RU2121812C1 - Device for forming acoustic waves for lithotriptor - Google Patents
Device for forming acoustic waves for lithotriptor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2121812C1 RU2121812C1 RU95110087A RU95110087A RU2121812C1 RU 2121812 C1 RU2121812 C1 RU 2121812C1 RU 95110087 A RU95110087 A RU 95110087A RU 95110087 A RU95110087 A RU 95110087A RU 2121812 C1 RU2121812 C1 RU 2121812C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric
- reflector
- pulse
- focus
- conductors
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Устройство относится к электронно-медицинской технике и может быть использовано в медицине для дистанционного дробления камней организма, термоточечной обработки внутренних органов, а также для обработки сверхтвердых материалов в технике. The device relates to electronic medical equipment and can be used in medicine for remote crushing of body stones, thermal spot treatment of internal organs, as well as for the processing of superhard materials in technology.
Известны литотрипторы, выпускаемые, например, французской фирмой "ЭДАП-01", содержат 800 пьезокерамических пластин, излучающих в фокусе сферического рефлектора плоские акустические волны через жидкую среду гидроударный импульс с быстродействием t = 300 нс. При наличии рефлектора диаметром около 1 м размеры фокусной перетяжки (перекрытия сходящейся и расходящейся волны) невелики, что дает возможность избежать болевого синдрома в момент сеанса и отказаться от применения анестетиков. Кроме того, малые размеры фокусного "зерна" позволяют применять тот тип литотриптора для термического точечного воздействия на новообразования организма. Known lithotripters manufactured, for example, by the French company EDAP-01, contain 800 piezoceramic plates emitting plane acoustic waves through a liquid medium in the focus of a spherical reflector, a shock wave with a speed of t = 300 ns. In the presence of a reflector with a diameter of about 1 m, the dimensions of the focal constriction (overlapping of a converging and diverging wave) are small, which makes it possible to avoid pain at the time of the session and to abandon the use of anesthetics. In addition, the small size of the focal “grain” allows the use of that type of lithotripter for the thermal point effect on neoplasms of the body.
Однако для более точного и эффективного точечного воздействия на доброкачественные и злокачественные опухоли организма необходимо воздействовать на них более высокими частотами, т.е. высокобыстродействующими гидроударными импульсами, что позволит уменьшить размеры фокусного "зерна", т.е. получить возможность при медленном сканировании по, например, опухоли эффективнее разрушать ее, не затрагивая орган. Кроме того, при наличии большого количества пьезоэлементов с возможной регулировкой времени срабатывания каждой или нескольких групп - получить разные формы акустических "зерен" в фокусе, т.е. воздействовать на камень как острой формы "зерном", так и затупленной в любой последовательности заданной программой, а это увеличивает эффективность дробления (ввиду уменьшения размеров фронта гидроударной волны). However, for a more accurate and effective point effect on benign and malignant tumors of the body, it is necessary to influence them with higher frequencies, i.e. high-speed hydroshock pulses, which will reduce the size of the focal "grain", i.e. to get an opportunity when scanning slowly, for example, a tumor is more effective to destroy it without affecting the organ. In addition, in the presence of a large number of piezoelectric elements with possible adjustment of the response time of each or several groups — to obtain different forms of acoustic “grains” in focus, i.e. act on the stone as an acute form of "grain", and a predetermined program blunted in any sequence, and this increases the efficiency of crushing (due to the decrease in the size of the front of a hydroshock wave).
Прототипом изобретения может служить ультразвуковое устройство для дробления камней ударной волной (FP, заявка N 0391378, A 61 B 17/22, 1990), в котором имеется рефлектор с укрепленными по его излучающему периметру пьезоэлементами, погруженными в жидкость, подключенными через элемент обработки сигнала к управляющему электронному блоку, включающему ЭВМ и акустический датчик. Концентраторы пьезоэлементов и акустический датчик направлены в фокус рефлектора. A prototype of the invention can be an ultrasonic device for crushing stones by a shock wave (FP, application N 0391378, A 61
Основными недостатками является ограниченное быстродействие известного устройства и невозможность управлять формой акустического зерна в фокусе, что, в свою очередь, ухудшает процесс дробления камней организма и термообработки опухолей или новообразований органов. The main disadvantages are the limited speed of the known device and the inability to control the shape of the acoustic grain in focus, which, in turn, worsens the process of crushing stones of the body and heat treatment of tumors or neoplasms of organs.
Цель изобретения - создание устройства без перечисленных недостатков, а именно улучшение процесса дробления камней организма и термообработки органов гидроударными волнами. The purpose of the invention is the creation of a device without the above disadvantages, namely, improving the process of crushing stones of the body and heat treatment of organs by hydroshock waves.
Указанная цель достигается тем, что в формирователе акустических волн литотриптора, содержащем рефлектор, по излучающему периметру которого расположены пьезоэлементы, погруженные в жидкость и подключенные к управляющему электронному блоку задатчика импульсов, включающему ЭВМ и соединенный с ним акустический датчик, при этом концентраторы пьезоэлементов и акустический датчик направлены в фокус рефлектора, каждый пьезоэлемент выполнен пьезокерамическим, в виде плоской металлизированной пьезокерамической пластины с вытравленными в металлическом покрытии проводниками возбудителя и концентратора с глубиной и топологией вытравленного рисунка, соответствующей излучающей частоте не ниже 4 МГц, кроме того, он снабжен регулируемой дискретной линией задержки с дешифратором, подключенным к ЭВМ с возможностью изменить время задержки питающего импульса каждого пьезоэлемента. This goal is achieved by the fact that in the acoustic wave former of the lithotripter containing a reflector, along the emitting perimeter of which there are piezoelectric elements immersed in the liquid and connected to the control electronic unit of the pulse generator, which includes a computer and an acoustic sensor connected to it, while the piezoelectric concentrators and acoustic sensor directed into the focus of the reflector, each piezoelectric element is made of a piezoceramic, in the form of a flat metallized piezoceramic plate etched in etallicheskom coating exciter conductors and a hub topology and depth etched pattern corresponding radiating frequency not lower than 4 MHz, moreover, it is provided with an adjustable delay line with a discrete decoder connected to the computer with the ability to change the delay time of the supply pulse of each piezoelectric element.
Кроме того, в формирователе форма рисунка, вытравленного в металлизации пьезоэлемента поверхностных акустических волн, выполнена в виде параллельных линий встречностержневых или встречно-радиальных, образованных вытравленными в металлизации самими же проводниками возбудителя и имеет форму параллельных полос, направленных их излучающей кромкой в фокус рефлектора. Частота цикла ЭВМ срабатывающих одновременно всех или групп пьезокерамических элементов должна быть умножена на максимальное количество логических элементов, на которых получают единичную величину задержки одиночного (т.е. время срабатывания одного элемента, например, повторителя единицы "1" - К155ЛН1), с учетом частоты пьезокерамики поверхностных акустических волн (ПАВ) - f = 4 МГц. In addition, in the shaper, the shape of the pattern etched in the metallization of the piezoelectric element of the surface acoustic waves is made in the form of parallel lines of the cross-rod or counter-radial lines formed by the pathogen conductors themselves etched in the metallization and has the form of parallel strips directed by their radiating edge to the focus of the reflector. The cycle frequency of the computer of all or groups of piezoceramic elements operating simultaneously must be multiplied by the maximum number of logic elements that receive a single delay value of a single one (ie, the response time of one element, for example, the repeater of unit “1” - K155LN1), taking into account the piezoceramics of surface acoustic waves (SAW) - f = 4 MHz.
Пьезоэлементы могут быть также через регулируемые дискретные линии задержки связаны с импульсным генератором. Piezoelectric elements can also be connected via an adjustable discrete delay line to a pulse generator.
На фиг. 1,а изображена блок-схема формирователя акустических волн литотриптора;
на фиг. 1,б,в,г изображены варианты выполнения отдельного пьезокерамического излучателя;
на фиг. 2,а, б - электронная схема регулируемой линии задержки.In FIG. 1, a shows a block diagram of a lithotriptor acoustic wave former;
in FIG. 1, b, c, d illustrate embodiments of a separate piezoceramic emitter;
in FIG. 2, a, b - electronic circuit of the adjustable delay line.
Формирователь (фиг. 1,а) содержит пьезокерамический излучатель (пьезоэлемент) 1 поверхностных акустических волн (ПАВ). Излучатель 1 (фиг. 1,б) имеет волновод 3 и, например, параболический концентратор 2, направленный в фокус F, также возможна встречно-радиальная конструкция (фиг. 1,г). Возбудители 4 и 5, так же как и концентратор 3, вытравлены в металлическом покрытии излучателя 1. Кроме того, излучатель 1 (фиг. 1,в, г) может иметь проводники возбудителя 4 и 5, являющиеся также и источники излучения (без концентрации гидроударной волны поверхности излучателя 1). Позиция 6 (фиг. 1) корпус рефлектора. The shaper (Fig. 1, a) contains a piezoceramic emitter (piezoelectric element) 1 surface acoustic waves (SAW). The emitter 1 (Fig. 1, b) has a waveguide 3 and, for example, a
Каждый пьезоэлемент 1 подключен через управляемую линию задержки 7 и согласующий блок-дешифратор 8 к ЭВМ 10, посредством датчика акустических волн 9, направленного в фокус F. Между пьезокерамическими элементами 1 предусмотрен тефлоновый сепаратор 11. Позиция 12 - резиновая мембрана, закрывающая жидкостную среду рефлектора 6. Один из вариантов электронной схемы регулируемой линии задержки показан на фиг. 2,а, где 13 - микросхема (например) инвертора, каждый дискретный элемент которой имеет, например, собственное время задержки 5 нс. Последний элемент нагружен пьезокерамическим элементом ПАВ-1. Дискретные элементы включены последовательно. На вход каждого подключен выход демультиплексора 14, например 155ИД3. Вход демультиплексора 14 управляется от многорежимного буферного регистра 15 (например, К589ИР 12, согласующего блока МБР-15), управляемого от выходного порта ЭВМ 10. Информация при этом получается от акустического датчика 9 или звуковизорного устройства (УЗИ). Кроме того, пьезокерамический излучатель 1 ПАВ может запитываться посредством согласующего усилителя 16 импульсного трансформатора 17 (фиг. 2,б). Each
В простейшем варианте, фиг. 3, излучатели 1 ПАВ запитаны от импульсного генератора 18 через согласующие усилители 19 и импульсные трансформаторы 17. Причем излучатели 1 выполнены по схеме, фиг. 1,в, что позволяет получить самый дешевый вариант устройства с быстродействием, превышающий известные устройства в несколько раз, соответственно, с уменьшением "зерна" фокусного пятна. In the simplest embodiment, FIG. 3,
Работает формирователь следующим образом. The shaper works as follows.
После включения питания электроимпульсы начинают подаваться одновременно на все пьезокерамические элементы 1 поверхностных акустических волн (ПАВ). Излучение гидроударного импульса производится тонким торцевым слоем металлизированного покрытия с определенной вытравленной формой концентратора 3, волновода 2 или без волновода и возбудителя 4 и 5. Возбудитель представляет собой вытравленные в металлизации пьезоэлемента 1 две встречно-стержневых формы (иногда более) проводника, запитанных импульсом A на выводах. В момент подачи импульса A на проводники 4 и 5 поверхность пьезокристалла деформируется, создавая поверхностную акустическую волну (ПАВ). Диапазон частот этих волн гиперзвуковой. After power is turned on, electrical pulses begin to be supplied simultaneously to all
Пьезокерамические элементы (излучатели) 1 ПАВ укреплены по периметру рефлектора 6 - с сепаратором (тефлоновой пленкой) 11 между ними. Количество излучателей выбирают максимальным, исходя из соизмерений рефлектора 6, излучателя 1 и сепаратора 11. В простейшем случае пьезокерамический излучатель изготовлен по схеме фиг. 1,в. В этом излучателе вытравленные в металлизации проводники 4 и 5 являются одновременно и излучающими элементами, формирующими гидроударную волну. Рефлектор 6 наполнен веретенным маслом (возможно применение и другого сорта масла с низкой вязкостью). Датчик 9 акустических импульсов укреплен в центре рефлектора и подключен на входные порты ЭВМ 10. В ЭВМ 10 импульс, поступающий из фокуса F, анализируется по амплитуде и длительности. После анализа импульса, поступающего от фокуса F, начинается подготовка срабатывания одновременно всех пьезокерамических элементов 1. Сформированный импульсный сигнал с соответствующими импульсными сигналами синхронизации поступает с выходных портов ЭВМ 10 (имеется в виду персональных ЭВМ большого быстродействия типа РС-486) на согласующие дешифраторные блоки 8 (многоканальные импульсные усилители с многоступенчатыми дешифраторами из логических серий). Импульсный сигнал с выхода каждого многоступенчатого дешифратора 8 поступает на каждую регулируемую линию задержки 7. Выходом линии задержки 7 является нагрузка - пьезокерамический излучатель 1 ПАВ (по исполнению фиг. 1,а, 1,б или 1,г). С выходов дешифраторов 8 (фиг. 2) импульсы поступают на вход многорежимного буферного регистра 15 (МВР, например, типа К 589 ИР 12). С выхода этого регистра сигнал поступает на дешифратор 14 (например, демультиплексора типа К 155 ИДЗ), а дальше на входы инвертора 13 (например, К 155ЛН1). Для получения задержки на требуемое время включается соответствующий вывод демультиплексора, который подключает в цепи задержки любой из входов инвертора. Импульс задерживается на величину задержки одного дискретного элемента 13. Например, максимальная задержка импульса, бегущего к излучателю 1, будет при подаче импульса на вход В элемента 13. Максимальное время задержки на один излучатель 1 будет складываться из времени задержки каждого инвертора 13 (их в одном корпусе может быть 8, 16, 32 шт. и т.д.) и максимальных задержек дискретных элементов, включенных между ЭВМ 10 и излучателем 1. Piezoceramic elements (emitters) 1 surfactants are strengthened around the perimeter of the reflector 6 - with a separator (Teflon film) 11 between them. The maximum number of emitters is selected based on the measurements of the reflector 6,
Для получения различной формы "зерна" акустического гидроудара (остроконечной, затупленной или их чередования) в момент процесса дробления камней или обработки биоткани адресным (программным) способом задается форма гидроудара. В упрощенном варианте обработки биообъекта гидроударной волной все пьезокерамические излучатели 1 ПАВ срабатывают одновременно, а это позволяет повысить частоту (уменьшить постоянную) времени импульса до 5 МГц и выше. Подача импульсов может происходить с частотами обработки до 10000 Гц (срабатывание всех пьезоэлементов на один фокус). To obtain a different shape of the “grain” of acoustic water hammer (peaked, blunt or alternating) at the time of crushing stones or processing biological tissue using an address (software) method, the shape of the water hammer is set. In a simplified version of processing a biological object with a shock wave, all piezoceramic emitters of 1 surfactant are triggered simultaneously, and this allows to increase the frequency (decrease the constant) of the pulse time to 5 MHz and higher. The supply of pulses can occur with processing frequencies up to 10,000 Hz (all piezoelectric elements triggered by one focus).
Кроме того, предусмотрено питание пьезокерамических излучателей 1 ПАВ посредством импульсных трансформаторов 17. При помощи трансформаторов укорачивается длительность импульсов, что улучшает согласование при сохранении импульсной мощности. В настоящее время монтируется устройство с пьезокерамикой ПАВ варианту 1,в. In addition, it is provided that the
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95110087A RU2121812C1 (en) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | Device for forming acoustic waves for lithotriptor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95110087A RU2121812C1 (en) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | Device for forming acoustic waves for lithotriptor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95110087A RU95110087A (en) | 1997-06-20 |
RU2121812C1 true RU2121812C1 (en) | 1998-11-20 |
Family
ID=20168948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95110087A RU2121812C1 (en) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | Device for forming acoustic waves for lithotriptor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2121812C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529625C2 (en) * | 2010-01-19 | 2014-09-27 | Дзе Борд Оф Риджентс Оф Дзе Юниверсити Оф Техас Систем | Devices and systems for generating high-frequency shock waves and methods for use thereof |
US10835767B2 (en) | 2013-03-08 | 2020-11-17 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Rapid pulse electrohydraulic (EH) shockwave generator apparatus and methods for medical and cosmetic treatments |
US11229575B2 (en) | 2015-05-12 | 2022-01-25 | Soliton, Inc. | Methods of treating cellulite and subcutaneous adipose tissue |
US11813477B2 (en) | 2017-02-19 | 2023-11-14 | Soliton, Inc. | Selective laser induced optical breakdown in biological medium |
US11857212B2 (en) | 2016-07-21 | 2024-01-02 | Soliton, Inc. | Rapid pulse electrohydraulic (EH) shockwave generator apparatus with improved electrode lifetime |
US11865371B2 (en) | 2011-07-15 | 2024-01-09 | The Board of Regents of the University of Texas Syster | Apparatus for generating therapeutic shockwaves and applications of same |
-
1995
- 1995-06-14 RU RU95110087A patent/RU2121812C1/en active
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529625C2 (en) * | 2010-01-19 | 2014-09-27 | Дзе Борд Оф Риджентс Оф Дзе Юниверсити Оф Техас Систем | Devices and systems for generating high-frequency shock waves and methods for use thereof |
US11794040B2 (en) | 2010-01-19 | 2023-10-24 | The Board Of Regents Of The University Of Texas System | Apparatuses and systems for generating high-frequency shockwaves, and methods of use |
US11865371B2 (en) | 2011-07-15 | 2024-01-09 | The Board of Regents of the University of Texas Syster | Apparatus for generating therapeutic shockwaves and applications of same |
US10835767B2 (en) | 2013-03-08 | 2020-11-17 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Rapid pulse electrohydraulic (EH) shockwave generator apparatus and methods for medical and cosmetic treatments |
US10857393B2 (en) | 2013-03-08 | 2020-12-08 | Soliton, Inc. | Rapid pulse electrohydraulic (EH) shockwave generator apparatus and methods for medical and cosmetic treatments |
US11229575B2 (en) | 2015-05-12 | 2022-01-25 | Soliton, Inc. | Methods of treating cellulite and subcutaneous adipose tissue |
US11857212B2 (en) | 2016-07-21 | 2024-01-02 | Soliton, Inc. | Rapid pulse electrohydraulic (EH) shockwave generator apparatus with improved electrode lifetime |
US11813477B2 (en) | 2017-02-19 | 2023-11-14 | Soliton, Inc. | Selective laser induced optical breakdown in biological medium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95110087A (en) | 1997-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH06285106A (en) | Ultrasonic therapeutic device | |
JP2578638B2 (en) | Elastic pulse oscillator having a predetermined waveform and its application to medical diagnosis or processing | |
US6945937B2 (en) | Ultrasound apparatus and method for augmented clot lysis | |
US8162858B2 (en) | Ultrasonic medical treatment device with variable focal zone | |
JP2007522904A5 (en) | ||
JPH0553497B2 (en) | ||
JP2602923B2 (en) | Shock wave therapy device | |
RU2121812C1 (en) | Device for forming acoustic waves for lithotriptor | |
JPS62236540A (en) | Shock wave source | |
JPH03112546A (en) | Calculus crushing device | |
Davros et al. | Gallstone lithotripsy: relevant physical principles and technical issues. | |
Pahk | Mechanical ablation using high-intensity focused ultrasound | |
Harrold | Ultrasonic focusing techniques(in acoustic holography) | |
Kwon et al. | Phase-Inverted Multifrequency HIFU Transducer for Lesion Expansion: A Simulation Study | |
JPH0712362B2 (en) | Ultrasonic therapy equipment | |
JPH0832110B2 (en) | Ultrasonic probe | |
JP2525816B2 (en) | Ultrasonic therapy equipment | |
Cathignol et al. | Beam steering of shock waves using 30 cm diameter bidimensional array | |
Miyake et al. | 1Pa5-5 Development of efficient method of generating reactive oxygen species by expanding cavitation region using ultrasound focus scanning | |
Yoshizawa et al. | Enhancement of cavitation inception by second-harmonic superimposition | |
Cathignol et al. | INSERM Unit6 281 15 1 Cours Albert Thomas, 69424 Lyon cedex 03 zyxwvutsrqponm | |
Peng et al. | Simulation of automatic selection in multi-target medium using time reversal mirror | |
JPH07313521A (en) | Ultrasonic wave irradiating device | |
JPS6389152A (en) | Ultrasonic stone crushing apparatus | |
Cathignol et al. | Piezoelectric shock wave generator with electronic focusing |