje odlišného směru šíření ultrazvukového vlnění. Do jednotlivých komor 6 mohou být navíc osazeny piezoelektrického měniče 7 s různými rezonančními frekvencemi. Tak lze dosáhnout nejen multiměničového, ale též multifrekvenčního řešení. Jednotlivé piezoelektrické měniče 7, osazené v komorách 6 tělesa otočného karuselu 5 mohou být dále řešeny s fokusující nebo defokusující čelní plochou, opatřeny ultrazvukovými čočkami nebo jiným fokusačním zařízením. Kombinací všech těchto možností lze dosahovat specifického rozložení ultrazvukového vlnění ve velkých objemech tkání.

Uložení piezoelektrických měničů 7 v komorách 6 je zajištěno těsněním 18, které je uspořádáno mezi komorou 6 a piezoelektrickým měničem 7. Takovéto uspořádání nedovoluje průnik kapalin nebo koloidů používaných jako aplikační imerzní kapaliny při podávání ultrazvuku.

Otočný karusel 5 je uložen ve spodní části Itěla aplikátoru v ložiscích 17 a pomocí prvního ozubeného převodu 8 a druhého ozubeného převodu 9 je poháněn motorem 4 prostřednictvím jeho hřídele 14 přes ozubený pastorek 23, jak je patrné na obr. 3, 4 a 5. Jako pohon lze použít elektromotor, piezoelektrický motor, pneumatický otočný motor nebo jiný aktivní zdroj rotačního pohybu. Pohon je řízen z regulovaného zdroje 19 elektrického napájení tak, aby se karusel 5 z jeho nulové, tj. výchozí, polohy kontrolované koncovým spínačem 24 pomalu otáčel postupně jedním směrem až do definované úvrati a poté zpět do nulové polohy. Stejně tak, aby se karusel 5 otáčel opačným směrem rovněž až do definované úvrati a opět zpět do jeho nulové polohy. Přepínání směru otáčení je zajišťováno kontaktem zarážky 26 a koncového spínače 24, při úhlech úvrati menších než 360° pak časováním pohybu regulovaným elektrickým signálem z regulovaného zdroje 19 elektrického napájení, nebo jiným obdobně fungujícím technickým řešením. Pro dosažení požadovaného rozložení ultrazvukového vlnění v celém ovlivňovaném objemu tkání je postačující, aby se karusel 5 otáčel z nulové polohy postupně o 180° na jednu stranu až do takto definované úvrati, poté se vrátil do nulové polohy a otáčel se o 180° na druhou stranu až do druhé takto definované úvrati a opět se vrátil do nulové polohy. Vzhledem k divergenci, refrakci, difrakci a dalším fyzikálním dějům, jímž podléhá šíření ultrazvuku v heterogenních tkáních není ani nutné, aby uváděný úhel otočení dosahoval vždy maximální úvrati 180°, ale je postačující, když se bude tomuto úhlu blížit. Tímto způsobem bude rozložení energie ultrazvuku v jím ovlivňovaném objemu tkání rovnoměrné, ultrazvuková energie bude podána do všech míst ovlivňovaného objemu a v žádném lokálně vymezeném okrsku se nebude nadměrně zvyšovat podaná dávka energie.

Pokud bude však požadována přednostní dodávka ultrazvukové energie do určitých, vymezených lokalit, lze toho s využitím technického řešení podle tohoto technického řešení rovněž dosáhnout, a to prostřednictvím aplikace piezoelektrických měničů 7 s různými rezonančními frekvencemi, cílenou změnou sklonu středové osy 12 komor 6, použitím komor 6 různého průřezu, a tím i piezoelektrických měničů 7 různé velikosti, použitím piezoelektrických měničů 7 s čelními plochami umožňujícími fokusaci či defokusaci nebo použitím fokusujících nebo defokusujících předsádek nebo ultrazvukových čoček.

-7 CZ 34056 UI

Piezoelektrické měniče 7 jsou uspořádány v komorách 6 podle známých zásad konstrukce ultrazvukových sond v medicíně a jsou zajištěny v prostoru komor 6 zátkou 13 a těsněním 18. Otočný karusel 5, uložený v ložiscích 17 spodní části 1 těla aplikátoru, jez vrchní strany zakryt horní částí 2 těla aplikátoru, přičemž i v této horní části 2 je karusel 5 rovněž uložen v ložiscích 17, takže se aplikátor může používat v jakékoliv požadované poloze. Motor 4 může mít tvar, který vyčnívá nad horní část 2 těla aplikátoru, takže vyžaduje použití samostatného krytu 3 motoru 4. Toto řešení lze s výhodou uplatnit pro tvarové řešení aplikátoru, umožňující jeho snadné uchopení rukou za kryt 3 motoru 4, a tím i snadnou manipulaci s tímto aphkátorem. Prostor mezi tělem karuselu 5 a horní částí 2 těla aplikátoru je využit pro vedení stíněné kabeláže v podobě elektrického přívodu 20 k otvoru 15, přičemž tento prostor poskytuje možnost volného nebo vedeného pohybu kabeláže elektrických přívodů 20 budicích signálů k jednotlivým piezoelektrickým měničům 7. V případě potřeby je na horní části 2 těla aplikátoru řešen ještě zvýšený kryt 10. Skrze otvor 15 je pak veden i přívod 25 elektrického napájení a regulace otáčení ke konektorům 21 motoru 4. Budicí elektrický signál pro jednotlivé piezoelektrické měniče 7 je přiváděn z generátoru 22 elektrického budicího signálu, jehož součástí může být i regulovaný zdroj 19 elektrického napájení umožňující pohyb motoru 4 a jeho řízení.

Průmyslová využitelnost

Multiměničový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku je snadno vyrobitelný a lze jej aplikovat v zásadě na jakoukoliv část těla určenou pro léčbu ultrazvukem. Multiměničový rotační aplikátor lze vyrobit v celé řadě variant s vlastnostmi generovaného ultrazvukového pole podle požadavků daných medicínských aplikací. Základní provedení umožňuje homogenní aplikaci ultrazvukové energie v celém velkém objemu tkání nacházejících se v oblasti pod přiloženým aplikátorem. Aplikátor je nutno uplatnit s generátorem budicího signálu pro jednotlivé piezoelektrické měniče zabudované v komorách aplikátoru. Takovýto generátor musí produkovat tolik samostatných budicích výstupů - naladěných na rezonanční kmitočty jednotlivých piezoelektrických měničů, kolik je těchto piezoelektrických měničů.

Claims (6)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Multiměničový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku zahrnující motor (4) a vzájemně spojenou spodní část (1) a horní část (2) těla, přičemž na horní části (2) těla je uspořádán zvýšený kryt (10) a kryt (3) motoru, vyznačující se tím, že ve spodní části (1) je na ložiscích (17) uložen karusel (5) otočný kolem otočné osy (11) karuselu a opatřený alespoň jednou komorou (6), přičemž v každé komoře (6) je uspořádán piezoelektrický měnič (7) elektrického budicího signálu na ultrazvukové vlnění opatřený elektrickým přívodem (20), přičemž mezi piezoelektrickým měničem (7) a stěnou komory (6) je uloženo těsnění (18) a piezoelektrický měnič (7) je kryt zátkou (13), přičemž karusel (5) je na okraji opatřen zarážkou (26) a dále druhým ozubeným převodem (9), který je v záběru s prvním ozubeným převodem (8), který je dále v záběru s ozubeným pastorkem (23) uspořádaným na hřídeli (14) motoru (4), přičemž zarážka (26) je odnímatelně propojitelná s koncovým spínačem (24) umístěným neotočně vůči spodní části (1) těla.

2. Multiměničový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku podle nároku 1, vyznačující se tím, že v karuselu (5) jsou po jeho obvodu uspořádány alespoň dvě komory (6) válcového tvaru, jejichž středové osy (12) jsou mimoběžné s otočnou osou (11) karuselu, přičemž středové osy (12) komor jsou vůči otočné ose (11) karuselu odkloněny o určitý nenulový úhel.

3. Multiměničový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku podle nároku 2, vyznačující se tím, že v karuselu (5) jsou po jeho obvodu uspořádány tři komory (6) válcového tvaru, jejichž

-8 CZ 34056 UI středové osy (12) jsou mimoběžné s otočnou osou (11) karuselu, přičemž středové osy (12) komor jsou vůči otočné ose (11) karuselu odkloněny o určitý nenulový úhel.

4. Multiměmčový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku podle nároku 2 nebo 3, 5 vyznačující se tím, že při alespoň dvou komorách (6) uspořádaných po obvodu karuselu (5) jsou jednotlivé středové osy (12) komor odkloněny vůči otočné ose (11) karuselu o rozdílný úhel.

5. Multiměmčový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku podle nároku 1, vyznačující se tím, že spodní část (1) a horní část (2) těla jsou vzájemně spojeny šroubovými spoji (16).

o

6. Multiměmčový rotační aplikátor terapeutického ultrazvuku podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že motor (4) je spojen se zdrojem (19) napájení a že piezoelektrický měnič (7) je elektrickým přívodem (20) spojen s generátorem (22) elektrického budicího signálu, který je spojen se zdrojem (19) napájení.