Устройство для ультразвуковой хирургии

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ХИРУРГИИ, содержащее последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты, электромеханический преобразователь, включенный в плечо мостовой схемы, дифференциальный усилитель. фазовращатель, аттенюатор со схемой установки амплитуды колебаний, усилитель на .пряжения, отличающееся тем, что, с целью уменьщения травматичности за счет стабилизации усилия резания на протяжении всего поля реза, оно снабжено компаратором , детектором сигнала обратной связи и фильтром, причем входы компаратора и детектора сигнала обратной связи объединены и связаны с выходом дифференциального усилителя, выход компаратора подключен к сигнальному входу аттенюатора, выход детектора сигнала обратной связи подключен к управляющему входу аттенюатора , а фильтр включен между выходом аттенюатора и входом фазовращателя. С сд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5ц А 61 В 17/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3500922/28-13 (22) 27.08.82 (46) 30.09.84. Бюл. № 36 (72) Г. А. Ткаченко и Л. Ф. Вовк (53) 615.471 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 569308, кл. А 61 В 1?/32, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 850066, кл. А 61 В 17/32, 1981. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ХИРУРГИИ, содержащее последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты, электромеханический преобразователь, включенный в плечо мостовой схемы, дифференциальный усилитель, „„SU.„1115741 A фазовращатель, аттенюатор со схемой установки амплитуды колебаний, усилитель на.пряжения, отличающееся тем, что, с целью уменьшения травматичности за счет стабилизации усилия резания на протяжении всего поля реза, оно снабжено компаратором, детектором сигнала обратной связи и фильтром, причем входы компаратора и детектора сигнала обратной связи обьединены и связаны с выходом дифференциального усилителя, выход компаратора подключен к сигнальному входу аттенюатора, выход детектора сигнала обратной связи подключен к управляющему входу аттенюатора, а фильтр включен между выходом аттенюатора и входом фазовращателя.

1115741

Изобретение относится к медицинской технике и используется для проведения хирургических операций.

Известно устройство для ультразвуковой хирургии, в котором для обеспечения стабилизации амплитуды колебаний электромеханического преобразователя в режиме амплитудно-модулированных колебаний введена дополнительная цепь обратной связи, выполненная в виде последовательно соединенных амплитудного детектора, усилителя, выпрямительной схемы и блока стабилизации, выполненного в виде управляемого источника постоянного тока (1 ) .

Однако в данном устройстве возникают потери мощности в электромеханическом преобразователе из-за возбуждения его несинусоидальным напряжением. (Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для ультразвуковой хирургии, содержащее последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты, электромеханический преобразователь, включенный в плечо мостовой схемы, дифференциальный усилитель, фазовращатель, аттенюатор со схемой установки амплитуды колебаний, усилитель напряжения (2).

Однако данное устройство обеспечивает стабилизацию амплитуды колебаний преобразователя только в узкой области антирезонанса, потому что только в этой области фазовая характеристика цепи обратной свя зи имеет достаточную крутизну. Это происходит из-за питания схемы выделения напряжения обратной связи несинусоидальным напряжением, которое в схеме получается после полосового усилителя и регулируемого ограничителя. При этом, при переходе от одного участка реза к другому повышается травматичность.

Целью изобретения является уменьшение травматичности за счет стабилизации усилия резания на протяжении всего поля реза.

Цель достигается тем, что устройство для ультразвуковой хирургии, содержащее последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты, электромеханический преобразователь, включенный в плечо мостовой схемы, дифференциальный усилитель, фазовращатель, аттенюатор со схемой установки амплитуды колебаний, усилитель напряжения, снабжено компаратором, детектором сигнала обратной связи и фильтром, причем входы компаратора и детектора сигнала обратной связи объединены и связаны с выходом дифференциального усилителя, выход компаратора подключен к сигнальному входу аттенюатора, выход детектора сигналов обратной связи подключен к управляющему входу аттенюатора, а фильтр включен между выходом аттенюатора и входом фазовращателя.

На чертеже изображена структурная схема устройства для ультразвуковой хирургии.

Устройство содержит усилитель мощности 1, соединенный со схемой выделения

ЭДС преобразователя, представляющей собой мост, состоящий из электромеханического преобразователя 2, эталонного резистора 3, катушки индуктивности 4 с последовательным ей резистором 5 и последовательного резистора 6. В диагональ моста включен дифференциальный усилитель ЭДС

7. К выходу дифференциального усилителя

7 подключены параллельно входы компаратора 8 с нулевым порогом и детектора 9 сигнала обратной связи. Выход компаратора 8 подсоединен к сигнальному входу аттенюатора 10 с электронным управлением.

Выход детектора 9 подсоединен к управляющему входу аттенюатора 10. Устройство содержит схему дискретной установки амплитуды колебаний 11, подключенную к установочному входу аттенюатора 10, а также полосовой фильтр 12, вход которого подсоединен к выходу аттенюатора 10, а выход — подсоединен через фазовращатель

13 ко входу усилителя мощности 1. В состав устройства входит также схема сигнализации, состоящая из генератора звуковой частоты 14, подсоединенного к источнику питания 15 через параллельно соединенные ключевой каскад 16 и пороговое устройство 17. Управляемые входы ключевого каскада 16 и порогового устройства 17 через детекторы 18 и 19 подключены к выходу усилителя мощности 1. Цепь, состоящая из моста, дифференциального усилителя 7, компаратора 8, детектора 9, аттенюатора

10, полосового фильтра 12, фазовращателя

13, усилителя мощности 1 представляет собой цепь стабилизации амплитуды колебаний преобразователя и регулировки фазы напряжения положительной обратной связи усилителя мощности 1.

Устройство работает следующим образом, При подаче питающих напряжений на выходе усилителя мощности 1 благодаря наличию обратной связи появляется синусоидальное напряжение, частота которого определяется полосой пропускания фильтра 12 и резонансной частотой электромеханического преобразователя 2. Напряжение с выхода усилителя мощности 1 поступает на мост, который служит для выделения сигнала обратной связи, несущего информацию об амплитуде колебаний преобразователя 2. Сигнал обратной связи, представляющий собой ЭДС, преобразователя может быть выделен мостом при условии его балансировки. Для балансировки моста максимально демпфируют колебания преобразователя 2 и с помощью переменных резисторов 5 и 6 добиваются минимального значения напряжения в диагонали моста, это означает, что скомпенсированы реактивные

1115741

55 и активные составляющие электрического импенданса преобразователя в заторможенном состоянии, когда он не обладает резонансными свойствами. В этом случае при растормаживании преобразователя в диагонали моста возникает напряжение, которое представляет собой чистую ЭДС преобразователя, пропорциональную амплитуде колебаний. С диагонали моста напряжение поступает на входы дифференциального усилителя 7, где синфазная составляющая напряжения подавляется. Усиленное напряжение с выхода дифференциального усилителя поступает параллельно на вход компаратора с нулевым порогом 8 и вход детектора сигнала обратной связи 9. Компаратор предназначен для получения максимально возможной крутизны регулировки цепи стабилизации амплитуды колебаний преобразователя. Это достигается поддержанием компаратором неизменного значения напряжения на его выходе при поступлении на его вход изменяющегося по амплитуде напряжения. С выхода компаратора напряжение поступает на сигнальный вход аттенюатора с электронным управлением 10.

Детектор сигнала обратной связи 9 выделяет управляющее напряжение, которое поступает на управляющий вход аттенюатора IO, на установочный вход которого поступает напряжение со схемы дискретной установки амплитуды 11.

Управляющее напряжение, в зависимости от напряжения на установочном входе, регулирует на выходе аттенюатора величину напряжения, подведенного к его сигнальному входу. С выхода аттенюатора 10 напряжение поступает на вход полосового фильтра 12, выделяющего первую гармонику напряжения обратной связи, которое подается на фазовращатель 13. Фазовращатель 13 предназначен для регулирования фазы напряжения обратной связи, поступающего на вход усилителя мощности I.

В случае изменения акустической нагрузки происходит изменение амплитуды механических колебаний, что приводит к изменению напряжения в диагонали моста, на выходе дифференциального усилителя и на управляющем входе аттенюатора до восстановления амплитуды механических колебаний. Таким образом, схема позволяет осуществить автоматическую стабилизацию амплитуды колебаний, преобразовать надежное самовозбуждение устройства в эксплуатационном диапазоне акустических нагрузок, при сохранении энергетических достоинств синусоидального режима возбуждения преобразователя. С выхода усилителя мощности напряжение поступает на параллельно соединенные детекторы 18 и 19, детектируется и поступает с одной стороны на вход ключевого каскада 16, а с другой — »a вход порогового устройства 17. При отсутствии напряжения на вхо5

50 де детектора 18 ключевой каскад 16 подсоединяет источник питающего напряжения

15 к генератору звуковой частоты 14. При наличии напряжения на входе детектора

18 ключевой каскад 16 закрывается и напряжение питания на генератор звуковой частоты 14 не поступает, в то же время при достижении на выходе детектора 19 заданного значения напряжения, пропорционального величине нагрузки, пороговое устройство 17 опрокидывается и подсоединяет источник питающего напряжения к генератору звуковой частоты.

Таким образом, данная схема обеспечивает сигнализацию о достижении номинального значения нагрузки, перегрузке или об отсутствии напряжения возбуждения преобразователя. Кроме того, информация об уровне нагрузки и перегрузке получается в виде прерывистого сигнала звуковой частоты, скважность посылок которого тем меньше, чем больше нагрузка. Такой характер сигнала получается из-за того, что напряжение на выходе детектора флюктуирует и периодически колеблется относительно порогового значения.

При повышении среднего значения напряжения с выхода детектора скваж ность уменьшается и становится равной единице, (непрерывный сигнал) когда минимальное значение напряжения флюктуации оказывается выше порогового напряжения.

Изобретение обеспечивает снижение в несколько раз потерь мощности на преобразователе потому, что на усилитель с фазовращателя поступает только первая гармоника напряжения обратной связи. Схема устройства обеспечивает работу преобразователя без принудительного охлаждения и максимальное использование генерируемой мощности.

Предлагаемая в устройстве стабилизация амплитуды колебаний преобразователя обеспечивает устойчивый режим самовозбуждения генератора во всем эксплуатационном диапазоне акустических нагрузок, что дает снижение травматичности на протяжении всего поля реза. Кроме того, такая жесткая стабилизация дает возможность использования предельных значений амплитуд колебаний преобразователя и инструмента и не допускает превышения предела прочности материала, из которого они изготовлены даже на холостом ходу, она работоспособна в любой точке частотно" характеристики преобразователя от резонанса до антирезонанса.

Предлагаемая схема позволяет сконструировать устройство с преобразователем, помещенным в удобную для работы хирурга рукоятку при акустической мощности более 100 Вт, что обеспечивает использование устройства в различных областях хирургии.