SU1639421A3 - Генератор упругих импульсов дл разрушени почечных камней и камней в мочевом пузыре - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к медицинской технике, а именно к устройствам дл  генерации воздействи  при бесконтактном разрушении конкрементов. 1 ель изобретени  - уменьшение диаметра фокусного п тна за счет увеличени  энергии высокочастотной составл ющей спектра. Устройство содержит наковальню 1, окруженную фланцем 2, при- крепленным к цилиндрическому корпусу 3, взаимодействующую с молотком 4, прикрепленным на конце т ги 5, котора  скользит в двух шарикоподшипниках 6, установленных во втулке 7,  вл ющейс  продолжением дна корпуса 3. На другом конце т ги 5, вне втулки 7, крепитс   корь 8 электромагнита 9.

Description

Изобретение о тноситс  к медицинской технике и может быть применено дл  бесконтактного разрушени  кон- крементов в теле биообъектов.

Цель изобретени  - уменьшение диаметра фокусного п тна за счет увеличени  энергии высокочастотной составл ющей спектра.

На фиг.1 изображен генератор упругих импульсов, вариант I; на фиг.2 и и 3 - наковальн ,установленна  на основании , вид спереди с частичным разрезом и в плане; на фиг.4 и 5 - схема автоматической регулировки параллельности соответствующих плоскостей и наковальни; на фиг,6 и 7 временна  диаграмма, отражающа  вид сигналов в различных точках указанной схемы регулировки; на фиг.8 - молоток и его приводна  т га вариант; на фиг,9 - график, отражаю- пдий развитие волны давлени  в ударной пластине молотка по -фиг,8; на фиг.10-12 - средства визуализации места локализации фокального п тна на конкременте; на и 14 - генератор , продольный и поперечный разрезы , вариант И, J

Генератор содержит наковальню 1, окруженную фланцем 2, прикрепленным к цилиндрическому корпусу 3 и взаимодействующим с молотком 4, прикрепленным на конце т ги 5, котора  скользит в двух шарикоподшипниках 6, установленных во втулке 7,  вл ющейс  продолжением дна цилиндрического корпуса 3. На другом конце т ги 5 вне втулки 7 крепитс   корь 8 электромагнита 9, Ярмо электромагнита установлено с возможностью скольжени  по оси т ги,

Т га 5 приводитс  в возвратно-поступательное движение кривошипно-шатунным механизмом 10-11, соединенным с валом электродвигател  12. Переключатель 13 управл ет включением электромагнита 9. Прерывистой линией схе

0

5

0

5

5

0

5

0

5

матично показано управление этим переключателем валом двигател  посредством кулачка. Пружина 14 сжати  упираетс  в упор 15, соединенный с т гой р дом с подшипником 6.

На стороне наковальни 1, противоположной стороне, взаимодействующей с молотком 4, приклеена акустическа  линза 16, способна  преобразовывать плоскую упругую волну, вызванную ударом молотка, в сферическую волну, котора  распростран етс  в жидкости 17, содержащейс  в ванне 18, дном которой  вл етс  фланец 2.

На фиг.2 и 3 показана наковальн  1, окруженна  фланцем 2. Нижн   поверхность этого фланца крепитс  упругими кронштейнами 19 к краю цилиндрического корпуса 3. Положение плоскости фланца относительно горизонтальной плоскости может регулироватьс  посредством трех прецизионных винтов 20-22, управл емых двигател ми 23-25. Три датчика 26-28, например, пьезоэлектрического типа или датчики напр жений закреплены по окружности наковальни на стороне последней в контакте с линзой (не показана ) напротив соответствующих регулировочных винтов.

На фиг,4 представлена схема, содержаща  три усилител  29-31, св занные с соответствующими датчиками 26-28, триггерами 32-34, выходы которых соединены с логической схемой 35, а ее выход через усилители с соответствующими двигател ми 23-25,

Схема, представленна  на фиг,5, содержит два логических инвертора 36 и 37, которые соединены с триггерами , а выходы инверторов соединены с входами схем И 38 и 39,

На фиг,8 представлена конструкци , содержаща  молоток 4, выполненный в виде сплошной детали из легкого сплава 40, на которой прикреплена стальна  пластинка 41, например , толщиной 3 мм посредством упругого сло  42. Упор 15, выполненный в форме фланца, упираетс  в конце хода в подшипник 6 посредством упругой прокладки 43, предназначенной дл  исключени ,блокировки молотка 4,

На фиг. 10-1 2 показан генератор упругих волн в виде наковальни 1, приклеенной к акустической линзе 16. Эх-ографический зонд 44 взаимодействует с зеркалом 45, которое ориентировано на 45° и качаетс  вокруг вала 46 благодар  двигателю 47. Диаметр зеркала 45 составл ет 10 мм дл  обеспечени  перехвата, только небольшой части звуковой энергии, подаваемой генератором упругих волн. Кроме того, с таким устройством можно визуализировать фокальное п тно образованного пучка упругих волн. Дл  этой цели на поверхность наковальни наклеивают тонкий лист пьезоэлектрического полимера типа PVF2 (позици  48, фиг.10) и соедин ют его (показано прерывистой линией) с эхо- графическим устройством 49. Таким образом получают передачу эхоградш- ческого ультразвукового пучка, который имеет такую же геометрическую структуру, как и пучок упругих волн, подаваемый наковальней, но меньшей мощности и с более высокой частотой импульсов. Лист PVFg, имеет полное сопротивление , близкое полному сопротилению воды, и не метает распространению волны давлени , подаваемой наковальней . Этот упругий материал  вл етс  очень стойким и может без ущерба пропускать волну давлени . Кроме того, лист PVF2 позвол ет контролировать форму импульса давлени .

На фиг. 13 и 14 показан молоток 4 в виде цилиндрической чагаи толщиной

котора  взатакой

же формы, охваченной втулкой 50, продолженной за наковальню и служащей средством основани  и центровки цилиндрического  рма электромагнита 51. Это  рмо содержит наружную полую цилиндрическую деталь 52, закрытую на одном конце дном 53, продолженным осевым цилиндрическим сердечником -54. Этот последний образует воздушный зазор 55. с деталью 52 и ог раничивает дном и участком меньшей

в несколько миллиметров, имодействует с наковальней 1

3947.1

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

толщины детали 52 кольцевое гнездо дл  катушки 56, котора  принимает посто нное питание.

Деталь 52, сердечник 54 и цилиндрические чаши 1 и 4 имеют совмещенные оси симметрии, а кольцевЛй край молотка 4 размещен напротив кольцевого воздушного зазора 55 таким образом , что цилиндрический узел (установленный с возможностью скольжени  вокруг сердечника 54 в воздушном зазоре и образованный подвижной цилиндрической деталью 57, продолженной упругим упором 58) может входить в, соприкосновение с краем молотка.

Молоток св зан с наковальней посредством двух металлических упругих дисков 59 и 60, снабженных круговыми волнистост ми, которые делают возможным перемещение молотка на несколько миллиметров по оси устройства , обеспечива  строгую боковую направленность.

Цилиндрическа  деталь 61  вл етс  жесткой и несет обмотку, питающуюс  импульсами посредством гибких проводов (не показаны), в то врем  как упор 58  вл етс  упругим. Например, он выполнен из резины или силикона. Этот узел легче молотка.

Пола  цилиндрическа  деталь 52 снабжена прорезью 62, открытой по наружной и внутренней образующим, дл  размещени  пластинки 63, выполненной заодно с цилиндрической деталью 57 и дл  обеспечени  возможности скольжени  указанной пластинки параллельно указанным образующим. Эта пластинка преп тствует вращению узла 57, 58 когда он приводитс  в движение под действием пол  электромагнита на ток, проход щий через катушку (импульс тока 1/100 с, например, имеющий соответствующую пол рность дл  подвода указанного узла в положение удара и противоположную пол рность дл  его возврата в нерабочее положение).

Устройство работает следующим образом .

При включении устройства, когда молоток 4 прижат к наковальне 1 пружиной 14, двигатель 12 приводит  рмо электромагнита в верхнее положение, в котором оно контактирует с  корем о.

8этот момент кулачок замыкает переключатель 13 так, что электромагнит

9возбуждаетс ,  рмо осуществл ет

движение вниз и увлекает за собой  корь 8. Таким образом, пружина 14 сжимаетс . В конце регулируемого да. кулачок размыкает переключатель 13 так, что электромагнит 9 освобождает свой  корь, а пружина 14 дей- струет на молоток 4,так, что он удар ет по наковальне 1. %

По вивша с  сферическа  волна сходитс  в фокальной точке линзы, где концентрируетс  значительное количество энергии.

Если молоток 4 и наковальн  1 выполнены из стали при скорости удара 10 м/с, давление составл ет .

Однако основным условием достижени  указанной мощности  вл етс  требование, чтобы все точки поверхности входили в контакт строго одно- временно, в противном случае волна перестает быть плоской и не может точно фокусироватьс , следовательно, увеличиваетс  продолжительность импульса , его интенсивность относитель- но быстро понижаетс . Так например, дл  получени  фронта подъема 1 мс со скоростью 10 м/с допуск горизонтальности и параллельности взаимодействующих поверхностей должен составл ть пор дка Ј 5 мкм.

Така  горизонтальность может быть получена при обработке стальных деталей . Но основна  трудность заключаетс  в сложности регулировки парал- лельности, особенно в процессе работы .

Дл  гарантии поддержани  этой параллельности несмотр  на значительные нагрузки устройства в ходе его работы используетс  автоматическое устройство регулировки.

Схема регулировки работает следующим образом.

Датчики 26-28 реагируют на удар по наковальне. Если молоток и наковальн  не строго параллельны, передние фронты импульсов поступают с датчиков в моменты, сдвинутые во времени . Импульсы с датчиков поступают на усилители 29-31. Передний фронт этих сигналов включает триггеры 32-34. Ждущий мультивибратор 64, подключенный выходом к одному из усилителей , например 29, одновременно ставит триггеры на ноль на заранее .определенное врем  после удара. Таким образом,получают пр моугольные стробимпульсы различной ширины,

которые подают на логическую схему 35, включенную дл  сравнени  ширины стробимпульсов, поступающих от триггеров 33 и 34 с шириной строб- импульса, подаваемого триггеррм 32, вз того в качестве эталона, и дл  подачи сигналов, пропорциональных отклонени м ширины. Эти сигналы служат дл  управлени  двигател ми 23-25 в направлении правого или левого вращени  в зависимости от знака отклонений.

Таким образом, коррекци  параллельности осуществл етс  постепенно , в ходе каждого из последовательных « ударов и непрерывно удерживаетс  по истечении определенного промежутка времени. Двигатель 29, управл емый посредством усилител  65 от источника возбуждени , подсоединенного к нему посредством переключател  66, управл етс  вручную в правом или левом направлении дл  изменени  среднего положени  н аковальни.

На фиг.5 показана логическа  схема , содержаща  два логических инвертора 36 и 37, которые соответственно принимают сигнал а от триггера 32 ,{фиг,4) и один из двух сигналов, на-, пример Ь, поступающих от триггеров 33 и 34. Выходные сигналы а и b этих инверторов подаютс  на две схемы И 38 и 39, которъю соответственно их принимают и, таким образом, выдают соответствующие логические произведени  ab и ab,.

Ка фиг,6 показаны сигналы а, а, b, аЪ и ab, когда b опережает а, на фиг,7 - сигналы, когда а опережает Ь.

В первом случае выход ab  вл етс  положительным в то врем , как выход ab  вл етс  нулевым, а во втором случае происходит обратное. Таким образом можно управл ть двигателем 24 в правом или левом направлении с двум  выходами схем 38 и 39, Идентична  схема, в которой инвертор 37 принимает сигнал с от триггера 34, управл ет двигателем 25.

Кроме проблемы удержани  параллельности наковальни и молотка в процессе работы устройства возникает друга  проблема, а именно: остаточна  деформаци  деталей вследствие продолжительного напр жени  деталей. Чтобы сократить врем  контакта между молотком и наковальней -до величины, необходимой дл  создани  упругого фронта

волны, преимущественно используют усройство , показанное на фиг,8, Молоток 4 представл ет собой сплошную деталь 40 предпочтительно из легкого сплава, на которой крепитс  стальна  пластинка 41, например, толщиной 3 мм посредством упругого сло  42, Упор 15 в форме фланца упираетс  в конце хода в подшипник 6 посредством уцругой прокладки 43, предназначенно дл  исключени  мгновенной блокировки молотка. В этом нерабочем положении наружна  сторона пластинки М молотка очень близка к наковальне (по конструкции устройства и вследствие регулировки среднего положени  наковальни (на границе контакта), например несколько сотых миллиметра), В конце хода т ги 5 сплошна  часть 40 молотка 4, котора  поступает с боль- шой скоростью, блокируетс , следовательно (в 1 или 2 мм перемещени ) в результате взаимодействи  упор ов 15 перед соприкосновением с наковальней . Однако пластинка 41 благодар  упругости сло  42 продолжает перемещатьс  по инерции на очень небольшое рассто ние, В этом случае волна давлени  распростран етс  в наковальне 1 и в пластинке 4 и отражаетс  н внутренней стороне пластинки М благодар  тому, что полное сопротивление указанной пластинки гораздо выше полного сопротивлени  упругого сло  42,

т

Эта отраженна  волна анулирует падающее давление после промежутка времени , соответствующего ходу вперед и назад упругой волны в пластинке 41, по истечении которого давление на уровне наковальни становитс , таким образом, анулированным.

Этот эффект, сопр женный с вращающейс  силой упругого сло , приводит к раэръгоу контакта между молотком и наковальней,

В пластинке 41 продолжительность хода туда и обратно составл ет пор дка 1 мс, т.е. равна теоретической продолжительности образовани  фронта волны. Статические напр жени  практически устран ютс .

На фиг.9 показано распространение волны давлени  Р внутри пластинки 41 после удара.(Р - давление на задней стороне (или наружной), РЈ - давление на передней стороне;; на

5

фиг.9а - момент удара; б-е - промежутки времени после удара, соответственно 0,25; 0,5 (момент отражени  на задней стороне); 0,75; 0,9 и 1 мс.

Треть  проблема достижени  упругой волны состоит в аэродинамической амортизации: перед ударом воздушна  прослойка заключена между молотком и наковальней и она может вызвать значительное торможение. Дл  ослаблени  этого эффекта помещают узел основани  молотка в вакуум5 ную камеру или, проще, выполн ют в наковальне или в молотке множество канавок дл  отвода воздуха.

Четвертой проблемой  вл етс  проблема передачи энергии жидкости. Полное сопротивление стали, в которой возникает волна, примерно в тридцать раз превышает полное сопротивление воды и необходимы прослойки согласовани  полного сопротивлени , если хот т передать значительную часть энергии. Преимущественно помещают несколько прослоек с толщиной, равной четверти длины волны импульса , между материалами наковальни и водой.

Дл  эффективного воздействи  на локализованный предмет, типа почечного камн , полезно точно локализовать его относительно сферического

5 фокального п тна и визуализировать фактическое положение последнего. Таким образом, ультразвуковой пучок, подаваемый зондом 44, соединенным с соответствующим передатчиком электрических импульсов, вход щим в эхографическое устройство 49, осуществл ет секторную развертку в плоскости Р, перпендикул рной плоскости фигур 10 и 11 и проход щей через ось симметрии генератора упругих волн фиг,12 , Устройство 49 содержит также известные средства приема и визуализации эха, образованного цепи. Таким образом получают

0 визуализацию объекта,

Claims (9)

1. Генератор упругих импульсов с дл  разрушени  почечных камней и камней в мочевом пузыре, -содержащий точник упругих импульсов со сферической поверхностью или источник упругих импульсов с плоской поверхно0

0

5

стью и акустической линзой, блок питани  источника упругих импульсов, о т- личающийс  тем, что, с це-1 , лью уменьшени  диаметра фокусного п тна за счет увеличени  энергии высокочастотной составл ющей спектра , источник упругих импульсов содержит наковальню и молоток, причем профиль передающей стороны наковальни отличаетс  от профил  ее приемной стороны, а молоток имеет две противоположные параллельные стороны и ударный элемент и установлен с возможностью возвратно-поступательного движени  относительно наковальни, а блок питани  источника упругих импульсов выполнен в виде механизма продольной подачи молотка с возвратом ,

2,Генератор по п, .отличающийс  тем, что стороны молотка выполнены плоскими.

3.Генератор по п. отличающийс  тем, что он содер- жит датчики, установленные равномерно по окружности передающей стороны наковальни, датчики соединены с блоком измерени  временник сдвигов

-между фронтами волны, регистрируемых каждым датчиком, и регулирующие устройства , соединенные с датчиками и выполненные в виде регулировочных винтов наклона наковальни, установленных равномерно на фланце напротив соответствующих датчиков.

4о Генератор по п« отличающийс  тем, что молоток вы

Q 5 0

5

0

5

полней в виде детали, на которой через упругий слой закреплена пластинка , механизм продольной подачи молотка с возвратом содержит т гу, соединенную с деталью, и заплечик, установленный с возможностью упора в конце хода в ограничитель через упругую прокладку,

5.Генератор поп, 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что акустическа  линза приклеена к передающей стороне наковальни, причем между линзой и наковальней установлено не менее одно й согласующей пластинки,

6.Генератор поп, 5, отличающийс  тем, что содержит эхо- графическое устройство, соединенное

с зондом и со средствами секторной развертки.

7.Генератор по п. 5, о т л и - чающийс  тем, что содержит лист пьезокерамического полимера, приклеенный к передающей поверхности наковальни и соединенный с эхо- графическим устройством,

8.Генератор по п, 1, о т л и - чающийс  тем, что механизм продольной подачи молотка содержит подвижное устройство, отделенное

от молотка и установленное с возможностью соприкосновени  с ним.

9.Генератор по пп, 1 и 8, о т - личающийс,  тем, что подвижное устройство выполнено в виде катутки с электромагнитом и снабжено упругим упором.

19

А

Фив. 2

21

22

Фаг.З

€h

l 29 3235

4 JCFf1

26

H

OL и

VifMI

+

4

-rr25

4

a

Фм.5

-ЈF

v

1, Мф

9 Мф

D

5

Q

40

63 :

Фиг. 10

№

47

toftitf

Фиг. ft

Фиг. 12

50 59

Фаг. 13

Фиг. /4