Способ акустотерапии и акустический катетер

 

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к ультразвуковой терапии при заболеваниях мочевого пузыря. Способ заключается в создании ультразвукового колебания с интенсивностью J_o=0,2-0,6 Вт/см^-2 в непрерывном режиме с курсом лечения 6-10 процедур, при этом в мочевой пузырь вводят катетер, ожидают заполнение катетера мочой либо заполняют его лечебной жидкостью, осуществляют в жидкости волноводное распределение ультразвуковых колебаний, возбуждая их с наружной стороны катетера с продолжительностью от 1 до 5 мин с рабочей частотой f_o, которую при скорости звука в резине катетера больше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер, выбирают в пределах неравенства а при скорости звука в резине катетера меньше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер, f_о выбирают в пределах неравенства где ρ_o, С_о - плотность и скорость звука в жидкости, заполняющей катетер соответственно; α - радиус катетера; ρ_рез - плотность резины, из которой выполнен катетер; h_рез - толщина резиновой стенки трубки катетера; Е и Y - соответственно модули Юнга и Пуассона материала, из которых выполнен катетер. Способ осуществляют посредством катетера, содержащего последовательно соединенные высокочастотный генератор, высокочастотный ультразвуковой излучатель, концентратор, механически соединенный с катетером. Концентратор выполнен с цилиндрическими ступенями, при этом длину более тонкого цилиндра 1₁ выбирают по длине вводного наружного конца катетера и его поперечное сечение S₁ = πα², а длину более толстого цилиндра l₂ выбирают из условия где V - скорость звука в материале концентратора; S₂ - площадь поперечного сечения более толстого цилиндра рассчитывают по формуле где ξ_кер - колебательная скорость торца излучателя; J_o - терапевтическая интенсивность ультразвукового воздействия. Использование изобретения позволяет повысить эффективность при лечении заболеваний. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицине, а более конкретно к ультразвуковой терапии.

Требуемым результатом является повышение эффективности лечения болезней мочеполовой системы человека.

Известен способ лечения больных хроническим циститом, цисталгией, простатитом, нарушений иннервации мочеполовой системы с помощью ультразвука. При этом способе создаются ультразвуковые колебания в области мочевого пузыря через кожные и жировые покровы [В.Т. Карпинский, Н.И. Нестеров, Д.Л. Роман. Ультразвуковая терапия больных хроническим простатитом. - Вопр. курортологии. -1977, 3, - с.75-77].

Недостатком способа-аналога является недостаточная эффективность лечения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, описанный в книге под ред. проф. В.М. Богомолова. Техника и методики физиотерапевтических процедур. Справочник. - М.: Медицина, 1983, - с. 243, второй абзац сверху. Согласно этому способу при лечении заболеваний мочевого пузыря создаются ультразвуковые колебания на частоте 880 кГц; воздействие ими производят на живот в надлонной области; интенсивность выбирают в 0,2-0,6 Вт/см^-2, режим непрерывный или импульсный, методика лабильная, способ контактный. Продолжительность процедуры 5-10 мин ежедневно или через день, на курс лечения 8-10 процедур.

Недостатком способа-прототипа является его недостаточная эффективность при лечении заболеваний мочевого пузыря.

Известен ультразвуковой инструмент (SU 1507352 А1, 15.09.1999 г.), содержащий последовательно соединенные генератор высокочастотных электрических колебаний, высокочастотный излучатель с торцом которого механически соединен концентратор и установленный на нем гибкий волновод в виде катетера.

Недостатком устройства-прототипа является недостаточная эффективность его применения.

Задачей изобретения является повышение эффективности лечебного воздействия ультразвука на больные ткани мочевого пузыря пациента. При использовании изобретения ультразвуковое излучение производится непосредственно в мочевом пузыре пациента путем трансформации внутрь мочевого пузыря акустических колебаний по ультразвуковому волноводу, в качестве которого используется катетер.

Предлагаемый способ акустотерапии при заболеваниях мочевого пузыря, как и способ-прототип, содержит создание ультразвукового колебания с интенсивностью J_o= 0,2-0,6 Вт/см² в непрерывном режиме с курсом лечения 8-10 процедур. В способ введены следующие дополнительные операции: введение в мочевой пузырь катетера, заполнение катетера либо мочой, либо лечебной жидкостью, осуществление внутри катетера волноводного распространения ультразвуковых колебаний при возбуждении этих колебаний с наружной стороны катетера с продолжительностью процедур от 1 до 5 мин при 8-10 процедур на курс, причем, если скорость звука в резине катетера больше скорости звука в среде, то ультразвуковое возбуждение осуществляют на частоте f_o, ограничено неравенством
где ρ_o, С_о - плотность и скорость звука в жидкости, заполняющей катетер соответственно,
α - радиус катетера,
ρ_рез - плотность резины, из которой выполнен катетер,
h_рез - толщина резиновой стенки трубки катетера,
если скорость звука в резине катетера меньше скорости звука в среде, то рабочая частота f_o ограничена неравенством

где Е и Y - модули Юнга и Пуассона в материале катетера.

Акустический катетер так же, как и устройство-прототип, содержит последовательно соединенные высокочастотный ультразвуковой излучатель, концентратор механически соединен с катетером.

Рабочую частоту генератора f_o выбирают в пределах неравенства (1) при скорости звука в резине катетера больше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер, и в пределах неравенства (2) при скорости звука в резине катетера меньше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер. Концентратор выполнен с цилиндрическими стержнями, при этом длину более тонкого цилиндра l₁ выбирают по длине вводного наружного конца катетера и его поперечного сечения S₁ = πα², а длину более толстого цилиндра l₂ выбирают из условия

где V - скорость звука в материале концентратора,
S₂ - площадь поперечного сечения цилиндра рассчитывается по формуле:

где ξ_кер - колебательная скорость торца излучателя,
J_o - терапевтическая интенсивность ультразвукового воздействия.

На фиг.1 приведена блок-схема акустического катетера.

На фиг 2 приведено схематическое изображение стержневого ультразвукового излучателя с концентратором и катетером.

Акустический катетер содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор (1), высокочастотный ультразвуковой излучатель (2), концентратор 3 механически соединен с катетером (4). Рабочую частоту f_o генератора 1 выбирают в пределах неравенства (1) при скорости звука в резине катетера 4 больше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер, и в пределах неравенства (2) при скорости звука в резине катетера 4 меньше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер, концентратор 3 выполнен с цилиндрическими стержнями, при этом длину более тонкого цилиндра l₁ выбирают по длине вводного наружного конца катетера 4 и его поперечного сечения S₁ = πα², а длину более толстого цилиндра l₂ выбирают из условия (3), площадь поперечного сечения более толстого цилиндра рассчитывается по формуле 4.

Работа акустического катера осуществляется следующим образом. Высокочастотный генератор 1 создает электрические колебания на частоте f_o, выбранной согласно неравенству (1). Эти колебания по высокочастотному кабелю 6 поступают на высокочастотный ультразвуковой стержневой излучатель 2, колебания которого возбуждают концентратор 3, который в свою очередь возбуждает жидкость в волноводе катетера 4. Ультразвуковые колебания через волновод катетера 4 поступают в мочевой пузырь.

При использовании катетера 4 в качестве волновода, передающего ультразвуковые колебания в мочевой пузырь от находящегося снаружи высокочастотного ультразвукового излучателя 2, необходимо обеспечить, чтобы распространение волны в нем не зависело бы от того, прямая его ось или изогнутая. Такое явление наблюдается только в узких в акустическом плане трубках, в которых во всех случаях давление и скорость частиц остается практически постоянным по всему сечению узкой трубы и зависят только от одной координаты - расстояния, отсчитываемого вдоль узкой трубы.

Круговая труба радиуса α<0,61χ,
где χ - длина волны в жидкости, заполняющей узкую трубу.

Следовательно, рабочая частота f_o должна удовлетворять условию

где С_о - скорость звука в жидкости, заполняющей трубу.

В трубах с податливыми стенками акустическое давление вызовет не только сжатие среды, но и изменения сечения трубы.

Для резиновых труб целесообразно рассмотреть два случая:
1) для резин, в которых скорость волн в резине больше скорости звука в жидкости, заполняющей трубу;
2) для резин, в которых скорость волн в резине меньше скорости звука в жидкости, заполняющей трубу
Если скорость волн в материале трубы больше скорости звука в среде, заполняющей трубу, то распространение звука в такой трубе возможно не на всех частотах: ниже критической частоты волна неоднородная, экспоненциально меняющаяся вдоль волновода, и колебания в ней происходят синфазно во всех точках. При частотах выше критической волна распространяется.

В критической точке фазовая скорость бесконечно и затем монотонно уменьшается по мере увеличения частоты, стремясь к скорости звука в неограниченной среде С_о [М.А. Исакович. Общая акустика. - М.: Наука, 1973.-С.202-220].

Таким образом, второе ограничение на рабочую частоту f_o имеет вид

Теперь рассмотрим случай выполнения катетера 4 из резины, скорость волны в которой меньше скорости звука в среде, заполняющей трубку.

Для такой трубки диапазон частот, при которой трубу можно считать узкой, будет лежать радиальный резонанс трубы, при котором проводимость стенок обращается в бесконечность.

При частотах ниже резонансных проводимость будет иметь характер упругости, а при частотах выше резонансных - характер массы.

При радиальных колебаниях трубы под действием гармоничного внутреннего давления Р боковые стенки трубы можно считать колебательной системой, в которой элементом массы является масса самой стенки, а упругая сила создает растяжение оболочки при изменении ее радиуса. В этом случае рабочая частота f_o лежит для катетера 4 из резины со скоростью звука меньшей, чем в среде, в пределах

Требуется обеспечить заданную интенсивность J_o при радиусе трубки α, т. е. на площади S_o = πα². Тогда, чтобы обеспечить заданную интенсивность требуется создать колебательную скорость

где ξ_o - колебательная скорость в среде катетера.

Увеличение колебательной скорости достигнуто с помощью концентратора 3 ступенчатого типа с помощью двух соединенных стержней с площадями поперечных сечений S₁ и S₂.

При разных длинах l₁ и l₂, если l₂ выбрано из соображений построения акустического катетера 4, то

на частоту f_o [Н.Н, Теумин. Ультразвуковые колебательные системы, - М.: Машиздат,-1959. - С.217].

Как известно, коэффициент усиления для амплитуды колебательной скорости

Для обеспечения терапевтической интенсивности J_o необходимо, чтобы

Следовательно, необходимо выбрать

Были проведены клинические исследования, которые показали, что у пациентов после курса лечения наблюдается снятие болевого синдрома, происходило уменьшение воспалительных и спастических явлений, восстанавливался диурез, улучшался состав мочи.

Таким образом, способ акустотерапии и акустический катетер решают требуемую задачу изобретения.

Построение генератора 1 известно из практики акустических измерений. Построение ультразвуковых стержневых излучателей 2 известно из практики гидроакустики (см. , например, Подводные электроакустические преобразователи. Расчет и проектирование.: Справочник (В.В. Богородицкий и др. -Л.: Судостроение, 1983, 248 с., с.97-100)). Ультразвуковые концентраторы 3 известны, например, из книги Н.Н. Теумин. Ультразвуковые колебательные системы. - М.: Машиздат, -1959. - 331 с. Катетер 4 используется серийно выпускаемый.

Формула изобретения

1. Способ акустотерапии при заболеваниях мочевого пузыря, содержащий создание ультразвукового колебания с интенсивностью J_o= 0,2-0,6 Вт/см^-2 в непрерывном режиме с курсом лечения 6-10 процедур, отличающийся тем, что вводят в мочевой пузырь катетер, ожидают заполнение катетера мочой, либо заполняют его лечебной жидкостью, осуществляют в жидкости волноводное распределение ультразвуковых колебаний, возбуждая их с наружной стороны катетера с продолжительностью от 1 до 5 мин с рабочей частотой f_o, которую при скорости звука в резине катетера больше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер, выбирают в пределах неравенства

а при скорости звука в резине катетера меньше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер, f_о выбирают в пределах неравенства

где ρ_o, С_о - плотность и скорость звука в жидкости, заполняющей катетер соответственно;
α - радиус катетера;
ρ_рез - плотность резины, из которой выполнен катетер;
h_рез - толщина резиновой стенки трубки катетера;
Е и Y - соответственно модули Юнга и Пуассона материала, из которых выполнен катетер.

2. Акустический катетер, содержащий последовательно соединенные высокочастотный генератор, высокочастотный ультразвуковой излучатель, концентратор, механически соединенный с катетером, отличающийся тем, что рабочую частоту генератора f_o выбирают в пределах неравенства

при скорости звука в резине катетера больше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер, и в пределах неравенства

при скорости звука в резине катетера меньше скорости звука в жидкости, заполняющей катетер, концентратор выполнен с цилиндрическими ступенями, при этом длину более тонкого цилиндра 1₁ выбирают по длине вводного наружного конца катетера и его поперечное сечение S₁ = πα², а длину более толстого цилиндра l₂ выбирают из условия

где V - скорость звука в материале концентратора;
S₂ - площадь поперечного сечения более толстого цилиндра рассчитывают по формуле

где ξ_кер - колебательная скорость торца излучателя;
J_o - терапевтическая интенсивность ультразвукового воздействия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2