Устройство для ультразвуковойхирургии

 

О П И С А Н И Е,< 850068

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. санд-ву (5! )М. Кл. (22) Заявлено 01.06.79 (21 j 2773899/28-13 с присоединением заявки 34 (23) Приоритет

А 61 В 17/32

9кудяретванный квинтет

СССР ао делам нзабретаннй н атнритнй (53) УДК 615..471 (088,8) Опубликовано 30.07,81; Бюллетень Рй 28

Дата опуб.-,.нкования описания 30.07.81 приборостроения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ХИРУРГИИ

Изобретение относится к медицинской техжтке, а именно к ультразвуковым хирургическим ой с г и а м .

Известно устройство для ультразвуковой хирургии, содержащее последовательно соединен. ные генератор ультразвуковой частоты с преобразователем электрических колебаний в механические, рабочий инструмент с датчиком колебаний инструмента, схему обратной связи и схему стабилизации амплитуды инструмента Щ.

Однако применение известного устройства иэ-за поперечных вибраций рабочего инструмента, возникающих нз — за отсутствия средств, обеспечивающих работу устройства только на рабочей частоте его, снижает надежность в процессе длительных операций.

Цель изобретения — уменьшение травматичностиУказанная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой хирургии, содержащем последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты с преобразователем электрических колебаний в механические, рабочий инструмент с датчиком колебаний ин2 струмента, схему обратной связи и схему ста.билизации ампщгтуды инструмента, схема обратной связи и схема стабилизации амплитуды инструмента выполнены в виде последовательно соединенных схем вьщеления напряжения обратной связи трансформатора, фаэовращателя, полосового усилителя, регулируемого ограничителя и усилителя напряжения, причем вход схемы выделения напряжения обратной связи соединен с выходом датчика колебаний инструмеи © та, а выход усилителя напряжения соединен со входом генератора ультразвуковой частоты.

При этом преобразователь электрических . колебаний в механические и датчик колебаний инструмента выполнены в виде единого пьез. преобразователя.

При этом в него введен индикатор реэонаюьса, выполненный в виде светодиода, соединенного с датчиком колебаний инструмента.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для ультразвуковой хирургии; на фиг. 2 — электрическая принципиальная схема устройства для ультразвуковой хирургии.

850068

Устройство содержит источник 1 питания, последовательно соединенные генератор 2 ультразвуковой частоты с преобразователем электрических колебаний в механические, рабочий ин-. струмент 3 с датчиком 4 колебаний инструмен5 та, причем преобразователь электрических колебаний в механические и датчик 4 колебаний инструмента выполнены в виде единого пьезопреобразователя, схему обратной связи и схему стабилизации амплитуды инструмента, выполненные в виде последовательно соединенных схем 5 выделения напряжения обратной связи трансформатора 6, фаэовращателя 7, полосового усилителя 8, регулируемого ограничителя 9, усилителя 10 напряжения и индикатор 11 резонанса, выполненный в виде светодиода, соединенного с датчиком 4 колебаний инструмента.

При этом вход схемы 5 выделения напряжения обратной связи соединен с выходом датчика 4 колебаний инструмента, а выход усилителя 10 20 напряжения соединен со входом генератора 2 ультразвуковой частоты, При этом источник 1 питания представляет собой выпрямитель со стабилизатором выпрямленного напряжения и соединен с генератором 2, полосовым усилителем 8, ограничителем 9 и усилителем 10. Генератор 2 состоит из трап:истора TI и соединен через выходной согласующий трансформатор

Tp-I со схемой 5 выделения напряжения обратной связи и датчиком 4 колебаний инструмента, выполненным в виде пьеэопреобразователя.

Рабочий инструмент 3 представляет собой механический резонатор, выполненный в виде концентратора ультразвуковых колебаний с режущим устройством на его конце, причем концентратор жестко соединен с датчиком 4 колебаний. который в то же время является возбудителем механических колебаний. Схема 5 выделения напряжения обратной связи содержит конденсатор С,1 и два переменных резистора Й4 u Rg 4p

Ь которые вместе со статической емкостью С1 пьезопреобразователя образуют мост. Если выполнено условие — .= —, то напряжение

С Rz с обратной связи, возникающее между концами резисторов й1 и R, зависит только от динамического сопротивления пьезопреобразователя.

Усилитель 10, включенный в цель обратной связи, обеспечивает режим самовозбуждения генератора 2, Трансформатора 6, первичная обмотка которого соединена с выходом схемы 5 выделения напряжения обратной связи, выполняет функции согласования, вторичная обмотка его соединена со входом фазовращателя 7, который состоит из двух конденсаторов, двух резисторов

-и потенциометра. Подбором значений емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов

: обеспечивают в узком диапазоне рабочих частот на выходе фаэовращателя сдвиг фаэ около

4 (+ <<). С помощью потенциометра осуществляется плавная регулировка фазы от - ) до

-(—

2 с(/

+ 4 — ). Регулировка фазы позволяет обеспечить работу инструмента 3 с пьезопреобраэователем точно на его резонансной частоте.

Полосовой усилитель 8 состоит из транзистора, работающего в режиме усиления с одним или несколькими настроенными контурами в выходной цепи. Контура настроены со сдвигом по резонансной частоте таким образом, что необходимое для самовозбуждения генератора 2 усиление получают только в рабочей полосе частот. Регулируемый ограничитель 9 напряжения обратной связи содержит диод 01, три резистора R3, Вч, 85 и потенциометр 66, обеспечивающий постоянство напряжения обратной связи, подводимого к транзистору TT генератора 2, что, в свою очередь, стабилизируют переменную составляющую тока транзистора TI и, следовательно, амплитуду механических колебаний инструмента 3. Для этого необходимо, чтобы напряжение обратной связи с выхода полосового усилителя 8 было всегда больше напряжения на входе усилителя 10, необходимого для получе- . ния заданной величины переменной составляющей выходного тока транзистора Tl.Это условие обес-печивают соответствующим выбором коэффициента усиления полосового усилителя 8.С помощью потенциометра и 6,создающего запирающее напряжение в цепи диода 0 1, регулируют величину. ограниченного напряжения обратной связи, а,следовательно, и амплитуду колебаний инструмента

З,которая пропорциональна леремещгой составляющей выходного тока транзистора Tl. Индикатор ll резонанса выполнен в виде светодиода

02, подключенного параллельно преобразователю, При постоянном значении выходного тока транзистора Tl генератора 2 напряжение на инструменте 3, колеблющемся на собственной резонансной частоте, минимально. Таким образом, по минимальному свечению светодиода 02 определяют точку резонанса.

Устройство для ультразвуковой хирургии работает следующим образом.

Выпрямленное напряжение от источника 1 питания подается на генератор 2, в режиме ,самовозбуждения которого на резонансной (или очень близкой к резонансной) частоте, возникает напряжение на зажимах пьезолреобразователя инструмента 3 и схемы 5 выделения напряжения обратной связи. Протекающий через. пьеэопреобразователь инструмента 3 ток содержит реактивную составляющую I = jU> (5Си, где UR — напряжение на пьезоэлементе; Гg статическая емкость пьезоэлемента и активную составляющую l=- чФ., где R — динамическое сопротивление пьезоэлемента, которое при работе инструмента 3 точно на резонансной частоте С1 1

Напряжение обратной связи, снимаемое с концов резисторов R и R2, равно разности паде; ний напряжений на них

„= . „82+ jl<„RQ — jt RR

Й2-ll фИ

R — динамическое сопротивление сп 1 до

Регулируя сойротивления резисторов й1 и женного пьезоэлемента, R2, получают равенство

20 П

"pH появлении и.дальнеишем увеличен

Я2= Р грузкн инструмент 3 возрастает величи тогда напряжение обратной связи но ток генератора 2 почти не изменяетс ся постоянной и амплитуда механически банни инструмента, а напряжение на ин

Это напряжение подают на первичную обмотку 25 те возрастает и с ним возрастает мощно трансформатора 6, со вторичной. обмотки кото- потре ляемая последним. Рабочий режим рого напряжение подают на вход Фаэовпащателя 7. Фаза напряжения обратной связи, снимаемого регулировках мощности работу ультразв с потенциометра фаэоврашателя 7, регулируемая в

Г1 инструмента 3 на резонансной частоте. У пределах (+ +— ), позволяет установить частоту

4 о ленная на определенном уровне амплиту колебаний, точно совпадаюшую с резонансной лебаний инструмента стабильна во врем частотой инструмента 3, при этом динамическое при нагруженин последнего на биологич входное сопРотивление пьеэопреобразователя Р а у HbUJMTCR н б л е 20 o чисто активное и минимально. Коэффн о ни ально. Коэффициент сравнению с режимом колебаний без на тРансфоРмации тРансфоРматоРа Т 1 генеРато- Ilg ää p беспечи ае получение амплнту

Р од иРают таким, чтобы пРи минимальном лебаннй инструмента до 50 мкм при по а 2 подби ают таким чтобы входном сопротивлении пьезопреобразователя мой электрической мощности 6 Вт. режим транзистора Tl был глубоко недонапряженным. Подаваемое на вход полосового усилителя 8 с фаэоврашателя 7 напряжение 4о обратной связи усиливается только в узкой полосе рабочих частот благодаря полосовому фильтру и по своей величине намного превышает значение, необходимое для самовозбуждения генератора 2. С выхода полосового усилителя 8 усиленное напряжение подводят к регулируемому ограничителю 9, который ограничивает амплитуду напряжения на различных уровнях, определяющих амплитуду колебаний инструмента 3 с помощью потенциометра R6. чп Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство применено при проведении 21 операции (дакриоцисторнностомии, по поводу отслоек сетчатки). Оно обеспечивает сокращение продолхопельности операций в 2-3-раза при одновременном повышении их качества и снижении травматичности, что ускоряет заживление на 2-3 дня, кроме того, повышена надежность инструмента в процессе длительных операций.

5 85006 является чисто активным (величиной сопротивления резистора R2 ввиду ее малости можно пренебречь), Ток l, проходяший через пьезопреобразователь, равный сумме токов lq и )С создает на концах резистора R2 падение напряжения

UR2= lRe(l И + l„)R2

Через конденсатор Cl (пренебрегая величиной

Rl) протекает ток с

Этот ток реактивный и создает на зажимах резистора R l падение напряжения

8 6 струмента 3 и малые потери мощнос:и, а следовательно, и малый нагрев инструмента 3 в отсутствии нагрузки, Действительно, при глубоко недонапряженном режиме генератора 2 он приближается по своей нагрузочкой характеристике к генератору тока — сила тока его почти не зависит от сопротивления нагрузки. Ненагруженный инструмент 3 обладает малым входным сопротивлением (активным прн работе на резонансной частоте) н выделяемая в нем мощность равна

Э Рда

P = где — амплитуда переменной составляюшей тока генератора 2 (эдесь пренебрегается значение тока, протекающего через емкости CI u CII и компенсирующую индуктивность L); ненагруии нана Rp, я, остаетх конеструменсть, устройсех укового станов.да ко- ени, и ескую по грузки. ды кодводиТаким образом, амплитуда напряжения обратной связи остается постоянной в широких пределах колебаний тока, проходяшего через пьезопреобразователь, что обеспечивает устой вавость режима и малую зависимость амплитуды колебаний инструмента 3 от нагрузки. Глубоко недонапряженный режим генератора 2 обеспечивает широкии диапазон рабочей нагрузки ин1. Устройство для ультразвуковой хирургии, содержащее последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты с преобразовау телем электрических колебаний в механические, рабочий инструмент с датчиком колебаний инструмента, схему обратной связи и схему стаби . лизацни амплитуды инструмента, о т л и ч а юШ е е с я тем, что, с целью уменьшения травИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР Н 578065, кл. А 61 В 17/32, 1975.

7 850068 8 матичности, в нем схема обратной связи н схема колебаний в механические и датчик колебаний стабилизации амплитуды инструмента выполне- инструмента выполнены в виде единого пьезоны в виде последовательно соединенных схемы преобразователя. выделения напряжения обратной связи, трансформатора, фазовращателя, полосового усилите- 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ели, регулируемого ограничителя и усилителя е с я тем, что в него введен индикатор резонапряжения, причем вход схемы выделения на- панса, выполненный в виде светодиода, соедипряжеиия обратной связи соединен с выходом пенного с датчиком колебаний инструмента. датчика колебаний инструмента, а выход усилителя напряжения соединен со входом генератора ультразвуковой частоты.

2. Устройство пои. 1, отлича ющее сятем,,что преобразователь электрических,