RU2431511C2

RU2431511C2 - Способ и устройство для подачи ультразвука в ткань

Info

Publication number: RU2431511C2
Application number: RU2006140705/14A
Authority: RU
Inventors: Бернд ЦИММЕР (DE); Бернд ЦИММЕР
Original assignee: Циммер МедицинСистеме ГмбХ
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2011-10-20
Also published as: US20070239076A1; EP1785164A1; DE102005053918A1; DE502006004574D1; EP1785164B1; CN101011278A; RU2006140705A; US8702630B2; JP2007130484A; JP5171014B2; ATE439893T1

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам и способам подачи ультразвука в ткани. Способ управления ультразвуковой головкой предназначен для подачи в ткань ультразвука, имеющего заданное тепловое воздействие и заданное механическое воздействие на ткань. Ультразвуковые импульсы имеют длительность (Т1) и период (Т2) повторения, при этом коэффициент (Т1/Т2) заполнения ультразвуковых импульсов задают в виде функции теплового и механического воздействия ультразвука. Во втором варианте способа управления предусмотрено заданное тепловое воздействие на ткань на ее заданной глубине. Ультразвуковые импульсы подают последовательно с соответствующей длительностью (ТР1, ТР2) и при соответствующих разных ультразвуковых частотах (f1, f2). Отношение (ТР1/ТР2) длительностей ультразвуковых импульсов задают в виде функции заданной глубины (z) ткани и ультразвуковых частот (f1, f2). Устройства для подачи ультразвука в ткань в соответствии со способами содержат устройство ввода для задания механического и теплового воздействия и/или глубины терапии, ультразвуковую головку и устройство управления, которое при заданном тепловом и механическом воздействии генерирует сигналы управления так, что ультразвуковая головка испускает ультразвуковые импульсы, заданные как функция теплового и механического воздействия, для первого варианта. Для второго варианта ультразвуковая головка испускает ультразвуковые импульсы, имеющие соответствующую ширину импульсов и различные ультразвуковые частоты (f1, f2), заданные как функция глубины и ультразвуковых частот. Машиночитаемые носители информации, содержащие компьютерную программу, занесенную в память запоминающего средства в машиночитаемой форме, обеспечивают выполнение способов по первому и второму вариантам. Использование изобретения позволяет осуществлять гибкую настройку глубины обработки, согласованную с терапевтическими требованиями. 6 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Данное изобретение относится к способу и устройству для подачи ультразвука в участки ткани, которые должны быть подвергнуты терапии ультразвуковыми импульсами.

В медицинской технике ультразвук используется, с одной стороны, в качестве вспомогательного средства диагностики для процессов визуализации изображения, а с другой стороны, он также используется в терапевтических целях. Ультразвук создает волны плотности в ткани, оказывающие воздействие в виде вибрации и тепла. Таким образом, с одной стороны, подачей ультразвука достигается механическое воздействие в виде микромассажа мягкой ткани, а также, например, в данном процессе оказывается стимулирующее воздействие на высвобождение гормонов ткани, влияющее на обмен веществ и состояние мышц. Стимулирующее воздействие этого механического компонента терапевтического воздействия ультразвука может оказывать положительное влияние на регенерацию тканей. Тепловой компонент терапевтического воздействия ультразвука приводит к нагреванию обрабатываемых тканей, используемому, например, во время тепловой терапии.

Использование терапевтического воздействия ультразвука осуществляют как в непрерывном, так и в импульсном режиме. При режиме непрерывной подачи ультразвука соответствующий генератор колебаний непрерывно создает ультразвуковые волны с заданной ультразвуковой частотой. При импульсном режиме генерируются импульсы ультразвука. В этом случае импульсы ультразвука обладают шириной или длительностью во временном промежутке, при этом подачу ультразвука осуществляют при соответствующей ультразвуковой частоте.

За импульсом следует временной интервал с остановкой подачи, во время которого не осуществляется какой бы то ни было подачи. Количество подобных ультразвуковых импульсов в единицу времени обусловливает частоту повторения импульсов. Предельный случай сведения интервалов подачи импульсов к нулю приводит к режиму непрерывной подачи ультразвука.

Терапевтическое воздействие поданного ультразвука в этом случае зависит, в частности, от выбранной ультразвуковой частоты, продолжительности применения и от характера вводимых ультразвуковых импульсов. В качестве примера, возможными параметрами импульсов являются ширина импульса, его длительность, ультразвуковая частота, амплитуда ультразвука и частота повторения импульсов. Лицу, осуществляющему терапевтическое воздействие, в этом случае необходимо принять решение о требуемой мощности и форме сигнала используемого терапевтического ультразвука, и в некоторых случаях проведение оценки этих параметров является затруднительным. Точность задания глубины терапии ультразвуком ткани также часто вызывает затруднение.

Ранее рекомендовалось вводить ультразвуковую энергию в обрабатываемую ткань при разных ультразвуковых частотах одновременно от множества ультразвуковых передатчиков. В патентном документе DE 10306795 А1 приведено описание соответствующего ультразвукового устройства, в котором одновременно осуществляется воздействие на ткань множества ультразвуковых лучей при различных частотах и общей фокальной поверхности. Однако такое решение обладает недостатком, который заключается в высокой степени сложности реализации, связанной с множеством ультразвуковых источников, а также работы человека, осуществляющего терапию, который должен самостоятельно определять большое число параметров, например частоту, длительности импульсов и мощность подачи.

Таким образом, одной целью данного изобретения является создание способа подачи ультразвука, который может быть просто согласован с соответствующими терапевтическими требованиями человека, осуществляющего терапию. Дополнительная цель заключается в возможности гибкой настройки глубины терапии.

Эта цель достигается созданием способа подачи ультразвука в ткань в соответствии с п.1 и п.4 формулы изобретения, эта же цель достигается созданием устройства для подачи ультразвука в ткань, характерные особенности которого изложены в п.10 и п.16 формулы изобретения.

В этих пунктах формулы изобретения предлагается способ управления средствами подачи, предназначенными для подачи ультразвука в ткань, имеющего заданное тепловое воздействие и заданное механическое воздействие на ткань, при этом каждый ультразвуковой импульс обладает длительностью, и их вводят последовательно, а коэффициент заполнения последовательности ультразвуковых импульсов задают как функцию теплового и механического воздействия ультразвука.

В соответствии с данным изобретением соответствующее лицо, осуществляющее терапию, может задать и тепловое воздействие, и желательное механическое воздействие на обрабатываемую ткань в зависимости от его требований, предъявляемых к лечению.

В соответствии с данным изобретением ультразвуковые импульсы затем последовательно вводят в ткань, в частности, с их коэффициентом заполнения, то есть отношением длительности периода к периоду времени, за который осуществляется введение ультразвуковой энергии, когда излучение ультразвука осуществляется на основе периодической пульсации, определяемой автоматически. Ультразвуковые головки, содержащие соответствующие генераторы колебаний, известны как средства подачи ультразвука. Часто используются звуковые головки с генераторами колебаний, работа которых осуществляется на основе пьезоэффекта.

В одном предпочтительном варианте выполнения способа в соответствии сданным изобретением выполняют следующие этапы:

- задают параметр механического воздействия для указанного механического воздействия;

- задают параметр теплового воздействия для указанного теплового воздействия;

- определяют коэффициент заполнения как функцию параметров теплового и механического воздействий; и

- включают и отключают средства подачи ультразвука для подачи ультразвуковых импульсов с определенным коэффициентом заполнения.

Длительности импульсов и последовательности подачи импульсов достигаются в соответствии с данным изобретением включением и выключением средств подачи ультразвука или приведением в действие указанных средств и выведением их из рабочего состояния.

В этом случае предпочтительно в качестве параметра механического воздействия используют амплитуду излучаемой ультразвуковой мощности, которая, как правило, определяется в Вт/см² и по существу зависит от амплитуды звуковых волн. Биологическое воздействие этого механического компонента ультразвука основано на обратимости микрокавитации и на перемещении жидкости в ткани. Таким образом, данная амплитуда является преимущественным параметром механического воздействия, который может ясно пониматься лицом, проводящим терапию.

В качестве параметра теплового воздействия предпочтительно используют мощность ультразвука, которая эффективно излучается в ткань. Данная мощность подаваемого ультразвука, которая обычно преобразуется в трение, приводит к увеличению броуновского движения и молекулярного трения, обусловливающего увеличение температуры в ткани. Соответствующее нагревание зависит не только от амплитуды ультразвуковых волн, но также от частоты, полной вводимой энергии и от длительности применения.

Определение максимально возможного теплового воздействия предпочтительно осуществляют исходя из заданного механического воздействия или соответствующего параметра воздействия.

В одном варианте предлагаемого способа подачи ультразвука ультразвуковые импульсы подают при различных ультразвуковых частотах. Ультразвуковые импульсы, подачу которых, таким образом, выполняют последовательно с соответствующим коэффициентом заполнения, определяемым в соответствии с данным изобретением, обеспечивают особенно точное задание глубины проникновения и, таким образом, формы терапии, легко корректируемой на основе теплового, механического и локального воздействия ультразвука.

Другой вариант выполнения предлагаемого способа управления средствами подачи, предназначенными для подачи ультразвука в ткань, обладающего заданным тепловым воздействием на ткань при ее заданной глубине, включает последовательную подачу ультразвуковых импульсов с соответствующей длительностью импульсов и при соответствующей ультразвуковой частоте, причем отношение длительностей ультразвуковых импульсов задают в зависимости от заданной глубины ткани и ультразвуковых частот.

Предпочтительными этапами выполнения этого способа являются:

a) задание глубины ткани для теплового воздействия ультразвука на ткань;

b) задание по меньшей мере одной первой и по меньшей мере одной второй ультразвуковой частоты, причем каждая ультразвуковая частота связана с соответствующей глубиной проникновения в ткань;

c) определение отношения длительности импульсов как функции теплового воздействия и соответствующих глубин проникновения; и

d) включение и выключение средств подачи для последовательной подачи ультразвуковых импульсов с определенным отношением длительностей импульсов.

В этом случае каждая ультразвуковая частота предпочтительно связана с соответствующей глубиной проникновения в ткань, при этом выбирают две различные ультразвуковые частоты с обеспечением возможности расположения области заданной глубины терапии между двумя соответствующими глубинами проникновения в ткани.

Особенно предпочтительным является выбор отношения частот различных ультразвуковых частот с обеспечением возможности достижения заданной глубины терапии ткани. Последовательная подача множества ультразвуковых импульсов при различных частотах в соответствии с данным изобретением обладает особенным преимуществом, которое заключается в том, что ультразвуковая энергия, требуемая для достижения ряда обрабатываемых глубин во время терапии, на практике не нуждается в увеличении. В этом случае осуществляют подачу только одной зафиксированной заданной ультразвуковой частоты в импульсной форме.

Параметр теплового воздействия, параметр механического воздействия, коэффициент заполнения, отношение частот и/или глубину терапии предпочтительно отображают на устройстве отображения.

В одном особенно предпочтительном варианте выполнения данного способа соответствующие коэффициенты заполнения, длительности импульсов, отношения частот, амплитуды и/или типы тканей заносят в базу данных. Предлагаемый способ, таким образом, допускает особенно простую и специфическую терапию, основанную на терапевтических требованиях, которые по существу включают желательное тепловое и механическое воздействие и могут зависеть от соответствующей части тела, которую необходимо обработать.

В данном изобретении также предлагается устройство для подачи ультразвука в ткань, содержащее устройство ввода, предназначенное для задания по меньшей мере одного механического, по меньшей мере одного теплового воздействия и/или глубины терапии ультразвуком ткани; устройство управления, которое устанавливает коэффициент заполнения последовательности ультразвуковых импульсов, отношения длительностей импульсов и/или отношения частот и создает соответствующие сигналы управления; и по меньшей мере одну ультразвуковую головку, которая включается и выключается в зависимости от сигналов управления и осуществляет излучение ультразвуковых импульсов.

Устройство управления в этом случае осуществляет выполнение предлагаемого способа подачи ультразвука.

В этом случае для выбранного механического воздействия и/или теплового воздействия предпочтительно имеется по меньшей мере одно средство отображения. Средство отображения, например, в виде гистограммы может, таким образом, достоверно показывать лицу, осуществляющему терапию, выбранные или заданные параметры механического и теплового воздействия, обусловливающие внутренне определяемый коэффициент заполнения и/или отношение частот ультразвуковых импульсов. Таким образом, это решение обеспечивает особенно простое и ясное управление соответствующим ультразвуковым аппаратом.

Ультразвуковая головка выполнена предпочтительно в виде многочастотной головки.

В одном предпочтительном варианте выполнения к устройству управления присоединено запоминающее устройство, которое используется для занесения в память форм терапии и типов ткани, коэффициентов заполнения и частностей, связанных с ультразвуковыми частотами, для выбранных механических воздействий. Это обстоятельство обусловливает возможность программирования набора соответствующих параметров, имеющих отношение к коэффициентам заполнения, частотам и возможным дополнительным параметрам для каждого сочетания желательного теплового и механического воздействия. В этом случае, с одной стороны, также имеется возможность использовать эмпирические значения, полученные из экспериментальной последовательности, или, как вариант, устройство управления осуществляет вычисление коэффициента заполнения, используя заданный алгоритм определения. Тепловое и механическое воздействие предпочтительно связано с коэффициентом заполнения, пропорциональным соотношению параметров механического и теплового воздействия.

Данное изобретение также относится к компьютерному программному продукту, содержащему компьютерную программу, занесенную в память запоминающего средства в машиночитаемой форме, и обеспечивающему выполнение предлагаемого способа на компьютере, причем последний распространяет через интерфейс соответствующие сигналы управления для управления средствами подачи ультразвука. Компьютерный программный продукт, например, может быть выполнен в виде гибкого диска, компакт-диска или в виде любого другого запоминающего средства, которое обеспечивает выполнение этапов предлагаемого способа в закодированной форме с использованием компьютера.

Дополнительные преимущества, улучшения и усовершенствования данного изобретения составляют содержание зависимых пунктов и примерных вариантов выполнения, которые описаны ниже со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает структурную схему предлагаемого устройства для подачи ультразвука;

фиг.2 изображает примеры форм волны сигнала ультразвуковых импульсов;

фиг.3 изображает блок-схему предлагаемого способа подачи ультразвука; и

фиг.4 изображает схематически ультразвуковые импульсы, создаваемые в соответствии сданным изобретением.

Если не указано противоположное, на чертежах идентичные или функционально идентичные элементы снабжены одинаковыми ссылочными символами.

Фиг.1 изображает структурную схему предлагаемого устройства для подачи ультразвука. В примерном варианте выполнения, проиллюстрированном в данном документе, устройство 1 содержит ультразвуковую головку 2, которая присоединена к контроллеру 3. Контроллер 3 может быть выполнен, например, в виде компьютера и подает сигналы CTR управления к головке 2, которая соответственно излучает ультразвук в ткань 16.

Данный контроллер содержит устройство 4 управления, которое присоединено к запоминающему устройству 5 через соответствующую шину DB. Кроме того, имеется устройство 6 ввода, посредством которого может быть введен желательный параметр механического воздействия и параметр теплового воздействия для соответствующей ультразвуковой терапии, например, лицом, осуществляющим терапию. Устройство 7 отображения использует, например, гистограмму 8, 9 для отображения выбранных параметров воздействия, а также содержит дополнительные индикаторы или дисплеи 10, 11, посредством которых, например, можно отображать глубину проникновения, соединение ультразвуковых волн с тканью 16 или дополнительные особенности, относящиеся к специфической ультразвуковой терапии. Устройство 7 отображения и устройство 6 ввода присоединены к устройству 4 управления через соответствующие линии CTR1, CTR2 управления. В этом случае две гистограммы 8, 9 показывают оператору или лицу, осуществляющему терапию, выбранное тепловое биологическое воздействие Т на ткань 16, которая подвергается терапии, в виде эффективной мощности Р_эфф в соответствующих единицах, например в Вт/см², а также выбранное механическое биологическое воздействие М на облучаемую ткань 16, в виде амплитуды мощности Р_пик, также в Вт/см². Подобным образом может быть задана необходимая глубина проникновения, а также общая продолжительность терапии.

В зависимости от параметров Р_пик и Р_эфф воздействия устройство 4 осуществляет вычисление или определение преимущественных коэффициентов заполнения для импульсного излучения ультразвуковых волн при частоте, которую задают подобным образом. В этом случае, например, в устройстве 5 занесены в память ассоциативные таблицы и ассоциированные сочетания ультразвуковых частот, эффективная мощность Р_эфф и максимальная амплитуда Р_пик мощности с соответствующим коэффициентом Т1/Т2 заполнения.

В качестве примера, фиг.2 иллюстрирует одну возможную временную последовательность ультразвуковых импульсов Р. Головка 2 излучает ультразвуковые импульсы Р с длительностью Т2 периода, причем излучение одного импульса при заданной частоте, например 800 МГц, осуществляется за время Т1. Затем следует временной период Т3, при котором излучение отсутствует. Коэффициент заполнения определяется отношением Т1/Т2.

Фиг.3А-3С показывают блок-схему предлагаемого способа. Этапы данного способа и этапы вычислений по существу выполняются устройством 4 для контроллера 3, который проиллюстрирован на фиг.3. Основные этапы проведения терапевтического применения ультразвука показаны в последовательности S0-S6.

Начальным этапом ультразвуковой терапии является этап S0. Этап S1 включает задание желательного механического воздействия, которое планируется получить в результате ультразвуковой терапии. Фиг.3В показывает соответствующие этапы S10-S14. Лицо, осуществляющее терапию, на этапе S10 вводит механическое воздействие М клавишами 12, 13 устройства 6 ввода (этап S11), одновременно это введение качественно отображается в виде гистограммы 8 на устройстве 7 отображения. Затем лицо, осуществляющее терапию, вводит необходимую амплитуду Р_пик мощности. Возникающую в результате ультразвуковую мощность определяют на этапе S12 и корректируют на этапе S13. Максимально возможное тепловое воздействие определяют на этапе S14, при этом оно обусловлено эффективной мощностью Р_эфф, которая, в свою очередь, зависит от выбранной амплитуды Р_пик.

Желательное тепловое воздействие Т выбирают на следующем этапе S2, исходя из мощности, выбранной осуществляющим терапию лицом, которая должна быть излучена в ткань. Желательное тепловое воздействие Т вводят на этапе S2 в качестве параметра теплового воздействия в виде Р_эфф. Передачу этого параметра к устройству 4 от устройства 6 ввода осуществляют на этапе S21. Определение соответствующей эффективной мощности осуществляют из выбранной желательной мощности или дозы (этап S22).

На следующем этапе S23 устройство 4 определяет соответствующий коэффициент Т1/Т2 заполнения для импульсной подачи ультразвука. В этом случае отношение Р_пик/Р_эфф соответствует коэффициенту Т1/Т2. Соответствующая связь теплового и механического воздействия Т, М с коэффициентом Т1/Т2, взятым с учетом соответствующей ультразвуковой частоты, заносят в память устройства 5. В завершение осуществляют корректировку определенного таким образом сочетания ультразвуковой частоты и коэффициента заполнения на этапе S24, а также его передачу посредством сигналов управления CTR к головке 2.

Результатом этого процесса является импульсная подача ультразвука, которая точно соответствует терапевтическим требованиям оператора, при этом оператор или лицо, осуществляющее терапию, не должно уделять особое внимание тому, каким образом должна быть задана последовательность импульсов по отношению к коэффициенту Т1/Т2 заполнения.

Если во время терапии на этапе S3 осуществляют изменение механического воздействия М за счет изменения выбранного параметра воздействия, то это также приводит к желательному тепловому воздействию Т, изменение которого или корректировка осуществляются изменением параметра воздействия, вновь обусловливающим последовательность этапов, как проиллюстрировано на фиг.3С.

После соответствующего облучения обрабатываемой ткани терапию завершают (этап S5) и прекращают подачу ультразвука (этап S6).

Этап, проиллюстрированный на фиг.3А, в частности корректировка данных, относящихся к соответствующему механическому и тепловому воздействию (этапы S3, S4), может быть также осуществлен в программируемом виде с обеспечением возможности считывания устройством 4 соответствующей последовательности проведения терапии из устройства 5 и подачи ультразвука через головку 2. Помимо этого, для определения условия выполнения всех этапов терапии или необходимости повторного проведения этапов S3-S4 возможно проведение проверки на этапе S5.

В дополнение к автоматическому определению и выбору коэффициента Т1/Т2 заполнения из соответствующих параметров воздействия для проведения терапии на основе механического и теплового воздействия М и Т на ткань данным изобретением предусматривается особенно качественное воздействие на глубину, которое необходимо получить, и заданный диапазон глубин терапии, которые должны быть особенно облучены излучением ультразвуковых импульсов при различных частотах.

Глубина Z проникновения ультразвука существенно зависит от выбранной ультразвуковой частоты f и обычно уменьшается по мере увеличения частоты. В данном документе рассматривается глубина 3-дБ, при которой интенсивность I(z) ультразвукового излучения в ткани падает на 50%. При частоте 800 кГц ультразвуковая интенсивность в мышечной ткани падает до 50% после достижения глубины около 2,9 см. Однако при частоте 3 МГц эта 3-дБ глубина составляет лишь 0,77 см. Уменьшение интенсивности в зависимости от глубины ткани в общем случае имеет экспоненциальную зависимость:

где I₀ - эффективное значение при глубине z=0, α - параметр затухания, который зависит от ткани, и f - ультразвуковая частота.

Для теплообразования, обусловленного введением ультразвуковых волн, при глубине z ткани, можно показать, что для любой глубины ткани, которую нужно нагреть, имеется оптимальная ультразвуковая частота. Создаваемое тепло зависит от уменьшения плотности энергии как функции глубины ткани и ультразвуковой частоты. В этом случае имеется возможность осуществлять преобразование большей энергии в тепло при высоких частотах, чем при низких частотах, вплоть до конкретной глубины, например глубины в 2 см в случае скелетной мускулатуры. Однако при глубине ткани свыше 2 см более низкие частоты создают больший нагрев, чем высокие частоты. Таким образом, глубина ткани, при которой производится наибольшее количество тепла, может быть выбрана настройкой ультразвуковой частоты.

Как правило, более низкие частоты, составляющие 0,5-1,5 МГц, обладают оптимальным воздействием, с точки зрения теплообразования, при сравнительно большой глубине. При частотах от 3 МГц оптимальная глубина составляет величину порядка 1 см и еще слегка зависит от данной частоты. Исследования, проведенные заявителем, показали что, преимущественный диапазон частот 0,7-2,5 МГц является оптимальным для нагревания, создаваемого ультразвуком.

Ультразвуковые генераторы и ультразвуковые головки для излучения ультразвуковых волн обычно предназначены для работы с одной ультразвуковой частотой. Однако, как правило, имеется также возможность осуществлять излучение данной ультразвуковой головкой целого кратного основной частоты. Типовые частоты кратны частоте в 800 кГц, то есть они составляют величины 1,6 и 2,4 МГц. Оптимальные глубины для теплообразования в этом случае составляют 4,17 см - при частоте 0,8 МГц, и 1,39 см - при частоте 2,4 МГц. Для того чтобы осуществлять эффективную терапию слоя ткани, расположенного между этими глубинами, теплом, обусловленным применением ультразвука, желательно было бы, однако, иметь возможность создавать промежуточные значения частот в диапазоне 0,8-2,4 МГц. Как правило, это невозможно.

Данным изобретением теперь предусматривается, для моделирования оптимальной глубины с целью улучшения нагрева ультразвуком, подача ультразвуковых импульсов попеременно при основной частоте 0,8 МГц и при частоте, в три раза большей, то есть при частоте, составляющей 2,4 МГц. Такое решение обусловливает оптимальную глубину для преобразования в тепло в пределах 1,39-4,17 см, при условии, что время коммутации вводимых частот превышает тепловую постоянную времени ткани. Данная тепловая постоянная времени предопределяет время, за которое температура аккумулятора тепла, например, в этом случае - области ткани, все еще составляет около 63% от первоначальной температуры в результате тепловых потерь.

Для того чтобы, например, смоделировать оптимальную глубину теплообразования, составляющую 2,78 см, ультразвуковой импульс вводят в течение одной секунды при частоте 0,8 МГц, например, за которым в соответствии с данным изобретением следует импульс при частоте 2,4 МГц в течение одной секунды. Такое решение приводит к оптимальной глубине, составляющей 2,78 см = (4,17 см + 1,39 см)/2. В этом простом случае коэффициент Т1/Т2=1 для каждого ультразвукового импульса.

В принципе, желательная глубина терапии может быть выбрана с использованием следующего уравнения:

В этом случае Z(TG) - желательная глубина терапии, TG=ТР1+ТР2 - длительность ультразвукового цикла в соответствии с данным изобретением, ТР1 и ТР2 - длительности двух ультразвуковых импульсов Р1, Р2 при соответствующей частоте f1, f2. Z (TP1) - оптимальная эффективная глубина, то есть глубина ткани, при которой осуществляется преобразование в тепло максимальной удельной мощности, для ультразвукового импульса Р1, и аналогично - Z (TP2) для ТР2.

Фиг.4 иллюстрирует соответствующие предлагаемые последовательности ультразвуковых импульсов. Ультразвуковые импульсы Р1 и Р2 с соответствующей длительностью ТР1 импульса и соответствующей частотой f1 и f2 выполняются попеременно, для достижения глубины терапии, исходя из уравнения 2. Фиг.4 дополнительно показывает соответствующий коэффициент заполнения для ультразвуковых импульсов Р1, Р2, который не равен 1.

Таким образом, в соответствии с данным изобретением имеется возможность задавать не только точную глубину терапии, но также необходимое тепловое и механическое воздействие, предназначенные для терапии. Для проведения терапии на глубину терапии, которая задана пользователем, и, как правило, с использованием частот, которые заданы ультразвуковой головкой, оператору просто необходимо ввести на контроллер параметры воздействия и глубину терапии. Соответствующие длительности ультразвуковых импульсов, частоты и коэффициенты заполнения затем определяются автоматически контроллером 3 в соответствии с данным изобретением.

В частности, данное изобретение обеспечивает выполнение требований, определенных лицом, осуществляющим ультразвуковую терапию, весьма простым способом. Автоматическое определение коэффициента заполнения вводимых ультразвуковых импульсов, а также длительности импульсов и частоты для определения желательной глубины терапии выполняется автоматически. Предлагаемый способ последовательной подачи ультразвуковых импульсов при различных частотах обеспечивает возможность задания непрерывно изменяющихся глубин терапии даже при наличии лишь ограниченного числа различных ультразвуковых частот. Кроме того, имеется также возможность уменьшения количества ультразвуковых головок, необходимых для терапевтической практики.

Хотя данное изобретение объяснено более подробно со ссылкой на предпочтительные примерные варианты выполнения, оно не ограничивается ими и может быть видоизменено многими способами. Описанные формы волн сигналов следует рассматривать только в качестве примеров. Естественно, что возможно использование различных ультразвуковых частот, а также различных известных средств отображения параметров воздействия. Кроме того, в качестве параметров воздействия могут использоваться переменные, производные от Р_пик и Р_эфф, например соответствующая излучаемая мощность, которая оценивается в Дж/см². В частности, предлагаемый контроллер также может непосредственно генерировать ультразвуковые сигналы, имеющие формы волн в соответствии с данным изобретением. Помимо этого, сигналы управления также сами могут рассматриваться в качестве ультразвуковых сигналов. Кроме того, естественно, возможен компьютерный вариант выполнения данного изобретения в виде компьютерной программы.

Перечень ссылочных символов

S1-S24 Этапы способа

CTR1, CTR2, CTR Сигналы управления

DB Шина данных

М Параметр механического воздействия

Т Параметр теплового воздействия

Р1, Р2 Ультразвуковой импульс

Т1, Т2, Т3 Временная продолжительность

ТР1, ТР2 Длительность импульса

TG Длительность цикла

1 Устройство для создания ультразвука

2 Ультразвуковая головка

3 Контроллер

4 Устройство управления

5 База данных

6 Устройство ввода

7 Устройство отображения

8, 9 Гистограммы

10, 11 Дисплеи

12, 13 Клавиши

14, 15 Клавиши

16 Ткань

Claims

1. Способ управления ультразвуковой головкой (2), предназначенной для подачи в ткань (16) ультразвука, имеющего заданное тепловое воздействие (Т) и заданное механическое воздействие (М) на ткань (16), посредством ультразвуковых импульсов (Р), каждый из которых имеет длительность (Т1) и период (Т2) повторения, которые вводят последовательно, при этом коэффициент (Т1/Т2) заполнения ультразвуковых импульсов (Р) задают в виде функции теплового и механического воздействия (Т, М) ультразвука, при этом в способе:
(а) задают параметр (Р_пик) механического воздействия для механического воздействия, причем в качестве параметра механического воздействия используют амплитуду (Р_пик) мощности излучаемого ультразвука;
(b) задают параметр (Р_эфф) теплового воздействия для теплового воздействия, причем в качестве параметра теплового воздействия используют эффективную мощность (Р_эфф) излучаемого ультразвука;
(c) определяют коэффициент (Т1/Т2) заполнения в виде функции параметра (Р_эфф) теплового воздействия и параметра (Р_пик) механического воздействия; и
(d) включают и выключают указанную ультразвуковую головку для излучения ультразвуковых импульсов в соответствии с определенным коэффициентом (Т1/Т2) заполнения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент (Т1/Т2) заполнения задают равным единице.

3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что ультразвуковые импульсы излучают на различных ультразвуковых частотах (f1, f2).

4. Способ управления ультразвуковой головкой (2), предназначенной для подачи в ткань (16) ультразвука, имеющего заданное тепловое воздействие (Т) на ткань (16) на ее заданной глубине (z), посредством ультразвуковых импульсов (P1, P2), которые подают последовательно с соответствующей длительностью (ТР1, ТР2) и при соответствующих разных ультразвуковых частотах (f1, f2), причем отношение (ТР1/ТР2) длительностей ультразвуковых импульсов (P1, P2) задают в виде функции заданной глубины (z) ткани и ультразвуковых частот (f1, f2), при этом в способе:
(а) задают глубину (Z (TG)) ткани для теплового воздействия (Т) ультразвука на ткань (16);
(b) задают по меньшей мере одну первую и по меньшей мере одну вторую ультразвуковую частоту (f1, f2), причем каждая ультразвуковая частота (f1, f2) связана с соответствующей глубиной (Z(TP1), Z(TP2)) проникновения в ткань (16);
(c) определяют отношение (ТР1/ТР2) длительностей импульсов в виде функции теплового воздействия (Т) и соответствующих глубин (Z(TP1), Z(TP2)) проникновения; и
(d) включают и выключают указанную ультразвуковую головку (2) для последовательной подачи ультразвуковых импульсов (P1, P2) с определенным отношением (ТР1/ТР2) длительностей импульсов.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что каждую ультразвуковую частоту (f1, f2) связывают с соответствующей глубиной проникновения в ткань, при этом две различные ультразвуковые частоты (f1, f2) выбирают с обеспечением расположения области заданной глубины терапии между двумя соответствующими глубинами проникновения в ткани.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что отношение (f1/f2) различных ультразвуковых частот (f1, f2) выбирают с обеспечением достижения заданной глубины (z) терапии ткани.

7. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что коэффициент заполнения, определяемый как частное ширины (Т1) импульса первого ультразвукового импульса и периода (Т2) импульса второго ультразвукового импульса, задают равным единице.

8. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что параметр теплового воздействия, параметр механического воздействия, коэффициент заполнения, отношение частот и/или глубину терапии отображают посредством устройства (7) отображения.

9. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что соответствующие коэффициенты заполнения, длительности импульсов, отношения частот и/или амплитуды, предназначенные для заданных форм терапии и/или типов ткани, заносят в базу (5) данных.

10. Устройство (1) для подачи ультразвука в ткань (16), содержащее:
устройство (6) ввода, предназначенное для задания по меньшей мере одного из следующих параметров: механического и теплового воздействия (М, Т), и/или глубины (z) терапии ультразвуком ткани (16);
по меньшей мере одну ультразвуковую головку (2), которая включается и выключается в зависимости от сигналов (CTR) управления и излучает ультразвуковые импульсы; при этом устройство отличается тем, что
имеется устройство (4) управления, выполненное так, что при заданном тепловом воздействии (Т) и заданном механическом воздействии (М) на указанную ткань (16) указанное устройство (4) управления генерирует соответствующие сигналы (CTR) управления так, что указанная ультразвуковая головка (2) испускает ультразвуковые импульсы (Р), имеющие соответствующую ширину (Т1) импульсов, так что при этом коэффициент (Т1/Т2) заполнения указанных ультразвуковых импульсов (Р) задан, как функция указанных теплового воздействия (Т) и механического воздействия (М).

11. Устройство (1) по п.10, отличающееся тем, что указанное устройство (4) управления выполнено с возможностью осуществления следующих этапов:
(a) установку параметра (Р_пик) механического воздействия для механического воздействия;
(b) установку параметра (Р_эфф) теплового воздействия для теплового воздействия;
(c) определения коэффициента (Т1/Т2) заполнения в виде функции указанного параметра (Р_эфф) теплового воздействия и указанного параметра (Р_пик) механического воздействия; и
(d) генерации сигналов (CTR) управления для включения и выключения указанной ультразвуковой головки для подачи ультразвуковых импульсов, имеющих заданный коэффициент (Т1/Т2) заполнения.

12. Устройство (1) по любому из пп.10 или 11, отличающееся тем, что амплитуда (Р_пик) мощности излучаемого ультразвука используется в качестве параметра механического воздействия.

13. Устройство (1) по любому из пп.10 или 11, отличающееся тем, что эффективная мощность (Р_эфф) излученного ультразвука используется в качестве параметра теплового воздействия.

14. Устройство (1) по любому из пп.10 или 11, отличающееся тем, что указанные ультразвуковые импульсы имеют различные ультразвуковые частоты (f1, f2).

15. Устройство (1) по любому из пп.10 или 11, отличающееся тем, что указанный коэффициент заполнения задан равным единице.

16. Устройство (1) по любому из пп.10 или 11, отличающееся тем, что для указанного заданного механического воздействия, указанного теплового воздействия и/или указанной глубины (z) терапии предусмотрено по меньшей мере одно средство (8, 9, 10, 11) отображения.

17. Устройство (1) по любому из пп.10 или 11, отличающееся тем, что указанная ультразвуковая головка (2) выполнена в виде многочастотной головки преобразователя.

18. Устройство (1) по любому из пп.10 или 11, отличающееся тем, что к устройству (4) управления присоединена база (5) данных, которая хранит формы терапии и типы ткани, назначение коэффициентов заполнения и ультразвуковых частот, для выбранных механических и тепловых воздействий.

19. Устройство (1) для подачи ультразвука в ткань (16), содержащее:
устройство (6) ввода, предназначенное для задания по меньшей мере одного из следующих параметров: механического воздействия (М) и теплового воздействия (Т), и/или глубины (z) терапии ультразвуком ткани (16);
по меньшей мере одну ультразвуковую головку (2), которая включается и выключается в зависимости от сигналов (CTR) управления и излучает ультразвуковые импульсы;
при этом устройство отличается тем, что
имеется устройство (4) управления, выполненное так, что при заданном тепловом воздействии (Т) и заданном механическом воздействии (М) на указанную ткань (16) указанное устройство (4) управления генерирует соответствующие сигналы (CTR) управления так, что указанная ультразвуковая головка (2) испускает ультразвуковые импульсы (P1, P2), имеющие соответствующую ширину (ТР1, ТР2) импульсов и различные ультразвуковые частоты (f1, f2), при этом коэффициент (Т1/Т2) заполнения указанных ультразвуковых импульсов (P1, P2) задан как функция указанной заданной глубины (z) и указанных ультразвуковых частот (f1, f2).

20. Устройство (1) по п.19, отличающееся тем, что указанное устройство (4) управления выполнено с возможностью осуществления следующих этапов:
(a) установки глубины (Z(TG)) ткани для указанного теплового воздействия (Т) ультразвука на ткань (16);
(b) установки по меньшей мере одной первой и по меньшей мере одной второй ультразвуковой частоты (f1, f2), причем каждая ультразвуковая частота (f1, f2) связана с соответствующей глубиной (Z(TP1), Z(TP2)) проникновения в ткань (16);
(c) определения указанного коэффициента (ТР1/ТР2) заполнения в виде функции указанного теплового воздействия (Т) и указанных соответствующих глубин (Z(TP1), Z(TP2)) проникновения; и
(d) включения и выключения указанной ультразвуковой головки (2) для последовательной подачи ультразвуковых импульсов (P1, P2) с указанным заданным коэффициентом (ТР1/ТР2) заполнения импульсов.

21. Устройство (1) по любому из пп.19 или 20, отличающееся тем, что для указанного заданного механического воздействия, указанного теплового воздействия и/или указанной глубины (z) терапии предусмотрено по меньшей мере одно средство (8, 9, 10, 11) отображения.

22. Устройство (1) по любому из пп.19 или 20, отличающееся тем, что указанная ультразвуковая головка (2) выполнена в виде многочастотной головки преобразователя.

23. Устройство (1) по любому из пп.19 или 20, отличающееся тем, что к устройству (4) управления присоединена база (5) данных, которая хранит формы терапии и типы ткани, назначение коэффициентов заполнения и ультразвуковых частот для выбранных механических и тепловых воздействий.

24. Машиночитаемый носитель информации, содержащий компьютерную программу, занесенную в память запоминающего средства в машиночитаемой форме и обеспечивающую выполнение способа по управлению ультразвуковой головкой (2), предназначенной для подачи в ткань (16) ультразвука, имеющего заданное тепловое воздействие (Т) и заданное механическое воздействие (М) на ткань (16), причем в указанном способе ультразвуковые импульсы (Р), имеющие соответствующую ширину (Т1) импульса излучаются последовательно, при этом коэффициент (Т1/Т2) заполнения ультразвуковых импульсов (Р) задан в виде функции указанных теплового и механического воздействий (Т, М) ультразвука, при этом указанный машиночитаемый носитель информации выполнен с возможностью выдачи сигналов управления для указанной ультразвуковой головки через интерфейс.

25. Машиночитаемый носитель информации, содержащий компьютерную программу, занесенную в память запоминающего средства в машиночитаемой форме и обеспечивающую выполнение способа по управлению ультразвуковой головкой (2), предназначенной для подачи в ткань (16) ультразвука, имеющего заданное тепловое воздействие (Т) и заданное механическое воздействие (М) на ткань (16), причем в указанном способе последовательно излучаются ультразвуковые импульсы (P1, P2), имеющие соответствующую ширину (ТР1, ТР2) импульсов и различные ультразвуковые частоты (f1, f2), при этом коэффициент (ТР1/ТР2) заполнения указанных ультразвуковых импульсов (P1, P2) задан как функция указанной заданной глубины (z) и указанных ультразвуковых частот (f1, f2), при этом указанный машиночитаемый носитель информации выполнен с возможностью выдачи сигналов управления для указанной ультразвуковой головки через интерфейс.