Генератор упругих импульсов для разрушения почечных камней и камней в мочевом пузыре

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для генерации воздействия при бесконтактном разрушении конкрементов. 1 ель изобретения - уменьшение диаметра фокусного пятна за счет увеличения энергии высокочастотной составляющей спектра. Устройство содержит наковальню 1, окруженную фланцем 2, прикрепленным к цилиндрическому корпусу 3, взаимодействующую с молотком 4, прикрепленным на конце тяги 5, которая скользит в двух шарикоподшипниках 6, установленных во втулке 7, являющейся продолжением дна корпуса 3. На другом конце тяги 5, вне втулки 7, крепится якорь 8 электромагнита 9.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц А 61 В 17/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и IlATEHTY

28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР! (21) 4027716/ 4 (?2) 30.06.86 (3!) 8509865 (32) 28.06.85 (33) FR (46) 30.03,9! . Вюл, 9 12 (76) 2!!ак Дори (FR) (53) 615.471 (088,8) (56) Заявка ФРГ У 3312014, кл. А 61 В 17/22, 1984, (54) ГЕНЕРАТОР УПРУГИХ ИМПУЛЬСОВ

ДЛЯ РАЗРУБ!ЕНИЯ. ПОЧЕЧНЬ!Х KANIIFf! И КАМНЕЙ В ИОЧЕВОИ ПУЗ!!РЕ (57) Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам

„.,SU„„ 1421 А 3 для генерации воздействия при бесконтактном разрушении конкрементов. Пель изобретения — уменьшение диаметра фокусного пятна эа счет увеличения энергии высокочастотной составляюШей спектра. Устройство содержит наковальню I окруженную фланцем 2, прикрепленным к цилиндрическому корпусу

3, взаимодействуюшую с молотком 4, прикрепленным на конце тяги 5, которая скользит в двух шарикоподшипниках 6, установленных во втулке 7, являющейся продолжением дна корпуса 3. На другом конце тяги 5, вне втулки 7, крепится якорь 8 электромагнита 9.

3,163

Ярмо электромагнита установлено с возможностью скольжения по оси тяги.

Тяга 5 приводится в возвратно -посту" пательное движение криволинейно-шатунным механизмом, соединенным с валом электродвигателя 12. Переключа9421 тель 13 Управляет включением электромагнита 9, На рабочей стороне нако-вальни 1 приклеена акустическая линза 16, фокусирующая ударную волну в жидкости 17, налитой в ванне 18, 8 з.п. ф-лы, 14 ил, а

Изобретение о тносится к медицинской технике и может быть применено для бесконтактного разрушения кон- 15 крементов в теле биообъектов.

Цель изобретения - уменьшение диаметра фокусного пятна за счет увеличения энергии высокочастотной составляющей спектра. 20

На фиг.i изображен генератор упругих импульсов, вариант I; на фиг.2 и и 3 — наковальня, установленная на основании, вид спереди с частичным разрезом и в плане; на фиг,4 и 5 — схе- 25 ма автоматической регулировки параллельности соответствующих плоскостей молотка и наковальни; на фиг.6 и 7 - временная диаграмма, отражающая вид сигналов в различных точках указанной схемы регулировки; на фиг.8 — молоток и его приводная тяга, вариант; на фиг.9 — график, отражающий развитие волны давления в ударной пластине молотка по -фиг.8; на

35 фиг,10-12 — средства визуализации места локализации фокального пятна на конкременте; на фиг.13 и 14 — генератор, продольный и поперечный pasрезы, вариант Й,;

Генератор содержит наковальню

1, окруженную фланцем 2, прикрепленным к цилиндрическому корпусу 3 и взаимодействующим с молотком 4, прикрепленным на конце тяги 5, которая 45 скользит в двух шарикоподшипниках 6, установленных во втулке 7, являющейся продолжением дна цилиндрического корпуса 3. На другом конце тяги 5 вне HvyaKH 7 крепится якорь 8 электромагнита 9, Ярмо электромагнита ус" тановлено с возможностью скольжения r по оси тягиа

Тяга 5 приводится в возвратно-поступательное движение. кривошипно-ша55 тунным механизмом 10-11, соединенным с валом электродвигателя 12, Переключатель 13 управляет включением электромагнита 9. Прерывистой линией схематично показано управление этим переключателем валом двигателя посредством кулачка, Пружина 14 сжатия упирается н упор 15, соединенный с тягой рядом с подшипником 6.

На стороне наковальни 1, противоположной стороне, взаимодействующей с молотком 4, приклеена акустическая линза 16, способная преобразовывать плоскую упругую волну, вызванную ударом молотка, в сферическую волну, которая распространяется в жидкости 17„ содержащейся в ванне

18, дном которой является фланец 2.

На фиг.2 и 3 показана наковальня 1, окруженная фланцем 2. Нижняя поверхность этого фланца крепится упругими кронштейнами 19 к краю цилиндрического корпуса 3. Положение плоскости фланца относительно горизонтальной плоскости может регулироваться посредством трех прецизионных винтов ?0-22, управляемых двигателями 23-25. Три датчика 26-28, например, пьезоэлектрического типа или датчики напряжений закреплены по окружности наковальни на стороне последней н контакте с линзой (не показана) напротив соответствующих регулировочных винтов, На фиг,4 представлена схема, содержащая три усилителя 29-31, связанные с соответствующими датчиками

26-28„ триггерами 32-34, выходы которых соединены с логической схемой 35, а ее выход через усилители с соответствующими двигателями 23-25, Схема, представленная на фиг.5, содержит два логических инвертора

36 и 37, которые соединены с триггерами 3?-34, а выходы инверторов соединены с входами схем И 38 и 39 °

На фиг.8 представлена конструкция, содержащая молоток 4, выполненный в ниде сплошной детали из легкого сплава 40, ка которой прпкрап5 16394 лена стальная пластинка 41, напри.мер, толщиной 3 мм посредством упругого слоя 42. Упор 15, выполненный в форме фланца, упирается в конце хода в подшипник 6 посредством упругой прокладки 43, предназначенной для исключения, блокировки молотка 4..

На фиг.10-1? показан генератор и10 ругих волн в виде наковальни 1, приклеенной к акустической линзе

16, Этнографический зонд 44 взаимодействует с зеркалом 45, которое ориентировано на 45 и качается вокруг о вала 46 благодаря двигателю 47. Диаметр зеркала 45 составляет 10 мм для обеспечения перехвата. только небольшой части звуковой энергии, подаваемой генератором упругих волн, Кроме 2р того, с таким устройством можно визуализировать .фокальное пятно образованного пучка упругих волн. Для этой цели на поверхность наковальни наклеивают тонкий лист пьезоэлек- 25 трического полимера типа PVF< (позиция 48, фиг.10) и соединяют его (показано прерывистой линией) с эхографическим устройством 49 ° Таким образом получают передачу эхографи- 30 ческого ультразвукового пучка, который имеет такую же геометрическую структуру, как и пучок упругих волн, подаваемый наковальней, но меньшей мощности и с более высокой частотой

35 импульсов. Лист PVF имеет полное сопротивление, близкое полному сопротивленив воды, и не мешает распространению волны давления, подаваемой наковальней, Этот упругий материал яв- 4О ляется очень стойким и может без ущерба пропускать волну давления.

Кроме. того, лист PVF позволяет контролировать форму импульса давления, На фиг.13 и 14 показан молоток 4 в виде цилиндрической чаши толщиной в, несколько миллиметров, которая взаимодействует с наковальней 1 такой же формы, охваченной втулкой 50, продолженной эа наковальню и служащей средством основания и центровки цилиндрического ярма электромагнита

51. Это ярмо 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

21

6 толщины детали 52 кольцевое гнездо для катушки 56, которая принимает постоянное питание.

Деталь 52, сердечник 54 и цилиндрические чаши 1 и 4 имеют совмещенные оси симметрии, а кольцевой край молотка 4 размещен напротив кольцевого воздушного зазора 55 таким образом, что цилиндрический узел (установленный с возможностью скольжения вокруг сердечника 54 в воздушном saзоре и образованный подвижной цилиндрической деталью 57, продолженной упругим упором 58) может входить в, соприкосновение с краем молотка. . Молоток связан с наковальней посредством двух металлических упругих дисков 59 и 60, снабженных круговыми волнистостями, которые делают возможным перемещение молотка на несколько миллиметров пб оси устройства, обеспечивая строгую боковую направленность, Цилиндрическая деталь 61 является жесткой и несет обмотку, питающуюся импульсами посредством гибких проводов (не показаны), в то время как упор 58 является упругим, Например, он выполнен из резины или силикона.

Этот узел легче молотка.

Полая цилиндрическая деталь 52 снабжена прорезью 62, открытой IIo наружной и внутренней образующим, для размещения пластинки 63, выполненной заодно с цилиндрической деталью 57 и для обеспечения возможности скольжения указанной пластинки параллельно укаэанным образующим, Эта пластинка препятствует вращению узла 57, 58 когда он приводится в движение под действием поля электромагнита на ток, проходящий через катушку (импульс тока 1/100 с, например, имеющий соответствующую полярность для подвода указанного узла в положение удара и противоположную полярность для его возврата в нерабочее положение).

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства, когда молоток 4 прижат к наковальне 1 пружиной 14 двигатель !2 приводит ярмо электромагнита в верхнее положение, в котором оно контактирует с якорем о.

В этот момент кулачок замыкает пере- ключатель 13 так, что электромагнит

9 возбуждается, ярмо осуществляет

1639421 движение вниз и увлекает за собой якорь 8. Таким образом, пружина 14 сжимается, В конце регулируемого хо», да, кулачок размыкает переключатель .

13 так, что электромагнит. 9 освобождает свой якорь, а пружина 14 действует на молоток 4,так, что он ударяет по наковальне 1, - Появившаяся сферическая волна 10 сходится в фокальиой точке линзы, где концентрируется значительное количество энергии, Если молоток 4 и наковальня 1 выполнены из стали при скорости удара 15

10 м/с, давление составляет 2 10 Па.

Однако основным условием достижения указанной мощности является требование, чтобы все точки поверхности входили в контакт строго одно- 20 временно, в противном случае волна перестает быть плоской и не может точно фокусироваться, следовательно, увеличивается продолжительность импульса,. его интенсивность относительно быстро понижается, Так например, для получения фронта подъема 1 мс со скоростью 1О м/с допуск горизонтальности и параллельности взаимодействующих поверхностей должен составлять 30 порядка + 5 мкм.

Такая горизонтальность может быть получена при обработке стальных деталей. Но основная трудность заключается в сложности регулировки параллельности, особенно в процессе работы.

Для гарантии поддержания этой параллельности несмотря на значительные нагрузки устройства в ходе его 40 работы используется автоматическое устройство регулировки.

Схема регулировки работает следующим образом, Датчики 26-28 реагируют на удар 45 по наковальне. Если молоток и наковальня не строго параллельны, перед-* ние 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 вфемя после удара. Та,ким образом. получают прямоугольные стробимпульсы различной ширины, которые подают на логическую схему

35, включенную для сравнения ширины стробимпульсов, поступающих от триггеров 33 и 34 с шириной строб" импульса, подаваемого триггером 32, взятого в качестве эталона, и для подачи сигналов, пропорциональных отклонениям ширины, Эти сигналы служат для управления двигателями

23"25 в направлении правого или левого вращения в зависимости от знака отклонений.

Таким образом, коррекция параллельности осуществляется постепенно в ходе каждого иэ последовательных ударов и непрерывно удерживается по истечении определенного промежутка времени. Двигатель 29, управляемый посредством усилителя 65 от источника возбуждения, подсоединенного к нему посредством переключателя 66, управляется вручную в правом или левом направлении для изменения среднего положения наковальни, На фиг.5 показана логическая схема, содержащая два логических инвертора 36 и 37, которые соответственно принимают сигнал а от триггера 32 ,-(фиг,4) и один из двух сигналов, на" пример b поступающих от триггеров

33 и 34 . Выходные сигналы а и Ь этих инверторов подаются на две схемы И

38 и 39, которые соответственно их принимают и, таким образом, выдают соответствующие логические произведения аЬ и «аЪ,На фиг.б показаны сигналы à, а

Ь, яЬ и аЬ, когда Ь опережает а, на фиг,7 — сигналы, когда а опережает Ь.

В первом случае выход аЬ является положительным в то время, как. выход аЬ является нулевым, а во втором случае происходит обратное. Таким образом можно управлять двигателем 24 в правом нли левом направлении с двумя выходами схем 38 и 39,, Идентичная схема, в которой инвертор 37 принимает сигнал с от триггера 34, управляет двигателем 25.

Кроме проблемы удержания параллельности наковальни и молотка в.процессЕ работы устройства возннкает другая проблема, а именно: остаточная деформация деталей вследствие продолжительного напряжения деталей, Чтобы сократить время контакта между .молотком и наковальней .до величины, необ" ходимой для создания упругого фронта

9

163 волны, преимущественно используют устройство, показанное на фиг,8, Молоток 4 представляет собой сплошную деталь 40 предпочтительно из легкого сплава, на которой крепится стальная пластинка 41, например, толщиной

3 мм посредством упругого слоя 42, Упор 15 в форме фланца упирается в конце хода в подшипник 6 посредством упругой прокладки 43, предназначенной для исключения мгновенной блокировки молотка, В этом нерабочем положении наружная сторона пластинки 41 молотка очень близка к наковальне (по конструкции устройства и вследствие регулировки среднего положения наковальни (на границе контакта), напри-. мер несколько сотых миллиметра). В конце хода тяги 5 сплошная часть 40 молотка 4, которая поступает с боль шой скоростью, блокируется, следовательно (в 1 или 2 мм перемещения) в результате взаимодействия упоров 15 перед соприкосновением с .наковальней. Однако .пластинка 41 благодаря упругости слоя 42 продалтает перемещаться по инерции на очень небольшое расстояние. В этом случае волна давления распространяется в наковальне 1 и в пластинке 41 и отражается на внутренней стороне пластинки 41 бла— годаря тому, что полное сопротивление укаэанной пластинки гораздо выше полного сопротивления упругого слоя 42, Эта отраженная волна анулирует падающее давление после промежутка времени, соответствующего ходу вперед и назад упругой волны в пластинке

41, по истечении которого давление на уровне наковальни становится, таким образом, анулированным, Этот эффект, сопряженный с вращающейся силой упругого слоя, приво-. дит к разрыву контакта между молотком и наковальней, В пластинке 41 продолжительность хода туда и обратно составляет порядка 1 мс, т,е. равна теоретической продолжительности образования фронта волны, Статические напряжения практически устраняются, На фиг.9 показано распространение волны давления P внутри пластинки 41 после удара .(Р - давление на задней стороне (или наружной), Р давление на передней стороне, на

9421 10 фиг.9а — момент удара; б-е - промежутки времени после удара, соответственно 0,25; 0,5 (момент отражения на задней стороне); 0,75; 0,9 и

1 мс.

Третья проблема достижения упругой волны состоит в аэродинамической амортизации: перед ударом воздушная прослойка заключена между молотком и наковальней и она может вызвать значительное торможение, Для ослабления этого эффекта помещают узел основания молотка в вакуумную камеру или, проще ° BbIIIoJIHHNT В наковальне или в молотке множество канавок для отвода воздуха.

Четвертой проблемой является проблема передачи энергии жидкости.

20 Полное сопротивление стали, в которой возникает волна, примерно в тридцать раз превышает полное сопро тивление воды и необходимы прослойки согласования полного сопротивления, 25 если хотят передать значительную часть энергии, Преимущественно помещают несколько прослоек с толщиной, равной четверти длины волны импульса, между материалами наковальни

H водой, Для эффективного воздействия на локализованный предмет, типа почечного камня, полезно точно локализовать его относительно сферического фокального пятна и визуализировать фактическое положение последнего.

Таким образом, ультразвуковой пучок, подаваемый зондом 44 соединенным с соответствующим передатчи4О ком электрических импульсов, входя.— щим. в эхографическое устройство 49, осуществляет секторную развертку в плоскости Р, перпендикулярной плоскости фигур 10 и 11 и проходящей

45 через ось симметрии генератора упругих волн фиг,12, Устройство 49 содержит также известные средства приема и визуализации эха, образованного йа цепи. Таким образом получают

5р визуализацию объекта, Формула изобретения

l.. Генератор упругих импульсов для разрушения почечных камней и камней в мочевом пузыре, .содержащий ис . точник упругих импульсов со сфери-. ческой поверхностью или источник уп. ругих импульсов с плоской поверхно- .

1639421

1г стью и акустической линзой, блок питания источника упругих импульсов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це-.,,лью уменьшения диаметра фокусного пятна за счет .увеличения энергии высокочастотной составляющей спектра, источник упругих импульсов содержит наковальню и молоток, причем профиль передающей етороны наковальни отличается от профиля ее приемной стороны, а молоток имеет две противопопожные параллельные стороны и ударный элемент и установлен с возможностью возвратно-поступательного движения относительно наковальни, а блок питания источника упругих импульсов выполнен в виде механизма продольной подачи молотка с возвратом. 20

2. Генератор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что,стороны молотка выполнены плоскими, 3. Генератор по п. 1, о т л и—

- ч а ю шийся тем, что он содер- 25 жит датчики, установленные равномерно по окружности передающей стороны наковальни, датчики соединены с блоком измерения временних сдвигов

-между фронтами волны, регистрируемых каждым датчиком, и регулирующие уст" ройства, соединенные с датчиками и

Ф выполненные B виде регулировочных винтов наклона наковальни, установленных равномерно на фланце напротив соответствующих датчиков.

4. Генератор о п, 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что молоток выполнен в виде детали, на которой через упругий слой закреплена пластинка, механизм продольной подачи молотка с возвратом содержит тягу, сое- . диненную с деталью, и заплечик, установленный с воэможностью упора в конце хода в ограничитель через ynpyryio прокладку, 5, Генератор по п, 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что акустическая линза приклеена к передающей стороне наковальни, причем между линзой и наковальней установлено не менее одйой согласующей пластинки, 6, Генератор по и, 5, о т л и ч аю шийся тем, что содержит эхографическое устройство, соединенное с зондом и со средствами секторнои развертки.

7, Генератор по п, 5, о т л и— ч а ю шийся тем, что содержит лист пьезокерамического полимера, приклеенный к передающей поверхности наковальни и соединенный с. эхографическим устройством.

8. Генератор по п, 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что механизм продольной подачи молотка содержит подвижное устройство, отделенное от молотка и установленное с возможностью соприкосновения с ним.

9, Генератор по пп, 1 и 8, а т— л и ч а ю m, и и с, я тем, что по- движное устройство выполнено в виде катушки с электромагнитом и снабжено упругим упором, 1639421. 1639421

Фиг. 7

Ф08. В

Г

Фиг,9.

1б39421

1р

Фиг. ff

62 !

Фиг. 14

Составитель О,Левин

Редактор Л.Пчолинская Техред Л.Олийнык

Корректор 0.11ипле

Заказ 934 Тираж 432 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113О35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагар на, и н

Г и 101