Дипломная работа: Модернізація апарату для ультразвукової терапії шляхом удосконалення блоку живлення

Інші друковані плати генератора розташовані горизонтально усередині шасі.

На передній панелі розміщені органи керування й індикації:

1) кнопка МЕРЕЖА, призначена для комутації мережного ланцюга генератора з живильною мережею;

2) перемикач ХВИЛЕВІД, що складається з трьох кнопок „1”,”2”, „3”, призначений для комутації ланцюга напруги, подаваного на перетворювач, з відповідним хвилеводом;

3) перемикач АМПЛІТУДА, що складається з двох кнопок „2” і „5”, призначений для комутації ланцюга напруги, подаваного на ультразвуковий випромінювач;

4) індикатор ЧАСТОТА кГц, що складається з двох цифрових індикаторів, що забезпечують світлову індикацію частоти ультразвукової вібрації на хвилеводі;

5) індикатор, що забезпечує світлову цифрову індикацію положення кнопок перемикача ХВИЛЕВІД;

6) індикатор амплітуди вібрації МКМ, що забезпечує світлову цифрову індикацію положення кнопок перемикача АМПЛІТУДА;

7) індикатор, що складається з трьох цифрових індикаторів, що забезпечують світлову індикацію установки, скидання й обліку часу процедури в хвилинах і секундах;

8) перемикач ЧАС, що складається з двох кнопок СКИДАННЯ й ВСТАН., призначений для комутації ланцюга скидання часу процедури й установки часу процедури;

9) кнопка ПРОЦЕДУРА, призначена для комутації ланцюга включення і вимикання амплітуди механічних коливань, а також для вимикання звукової сигналізації.

Перетворювачі ИУТ-22 і ИУТ-44 на 22 і 44 кГц виконані циліндричної форми і складаються з: джгута, кришки, пружини, підвісу, перетворювача, роз’єму, що служить для приєднання до генератора.

Змінні хвилеводи мають веретеноподібну форму, приєднання їх до перетворювача здійснюється за допомогою різьбового з’єднання, на кінці хвилеводу міститься наконечник, що виконаний з урахуванням анатомічної будови органів людини, що озвучуються.

Блок живлення повинен підключатися до промислової мережі ~Uвх=220В, f=50Гц. Вихідні параметри:

Uвих1=+10В,Uвих2=50В, Рвих1= І∙U=10·2=20Вт; Рвих2=1∙50=50Вт.

Складемо схему блока живлення (рис.2.4.1), яка складається з силового трансформатора, трьох мостових двонапівперіодних випрямлячах на напівпровідникових діодах, трьох RC фільтрів для згладжування пульсацій і схем стабілізації, які виконані як транзисторні компенсаційні стабілізатори напруги, які повинні працювати з коефіцієнтом стабілізації Кст=30 при струмі навантаження до 50мА.

Рис.2.4.1.

Розрахунок силового трансформатора.

1. Потужність, яка знімається з двох вторинних обмоток трансформатора

РІІ=Рвих1+Рвих2 =20+50=70Вт.

2. Прийняв ККД трансформатора ηтр=0,85, отримаємо потужність, яка споживається від електромережі [7]:

РІІ’==82,4Вт.

3. Площа поперечного перерізу осердя:

Q0=1,1=10см2.

Коефіцієнт перед радикалом взятий 1,1 з врахуванням того, що використовується трансформаторна сталь середньої якості.

Вибираємо для зборки осердя стрічковий кільцевий магнітопровід типу ОЛ.

Для площі Q0=10см2 підходить кільце ОЛ40/64-40, для якого

Q0’=11 см2

Як бачимо 11см2>10см2, відповідно магнітопровід вибраний правильно.

4. Число витків на один вольт

N1=6.

5. Число витків первинної обмотки:

n1=N1∙U1=6∙220=1320.

6. Число витків вторинних обмоток:

n2’= 1.25∙N1∙UH=1,25·6·10=75, n2’’=1.25∙N1∙UH=1,25∙6∙50=375.

7. Струм, який протікає по первинній обмотці:

ІІ=0,37А.

8. Діаметр проводу первинної обмотки:

d1=0,8∙=0,5мм.

9. Діаметри проводів вторинних обмоток:

d2’=0.8 =0,8мм, d2’’ = 0.8 =1,1мм

10. Перевіряємо можливість розміщення розрахованих обмоток у вікні осердя. Із таб.20 [7] знаходимо число витків, що припадає на 1см2 рядової обмотки діаметром 0,5мм (первинна обмотка). Якщо провід з емалевою ізоляцією марки ПЕ, то це число рівне 308. При загальному числі витків 1320 площа, яку займе первинна обмотка:

1320: 308= 4,3см2.

Площа, яка зайнята вторинними обмотками: для проводу 0,8 з емалевою ізоляцією марки ПЕ, число витків, що припадає на 1см2 відповідно до таб.20 [7] 128, для проводу 1,1см2 з емалевою ізоляцією марки ПЕ, число витків, що припадає на 1см2 відповідно до таб.20 [7] 69.

Тоді

75: 128=0,6см2.

375: 69=5,4см2

Загальна площа всіх обмоток:

4,3+0,6+5,4=10,3см2

Приймаючи коефіцієнт заповнення 0,7, отримаємо загальну площу реальних обмоток:

Qобм==14,7см2.

Приймаємо осердя кільцеве типу ОЛ.

Площа вікна у вибраного осердя:

Qв==15см2.

Очевидно, що розраховані обмотки розмістяться у вікні вибраного осердя.

Розрахунок трьох випрямлячів.

Випрямляч складається з трансформатора Тр1, який змінює напругу в розгляненій схемі з ~220В 50Гц до 22В 50Гц; вентилів, які випрямляють змінну напругу і згладжуючого фільтра. Вентиль являє собою нелінійний елемент, опір якого в прямому напрямку у сотні-тисяч разів менше, ніж у зворотному. В якості вентилів будемо використовувати напівпровідникові діоди.

Основні параметри випрямлячів - напруга та частота живлячої мережі та їх відхилення від номінальних, повна потужність, яка споживається від живлячої мережі при номінальному навантаженні, номінальний струм навантаження та його можливі відхилення від номінального, номінальна вхідна напруга, коефіцієнт пульсації вихідної напруги.

Коефіцієнт пульсації вихідної напруги Кп0, %, являє собою відношення подвійної амплітуди пульсацій 2Um до номінальної вхідної напруги U0:

Кп0=.

Подвійна амплітуда пульсацій вимірюється як сума позитивної та від’ємної напівхвилі змінної складової вихідної напруги.

З трьох схем, які частіше всього використовуються у випрямлячах для пісилюючо-перетворюючих пристроїв приладів: однонапівперіодна (однофазна), двонапівперіодна (двофазна) та однофазна мостова схема вибираємо останню, яка характеризується хорошим використанням потужності трансформатора. Зворотна напруга на вентилях при такій схемі у два рази менша, ніж при одно - і двонапівперіодній схемах випрямлення. Напруга на вторинній обмотці трансформатора при мостовій схемі приблизно у два рази менша, ніж при двонапівперіодній із середнім виводом обмотки, частота пульсацій така ж, тобто у два рази більша частоти живлячої мережі 50×2=100Гц (мал.2.4.2).

Рис.2.4.2.

Однофазна мостова схема (рис.2.4.2) містить трансформатор Тр та чотири вентилі, зібрані за схемою моста. Живляча напруга вторинної обмотки трансформатора включена в одну з діагоналей моста, а в іншу включений опір навантаження. Додатнім полюсом навантаження являється загальна точка з’єднання катодів вентилів, від’ємним - точка з’єднання анодів.

Форма кривої напруги вторинної обмотки трансформатора показана на рис.2.4.3.

Рис.2.4.3 Лінійні діаграми мостового випрямляча.

При додатній напівхвилі синусоїди напруги U2 струм протікає через вентиль В1, опір навантаження Rн і вентиль В3 у напрямку, показаному суцільними стрілками. Вентилі В2 і В4 у цей момент струм не пропускають і знаходяться під зворотною напругою, тобто вони закриті. У другий напівперіод, коли потенціал верхнього кінця обмотки стає від’ємним, а потенціал нижнього - додатнім, струм протікає через вентиль В2, опір навантаження Rн і вентиль В4 у напрямку вказаному пунктирними стрілками.

Вентилі В1 і В3 у цей напівперіод струму не пропускають. З діаграми бачимо і на схемі (рис.2.4.2), що напрям струмів, які протікають крізь навантаження протягом обох напівперіодів, співпадають.

Струм вторинної обмотки трансформатора протікає протягом усього періоду, причому напрям його змінюється кожний напівперіод (рис.2.4.3 І21, І22). Відповідно, у вторинній обмотці протікає змінний синусоїдний струм (при активному навантаженні), забезпечуючи хороше використання трансформатора в схемі.

Співвідношення між параметрами навантаження і вентиля наступні:

1. Фазова ЕРС у вторинній обмотці трансформатора:

U2==11,1B.

2. Максимальне значення зворотної напруги:

Uзвор. макс=1,57∙Uн=1,57∙10=15,7В.

3. Середнє значення струму через вентиль:

Іа=0,5∙Ін=0,5∙1=0,5А.

4. Максимальне значення струму через вентиль:

Іа макс=1,57∙Ін=1,57∙1=1,57А.

5. Значення струму, який протікає у вторинній обмотці трансформатора:

І2=1,11∙Ін=1,11∙1=1,11А.

6. Значення струму, який протікає в первинній обмотці трансформатора:

І1==0,06А,

де КТ=20.

7. По розрахованим параметрам згідно табл. IV-4 [5] вибираємо для мостової схеми кремнієві діоди типу КД202Д з наступними параметрами:

найбільше значення зворотної напруги Uзвор. макс=200В;

середнє значення випрямленого струму без радіатора 1,0А;

падіння напруги в прямому напрямку при максимальному значенні випрямленого струму 1В.

Для другого випрямляча розрахунок аналогічний. Вибираємо діоди типу КД202Д.

Розрахунок згладжуючих фільтрів.

Так як після фільтру стоїть стабілізатор і струм на виході фільтра часто не перевищує 30мА, то приймаємо коефіцієнт пульсації на виході фільтрів Кп. доп=0,01=1%, а вид фільтру (рис.2.4.4).

Рис.2.4.4.

Параметри фільтру визначаємо із співвідношення:

RC=1,5∙105q/мf,

де q - коефіцієнт згладжування

q=,

де Кпо і Кп1 - коефіцієнти пульсацій на вході і виході фільтра відповідно.

q=.

У противному випадку можуть виникнути резонансні явища.

м - число фаз випрямляча, м=1.

f - частота живлячої мережі, f=50Гц.

Задаючи Rф1=6,2кОм, отримаємо Сф1:

Сф1==940мкФ.

Для другого фільтра

Rф2=6,2кОм.

Сф2==940мкФ.

Приймаємо для Сф два конденсатори електролітичних по 470мкФ і включаємо їх паралельно.

Вибір стабілізаторів напруги.

Основним параметром стабілізаторів напруги являється коефіцієнт стабілізації напруги - величина, яка показує у скільки разів відносна зміна напруги на вході менше, ніж на вході:

Кст=.

Для навантаження, яке не перевищує 50мА і коефіцієнті стабілізації Кст=30 вибираємо схему транзисторного стабілізатора напруги (рис.2.4.5).

Рис.2.4.5.

Схема транзисторного компенсаційного стабілізатора напруги (ТКСН) являє собою стабілізатор з послідовно включеним складовим регулюючим елементом VТ1 і VТ2 (КТ817В, КТ608А) і одно каскадним підсилювачем постійного струму VТ3 (КТ373Г) і джерелом опорної напруги у вигляді двох кремнієвих стабілітронів VД1 і VД2 (Д814Г, Д814В), включених в ланцюг емітера транзистора - підсилювача постійного струму.

Транзистор VТ3, стабілітрони VД1 і Стабілізатор повинен підтримувати постійною (з заданою точністю) напругу Uвих на навантаженні незалежно від зміні Uвх і Rн.

Це здійснюється за рахунок використання від’ємного зворотного зв’язку, вплив якого так змінює опір нижнього плеча подільника R3-R4, що напруга на верхньому плечі залишається постійною.

В схемі ТКСН послідовно з навантаженням включений складовий регулюючий транзистор VТ1 VТ2, за допомогою якого регулюється Uвих або ін; схеми порівняння, де проходить порівняння Uвих з Uоп і підсилювача постійного струму (ППС - VТ3), з виходу якого підсилена різниця Uвих і Uоп подається на регулюючий в такій фазі, яка перешкоджає зміні Uвих або ін.

В якості джерела опорної напруги Uоп використовується кремнієвий стабілітрон (КС). Тип і кількість КС вибираємо відповідно до вихідної напруги на навантаженні і струму навантаження.

Розрахуємо граничний коефіцієнт стабілізації стабілізатора (рис.2.4.5), якщо відомо:

Uвих=40В, Ін=2А, Ін мін=1мА, Кст≥30.

Δ1=10% - допустиме відносне зменшення вхідної напруги порівняно з номінальною;

Δ2=10% - допустиме відносне збільшення вхідної напруги.

Rвих=1,1k.

Вибираємо КС типу КС512А для яких Uст=12В, Іст. мін=1мА, Іст. макс=67мА, rст=25Ом [5], і вичислюємо

Кст. пр==72.

Кст. пр>Кст. задан, тобто 72>30, відповідно схема стабілізатора вибрана правильно.

ПІДГОТОВКА АПАРАТА ДО РОБОТИ

1. Протріть зовнішні поверхні генератора, тримача, перетворювача і хвилеводу тампоном, змоченим 1% -ним розчином хлораміну або 3% -ним розчином перекису водню.

Встановіть генератор на відстані до 1,5 м від штепсельної розетки і не далі 1 м від місця роботи.

2. Встановіть кнопку МЕРЕЖА у віджате положення.

3. Підключіть до роз’єму ВИХІД генератора відповідний перетворювач на 22 або 44 кГц.

4. Приєднайте за допомогою різьбового з’єднання до концентратора перетворювача необхідний для лікування хвилевід.

5. Натисніть кнопку перемикача ХВИЛЕВІД, що відповідає цифрі, що слідує після 22 або 44 приєднаного хвилеводу,

6. Натисніть кнопку "2" або "5'' перемикача АМПЛІТУДА.

7. Підключіть мережний кабель до мережі 50 Гц 220 В. Заземлення відбувається одночасно з підключенням мережного кабелю до розетки з контактом, що заземлює.

8. Підготуйте судину ємністю 500 мл і налийте в нього води 500 мл.

9. Натисніть кнопку МЕРЕЖА, при цьому загоряються цифрові табло ЧАСТОТА, ХВИЛЕВІД, МКМ, ЧАС.

Переконайтеся в правильності інформації на цифровому табло у відповідності натиснутим кнопкам перемикачів ХВИЛЕВІД, АМПЛІТУДА, на інших цифрових табло повинна бути нульова інформація.

10. Натисніть кнопку УСТАН. перемикача ЧАС і установіть на цифровому табло час у хвилинах і секундах.

11. Опустіть на 1-2см у воду робочий кінець хвилеводу.

12. Натисніть кнопку ПРОЦЕДУРА, при цьому в момент експозиції повинний вироблятися зворотний відлік часу процедури, у цей же час спостерігається коливання води, а на цифровому табло ЧАСТОТА повинна бути індикація частоти (22 2) кГц або (44 4) кГц.

13. Виключите кнопку ПРОЦЕДУРА.

14. Після виконання операцій апарат готовий до роботи.

ПОРЯДОК РОБОТИ

1. Натисніть кнопку СКИДАННЯ перемикача ЧАС і переконаєтеся в нульових показаннях на цифровому табло.

2. Натисніть кнопку хвилинах і секундах.

3. Зробіть предстерилізаційне очищення хвилеводу і простерилізуйте його сухим нагріванням до 180°С.

4. Піднесіть до хворого органа пацієнта хвилевід, після чого закріпіть випромінювач у тримачу і натисніть кнопку ПРОЦЕДУРА.

Після закінчення заданого часу генератор автоматично виключається і включається звуковий сигналізатор.

Для передчасного закінчення процедури або вимикання сигналізатора необхідно виключити кнопку ПРОЦЕДУРА.

5. Після закінчення процедур апарат необхідно відключити від мережі.

Способи введення ультразвукової енергії.

Існує кілька способів уведення ультразвукової енергії в оброблювану область. Найбільш розповсюджений спосіб - контактний, коли перетворювач прикладається безпосередньо до шкіри. У цьому випадку передача акустичної енергії здійснюється через тонкий шар контактної речовини, акустичний імпеданс (повний опір) якого близький до імпедансу шкіри.

При лікуванні частин тіла незручних конфігурацій, наприклад, колін або ліктів, опромінення можна проводити при зануренні тіла у ванну з водою. Також можуть використовуватися акустично прозорі мішки з водою. Мішок може приймати форму частини тіла, що опромінюється, а акустичний контакт зі шкірою здійснюється через шар контактної речовини.

Звичайно як контактні речовини використовуються рідини з підходящим акустичним імпедансом, такі як мінеральна або парафінова олії. Використовуються і тиксотропні речовини (типу гелів). Їх зручно використовувати, оскільки у звичайному стані вони досить в'язкі, але під дією ультразвуку розріджуються. Кількість енергії, передана через різні рідини, практично одна і таж, якщо шар досить тонкий, і залежить скоріше від тиску перетворювача на контактну речовину, чим від його складу.

Під час процедури перетворювач може утримуватися в одному положенні (режим стаціонарного випромінювача) або безупинно переміщатися над оброблюваною областю (режим випромінювача, що рухається). При будь-якій можливості необхідно уникати режиму стаціонарного випромінювача, оскільки можливо утворення стоячих хвиль і "гарячих точок", що можуть привести до локальних ушкоджень.

Дія ультразвуку на біологічні тканини. Теплові ефекти ультразвуку.

Кероване нагрівання глибоко розташованих тканин може дати в ряді випадків позитивний терапевтичний ефект. Високий коефіцієнт поглинання ультразвуку в тканинах з великими молекулами обумовлює помітне нагрівання колагеновмісних тканин, на які найчастіше і впливають ультразвуком при фізіотерапевтичних процедурах. Основний фактор, що часто перешкоджає відновленню м'якої тканини після її ушкодження - це контрактура (обмеження рухливості в суглобі, викликане рубцевим стягуванням шкіри, сухожиль, захворюваннями м'язів, суглоба, болючим рефлексом), що виникає в результаті ушкодження й обмежує нормальний рух. Слабке підігрівання тканини може підвищити її еластичність. Амплітуда рухів суглобів у випадку контрактури може бути збільшена шляхом їхнього нагрівання. Для нагрівання суглоба, оточеного значним шаром м'яких тканин, ультразвуковий спосіб найкращий, оскільки ультразвук краще інших форм діатермічної енергії (діатермія - метод електротерапії; глибоке прогрівання тканин струмами високої частоти і великої сили) проникає в м'язову тканину. Леман порівнював короткохвильову, мікрохвильову й ультразвукову діатермію кульчового суглоба. Було показано, що нагрів при максимально стерпних дозах короткохвильового й мікрохвильового опромінення приводить до опіків першого ступеня на шкірі й у підшкірних тканинах без помітного підвищення температури самого кульчового суглоба. У той же час ультразвук дає адекватне збільшення температури на кістці без перегріву шкіри.

Багато пацієнтів відзначають ослаблення болів при тепловому впливі на уражені області. Знеболюючий ефект може бути як короткочасним, так і тривалим. Рубін і Куітерт знайшли, що ультразвук послабляє фантомні болі після ампутації кінцівок, а також болі, викликані утворенням рубців і невром.

При локальному нагріванні тканини часто відзначаються судинні реакції. Тер Хаар і Хоупвел показали, що кровотік у м'язовій тканині збільшується в 2-3 рази при ультразвуковому прогріванні до температури 40 - 45оС. У роботах Іміга зміна кровотоку зв'язується з місцевим розширенням судин. Місцеве розширення судин збільшує надходження кисню в тканину і, отже, поліпшує умови, у яких знаходяться клітини.

Прогрівання може зменшити м'язовий спазм. Це обумовлено седативною (заспокійливою) дією підвищення температури на периферичні нервові закінчення. Ультразвук дозволяє швидко нагріти строго визначену область. До анатомічних структур, що вибірково нагріваються ультразвуком, відносяться багаті колагеном поверхневі шари кістки, окістя, суглобові меніски, синовіальна рідина, суглобові сумки, сполучні тканини, внутрим'язеві рубці, м'язові волокна, оболонки сухожиль і головні нервові стовбури.

Нетеплові ефекти ультразвуку.

Нетеплові механізми, за допомогою яких ультразвук може впливати на тканині, можна розділити на два класи: періодичні й неперіодичні.

Періодичні ефекти виникають із самої коливальної природи звукового поля і можуть розглядатися як своєрідний мікро масаж, що сприяє, наприклад, розсмоктуванню спайок, що утворяться в м'яких тканинах при їхніх ушкодженнях.

Головним неперіодичним ефектом, що приводить до лікувальної дії ультразвуку, є акустичні течії. Вони можуть бути викликані стійкими осцилюючими порожнинами або радіаційними силами як усередині, так і поза клітинами. Акустичні течії можуть впливати на середовище біля мембран, змінюючи градієнти концентрацій, впливаючи тим самим на дифузію іонів і молекул через мембрани. Чемпен показав, що ультразвук in vitro може зменшувати зміст калію в деяких клітках. Збільшення сили скорочення матки мишей при впливі ультразвуку може пояснюватися зміною змісту кальцію в клітинах гладких м'язів.

Деякі з нетеплових ефектів ультразвуку можуть нанести шкоду. В об’ємі, що опромінюється, утримуючі поверхні, що відбивають, можливе утворення стоячої хвилі, і еритроцити в кровоносних судинах, що попадають у цей об’єм, можуть збиратися в згустки. Тривалий вплив ультразвуку в цих умовах може привести до значного погіршення постачання киснем тканин, що харчуються даними судинами.

Застосування ультразвуку. У фізіотерапії.

Прискорення регенерації тканин.

Одне з найбільш розповсюджених застосувань ультразвуку у фізіотерапії - це прискорення регенерації тканин і загоєння ран. Відновлення тканин можна описати за допомогою трьох фаз, що перекриваються.

Протягом запальної фази фагоцитарна активність макрофагів і поліморфнонуклеарних лейкоцитів веде до видалення клітинних фрагментів і патогенних часток. Переробка цього матеріалу відбувається головним чином за допомогою лізосомальних ферментів макрофагів. Відомо, що ультразвук терапевтичних інтенсивностей може викликати зміни в лізосомальних мембранах, тим самим прискорюючи проходження цієї фази.

Друга фаза в заліковуванні ран - проліферація або фаза розростання. Клітини мігрують в область ураження і починають ділитися. Фібробласти починають синтезувати колаген. Інтенсивність загоєння починає збільшуватися, і спеціальні клітки, міофібробласти, змушують рани стягатися. Показано, що ультразвук значно прискорює синтез колагену фібробластами як in vitro, так і in vivo. Якщо диплоїдні фібробласти людини опромінити ультразвуком частотою 3 МГц і інтенсивністю 0,5 Вт/см2 in vitro, то кількість синтезованого білка збільшиться. Дослідження таких клітин в електронному мікроскопі показало, що в порівнянні з контрольними клітинами в них утримується більше вільних рибосом, шорсткуватої ендоплазматичної сітки.

Третя фаза - відновлення. Еластичність нормальної сполучної тканини обумовлена упорядкованою структурою колагенної сітки, що дозволяє тканини напружуватися й розслаблюватися без особливих деформацій. У рубцевій тканині волокна часто розташовуються нерегулярно й заплутано, що не дозволяє їй розтягуватися без розривів. Рубцева тканина, що формувалася при впливі ультразвуку, міцніша й еластичніша в порівнянні з "нормальною" рубцевою тканиною.

Лікування трофічних виразок.

При опроміненні хронічних варикозних виразок на ногах ультразвуком частотою 3 МГц і інтенсивністю 1 Вт/см2 в імпульсному режимі 2 мс: 8 мс були отримані наступні результати: після 12 сеансів лікування середня площа виразок складала приблизно 66,4% від їхньої попередньої площі, у той час як площа контрольних виразок зменшилась усього до 91,6%. Ультразвук може також сприяти приживленню пересаджених шматків шкіри на краї трофічних виразок.

Прискорення розсмоктування набряків.

Ультразвук може прискорити розсмоктування набряків, викликаних ушкодженнями м'яких тканин, що швидше за все обумовлене збільшенням кровотоку або місцевими змінами в тканинах під дією акустичних мікро струмів.

Загоєння переломів.

При експериментальному дослідженні переломів малої гомілкової кісти в пацюків було виявлено, що ультразвукове опромінення під час запальної і ранньої проліферативної фаз прискорює й поліпшує видужання. Кісткова мозоль у таких тварин містила більше кісткової тканини і менше хрящів. Однак у пізній проліферативній фазі приводило до негативних ефектів - посилювався ріст хрящів і затримувалося утворення кісткової тканини.

Застосування ультразвуку в хірургії.

Ультразвук, застосовуваний у медицині, може бути умовно розділений на ультразвук низьких і високих інтенсивностей. Основна задача застосування ультразвуку низьких інтенсивностей (0,125 - 3,0 Вт/см2) - нагрівання, що не ушкоджує, або які-небудь нетеплові ефекти, а також стимуляція й прискорення нормальних фізіологічних реакцій при лікуванні ушкоджень. При більш високих інтенсивностях (> 5 Вт/см2) основна мета - викликати кероване виборче руйнування в тканинах.

Перший напрямок містить у собі більшість застосувань ультразвуку у фізіотерапії і деякі види терапії рака, друге - ультразвукову хірургію.

Існують дві основні області застосування ультразвуку в хірургії. У першій з них використовується здатність сильно сфокусованого пучка ультразвуку викликати локальні руйнування в тканинах, а в другий механічні коливання ультразвукової частоти накладаються на хірургічні інструменти типу лез, пилок, механічних наконечників.

Хірургія за допомогою сфокусованого ультразвуку.

Хірургічна техніка повинна забезпечувати керованість руйнування тканин, впливати тільки на чітко обмежену область, бути швидкодіючою, викликати мінімальні втрати крові. Могутній ультразвук має більшість з цих якостей.

Можливість використання сфокусованого ультразвуку для створення зон ураження в глибині органа без руйнування вище лежачих тканин вивчено в основному в операціях на мозку. Пізніше операції проводилися на печінці, спинному мозку, нирках і оці.

Застосування сфокусованого ультразвуку.

Вплив сфокусованим ультразвуком застосовувалося в експериментальній нейрохірургії для вивчення функцій мозку і для перерізання мозолистого тіла при вивченні поведінкових реакцій. Використання цієї методики для лікування людей частково лімітовано необхідністю видаляти частину черепа для створення акустично прозорого "вікна", через яке можна було б пропускати ультразвуковий пучок.

Хвороба Мен’єра.

Замість традиційної хірургії ультразвук може застосовуватися і при лікуванні хвороби Мен’єра. Сутність хвороби полягає в порушеннях у внутрішнім вусі, що приводить до приступів запаморочення. Тонкий ультразвуковий пучок великої інтенсивності направляється на латеральний напівкруглий канал вуха для руйнування нейроепітелію крісти й макули в лабіринті. Для цього методу лікування дуже важлива точна дозиметрія, оскільки поблизу напівкруглого каналу проходить лицьовий нерв і руйнування цього нерва веде до лицьового паралічу. При методиці, описаної Арсланом, у сосцьовидному відростку скроневої кісти пророблюється жолобок у який уводиться ультразвуковий випромінювач. Це дозволяє опромінити лабіринт. Нервові закінчення в ньому руйнуються, пацієнти на тривалий час рятуються від запаморочень. Відсоток вилікуваних високий і складає від 67 до 95%, при цьому слух не змінюється.

Хвороба Паркінсона.

Неконтрольовані посмикування голови й кінцівок, що є симптомами цієї хвороби, можна ліквідувати, порушивши діяльність деяких глибинних ділянок мозку.

Інструментальна ультразвукова хірургія

Ультразвукові хірургічні інструменти складаються звичайно з напівхвильового магнітострикційного або п’єзокерамічного перетворювача, зв'язаного з хвилеводом, що має робочий наконечник, форма якого відповідає виконуваним операціям. Амплітуда коливання наконечника може складати від 15 до 350 мкм, а робоча частота вибирається з діапазону до 30 кГц.

Оскільки тертя між двома поверхнями зменшується, якщо одна з поверхонь коливається, то застосування ультразвукових інструментів для розрізу вимагає менших зусиль у порівнянні з традиційними скальпелями. Висока температура, що досягається на кінці ультразвукового скальпеля, може припікати судину до 2 мм у діаметрі. Це зменшує кровотечу в операційній зоні, і таким чином, полегшує проведення операції.

Перевага ультразвукової техніки в порівнянні з кріохірургічною полягає в тому, що кінчик скальпеля не прилипає до тканини, і поверхні розрізу не піддаються додатковим травмам.

Перевага ультразвукового скальпеля в порівнянні з лазерною хірургією полягає в тім, що хірург почуває опір тканини при її розрізі і тому руйнування тканини краще контролюється.

Ультразвукові інструменти знайшли безліч застосувань у клініці, серед яких можна виділити дві великі області. До першої відноситься аспірація (видалення) тканин. Тут найбільш розповсюдженим випадком використання ультразвуку є видалення катаракти з кристалика ока - факоемульсіфікація. Кінчик інструмента робиться у формі порожньої трубочки, що вставляється в невеликий отвір в оці. Кінчик вібрує, руйнуючи кристалик, і невеликі його фрагменти всмоктуються через трубочку. Аналогічна методика може бути використана і для зменшення обсягу твердої пухлини, наприклад, ректальної.

До другої області застосування ультразвукових інструментів відноситься розрізування тканин. Достоїнством тут є малі втрати крові. Метод успішно застосовується на таких багатих судинами органах, як печінка й селезінка. Він використовується також при трахеотомії, тонзилектомії, при операціях на легенях, бронхах, грудній клітці й оці. Для різання кісти може застосовуватися ультразвукова пилка. При порівняльному дослідженні було знайдено, що поверхня розрізу, зробленого ультразвуковою пилкою, була шорсткуватіше, чим зроблена звичайною пилкою, однак вона не містила видимих мікро тріщин. Ультразвукова пилка працює більш плавно, і з її допомогою легше здійснювати точну остеотомію.

Ультрафонофорез.

Ультрафонофорез - це одночасний вплив на організм ультразвуком і лікарськими препаратами. Ультразвукові коливання збільшують проникність шкіри для частинок лікарської речовини: вони легко проникають в організм і накопичуються, утворюючи "шкірне депо", потім ліки поступові з депо надходять у кров. Важливо правильно вибрати дозування препарату, частоту й режим роботи.

Застосування ультразвуку в стоматології.

Уперше Циннер у 1955 році запропонував використовувати ультразвук для лікування періодонтиту; він же запропонував використовувати його для видалення каменів.

Інструмент, використовуваний для лікування зубів, складається зі стрижневого ультразвукового перетворювача і має на кінці наконечник. У наконечнику збуджуються повздовжні коливання на частоті в діапазоні 25 - 42 кГц і з амплітудою в області 6 - 100 мкм. Ультразвук дозволяє зчистити й видалити налиплі скупчення з поверхні зубів і їхніх коренів. Наконечником можна чистити, стирати й шліфувати зуби, рятуючи їх від каменів, бляшок, залишків їжі, плям і розм'якшеного цементу. Фотомікрографічні дослідження показали, що після ультразвукового очищення поверхня зуба стає більш гладкої, чим після ручної обробки. Ультразвукові інструменти можуть використовуватися для вискоблювання патологічного зубодесневого карману. У цьому випадку наконечник може прикладатися до м'якої тканини для того, щоб зробити слабкий опік.

Використання ультразвуку для лікування раку.

Ультразвук достатньої інтенсивності може нагріти будь-яку локалізовану область тканини до використовуваних у гіпертермії температур (більше 42оС). З технічної точки зору перевага ультразвуку перед електромагнітним нагріванням полягає в тому, що виділення енергії в середовищі може бути краще локалізовано, при необхідності можна використовувати фокусування.

Завдання полягає в тім, щоб рівномірно нагріти весь обсяг пухлини до деякої постійної температури за умови, щоб температура нормальної тканини підтримувалася на фізіологічно прийнятному рівні. Є вказівки на те, що крім чисто температурної дії ультразвук може володіти і деяким цитотоксичним ефектом.

Лі, опромінюючи ультразвуком in vitro клітини, показав, що відсоток клітин, що втратили репродуктивну здатність при нагріванні ультразвуком більший, у порівнянні з клітинами, нагрітими іншим способом.

Маються дані, що використання рентгенівського опромінення в комбінації з використанням ультразвуку при лікуванні раку дає більший ефект, у порівнянні з тими випадками, коли ці методи використовувалися по окремості.

Механізм руйнування тканин

При порівнянні даних по граничним інтенсивностях, при яких відбувається руйнування тканин, виявилося, що при інтенсивностях звуку менше 2103 Вт/см2 і часу експозиції менше 410-2 с працює кавітаційний механізм, а у випадку, коли час експозиції перевищує 1с, а інтенсивність звуку менше, ніж 200 Вт/см2 працює механізм теплового руйнування. У проміжній області механізм руйнування не ясний. Під акустичною кавітацією розуміють утворення й активацію газових або парових порожнин (пухирців) у середовищі, що піддається ультразвуковому впливові.

По загальноприйнятій термінології існують два типи активності пухирців: стабільна кавітація і колапсуюча, або не стаціонарна кавітація, хоча границя між ними не завжди чітко обкреслена.

Стабільні порожнини пульсують під впливом тиску ультразвукового поля. Радіус пухирця коливається біля рівноважного значення, порожнина існує протягом значного числа періодів звукового поля. З активністю такої стабільної кавітації може бути зв'язане виникнення акустичних мікро потоків і високих напругах зсуву.

Колапсуючі або нестаціонарні порожнини осцилюють нестійко біля своїх рівноважних розмірів, виростають у кілька разів і енергійно захлопуються. Захлопуванням таких пухирців можуть бути обумовлені високі температури й тиски, а також перетворення енергії ультразвуку у випромінювання світла або хімічні реакції.

На порошинах і домішкових частках, що містяться в рідинах можуть існувати мікро тріщини. Надлишковий тиск усередині часточок, що задається s/R, де R - радіус часточок і s - коефіцієнт поверхневого натягу, малий, але під дією звуку досить високої інтенсивності газ може накачуватися в них і порожнини можуть рости. Було показано, що інтенсивність звуку, необхідна для одержання кавітації, помітно підвищується при збільшенні чистоти рідини.

Малі пухирці можуть рости внаслідок процесу, називаного випрямленою, або спрямованої, дифузією. Пояснення цього явища полягає в тому, що за період акустичного поля газ по черзі дифундує в пухирець під час фази розрядження і з пухирця під час фази стиску. Тому що поверхня пухирця у фазі розрядження максимальна, сумарний потік газу спрямований усередину пухирця, тому пухирець росте. Щоб пухирець ріс за рахунок випрямленої дифузії, амплітуда акустичного тиску повинна перевищити граничне значення. Поріг випрямленої дифузії і визначає поріг кавітації.

Мікроскопічна структура руйнувань.

Вивчення зони уражень під мікроскопом, виконане Уорвіком і Пондом, показує, що руйнування мають структуру "острів" і "рів", причому існує різка границя між нормальною й ураженою тканиною. У мозковій тканині "острів" являє собою коагульовану центральну частину, а "рів" характеризують розпушення цитоплазми нервових клітин. Вивчення тканини за допомогою електронного мікроскопа показує, що спочатку руйнуються мітохондрії; вони набухають і здобувають низьку електронну щільність. Однак у мозку найбільш чуттєвими виявляються синапси і вони руйнуються ще раніш.

ФІЗІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ЛІКУВАЛЬНОГО ЗАСТОСУВАННЯ НИЗЬКОЧАСТОТНОГО УЛЬТРАЗВУКУ.

Потрапляючи в живий організм, низькочастотний ультразвук робить на нього комплексний біологічний вплив: мікромасаж клітинних структур, тепловий ефект, хімічні впливи.

Озвучування низькочастотним ультразвуком підвищує проникність клітинних мембран, прискорює процеси дифузії у клітках, процеси біохімічного окислювання, підсилює проникнення в шкіру рідких ліків, викликає мікро акустичні потоки, капілярні ефекти.

ПОКАЗАННЯ Й ПРОТИПОКАЗАННЯ ДО УЛЬТРАЗВУКОВОЇ НИЗЬКОЧАСТОТНОЇ ТЕРАПІЇ.

1. Ультразвукова хронічних запальних процесах жіночих статевих органів:

хронічних кольпіті, уретриті, циститі;

хронічних ендометриті, лараметриті;

хронічному аднекситі;

хронічному спаєчному пельвіоперитоніті;

епітеліальних дисплазіях шийки матки;

щирих доброякісних ерозіях шийки матки;

трубній безплідності;

краурозі зовнішніх полових органів.

2. Ультразвукова низькочастотна терапія показана: у післяопераційному періоді на область рани з метою попередження інфільтративних утворень і прискорення репаративних процесів.

3. Ультразвукова низькочастотна терапія протипоказана при:

гострому запальному процесі жіночих статевих органів;

злоякісних новоутвореннях жіночих статевих органів;

кисті і кистомі яєчників;

тромбофлебітах;

маткових кровотечах;

загальних протипоказаннях до ультразвукової терапії;

туберкульозі жіночих статевих органів.

КЛІНІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ СПОСОБУ ЗАСТОСУВАННЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЇ НИЗЬКОЧАСТОТНОЇ ТЕРАПІЇ.

1. Підготовка хворої до ультразвукової низькочастотної терапії,

1.1 Усім хворим попередньо проводиться клінічне обстеження. Крім аналізів, огляду в дзеркалах шийки матки і бімануального дослідження, проводяться спеціальні методи, що включають: цитологічне, кольпоскопічне, кольпоцервікоскопічне, а при показаннях і гістологічне дослідження.

1.2 Під час огляду особлива увага звертається на стан суміжних органів.

1.3 Перед призначенням піхвової низькочастотної терапії визначається ступінь піхвової чистоти, при II ступеня чистоти проводиться лікування шляхом використання масляних контактних середовищ (вазелінове, облепіхове, шипшинова олія або гліцерин), фізрозчину або розчину ДНК, при ступені III-1У в якості контактних середовищ використовується синтоміцинова емульсія, мазі з антибіотиками, розчин фурациліну 1: 5000 або біфуранова суміш (розчин фурациліну і фурадоніну 1: 5000), при кандідозах як контактне середовище використовується ністатинова мазь або леворинова емульсія.

2. Проведення курсу ультразвукової низькочастотної терапії при лікуванні хронічних запальних процесів цервікального каналу і матки.

2.1 Лікування гінекологічних хворих, як правило, робиться в амбулаторних умовах при положенні хворої на гінекологічному кріслі.

2.2 Озвучування виробляється за допомогою ультразвукового перетворювача ИУТ-22 із приєднаним хвилеводом 22-1, робоча поверхня якого вводиться в цервікальний канал.

2.3 Лікування робити щодня протягом 5-7 днів, час озвучування по цифровому табло ЧАС 1-2 хв., амплітуда ультразвукових механічних коливань на робочій ділянці хвилеводу 2 або 5 мкм.

2.4 Після 5-7-го дня лікування хворі піддаються повторному оглядові (проводяться цитологічні і кольпоскопічні дослідження).

2.5 Контрольний огляд проводиться через 1 місяць, 3 місяці і 1 рік.

2.6 Курс лікування можна повторити через 3 місяці. У рік допускається 2-3 курси лікування ультразвуковою низькочастотною терапією.

3. Ультразвукова низькочастотна терапія шийки матки і матки.

3.1 Положення хворої на гінекологічному кріслі.

3.2 Шийку матки оголюється дзеркалом Куско, видаляється слиз із шийки матки і піхви сухим тампоном.

3.3 Озвучування шийки матки і матки виробляється за допомогою ультразвукового перетворювача ИУТ-44 із приєднаним хвилеводом 44-2, робоча поверхня якого прикладається до шийки матки.

3.4 Під час процедури необхідно стежити за повним приляганням робочої поверхні хвилеводу до ділянки, що озвучується.

3.5 Лікування робити щодня протягом 5-7 днів, час озвучування 1 - 2 хв., амплітудою 2 мкм.

4. Ультразвукова низькочастотна терапія зовнішнім озвучуванням жіночих статевих органів.

4.1 Зовнішнє озвучування жіночих статевих органів робиться за допомогою ультразвукового перетворювача ИУТ-44 із приєднаним хвилеводом 44-1, Контактне середовище наноситься на торцеву поверхню хвилеводу 44-1, а також на ділянку, що піддається озвучуванню.

4.2 При краурозі статевих органів попередньо розмічаються поля впливу, що також озвучуються з нанесенням масляних інгредієнтів.

5. При застосуванні фонофорезу лікарські речовини у виді мазей (гідрокортизон, дезоксирибонуклеази й ін.) наносяться на випромінюючу поверхню хвилеводів 22-1, 44-1, 44-2, а також на ділянку, що піддається озвучуванню.

Ультразвукова терапія зазначених вище захворювань не викликає побічних явищ.

Для успішного проведення ультразвукової терапії повинна строго дотримуватися дана інструкція.

Техніко-економічні розрахунки проводимо з метою встановлення доцільного введення апарату для ультразвукової терапії.

Річний економічний ефект отриманий в результаті введення приладу визначається як різниця приведених затрат до цього введення і базового приладу.

Е= [ (с1-с2) - Еп (К2-К1)].

Приймаємо для даного приладу термін окупності 6 років. Зміна продуктивності нейтральна до введення проектованого приладу:

3 операції за годину х 5год. робочого дня х 0,5=7 операцій за зміну.

А при використанні даного приладу:

5 операції за годину х 5год. робочого дня х 0,5=12 операцій за зміну.

Собівартість машинної зміни приладу 20гр., запропонованого приладу 15гр., тоді собівартість даної процедури:

с1=20/7=3гр. за операцію

с2=15/12=1,3гр. за операцію

Річна норма виробітку при 200 змінах в рік буде становити:

А=12∙200=2400 операцій.

При вартості базового апарату 1000гр., для запропонованого апарату для ультразвукової терапії 800гр., тоді:

К1=1000/2400=0,4гр. за операцію

К2=800/2400=0,3гр. за операцію

Річний економічний ефект при цьому складає:

Е=2400 [ (3-1,3) - 0,2 (0,3-0,4)] =4100гр.

5.1 Працювати з апаратом дозволяється тільки після ознайомлення з паспортом.

5.2 По способі захисту пацієнта й обслуговуючого персоналу від ураження електричним струмом апарат відповідає виробам класу 1 відповідно до ГОСТ 12.2.025-76.

5.3 При виході апарата з ладу необхідно його знеструмити і вжити заходів по усуненню несправності. Ремонт апарата, зміну деталей, запобіжників робити в знеструмленому стані.

5.4 Не допускати можливості зіткнення робочої поверхні хвилеводу з твердими предметами.

5.5 Під час експлуатації апарата категорично забороняється доторкатися руками до робочої частини хвилеводу.

Проектований прилад порівняно з його аналогами має наступні переваги:

1) зниження споживання за рахунок застосування мікросхем;

2) у зв’язку з тим, що зменшились розміри друкованої плати, зменшилися габаритні розміри проектованого приладу, а також зріс і термін експлуатації даного приладу.

Виконано розрахунок джерела живлення.

Мікросхема споживає струм 0.5А, напруга споживання 15В.

Здійснено розрахунок річного економічного ефекту, який складає 4100гр.

1. Велика медична енциклопедія.

2. Алтаев Д.И.О., Болотников В.А. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Справочник. М.: Изд-во МЭИ. 1991 - 240с., ил.

3.В.И. Безак. Медицинский инструментарий и аппаратура.

4. Техника и методики физиотерапевтических процедур. Справочник. Под ред.В.М. Боголюбова. М.: Медицина, 1987.

5. Справочная книга радиолюбителя конструктора. / А.А. Бакуняев, Н.М. Борисов, Р.Г. Варламов и др.; Под ред.Н.И. Чистякова. - М.: Радио и связь. 1990. - 624с

6. А.Н. Великорецкий. Медицинская техника.

7. Гершунский Б.С. Расчет основных электронных и полупроводниковых схем в примерах. Изд-во Киевского университета.

8. Голиков В.Ф. и др. простейшие устройства на микросхемах. - Минск: Беларусь. 1997.

9. Катона Золтан. Электроника в медицине.М. 1989.

10. Катона Золтан. Техника лечит. М.: Мир. 1980.

11. Н.М. Ливенцев, А.Р. Ливенсон. Электромедицинская аппаратура. М.: Медицина. 1974г.

12. Проектирование источника питания устройств связи, Китаев В.Е., Букуняев А.А., М., 1972.

13. Л.М. Клечкин, М.Н. Виноградова. Физиотерапия. М.: Медицина. 1988г.

14. Н.М. Ливенцев, А.Р. Ливенсон. Электромедицинская аппаратура. М.: Медицина. 1974г.

15. Марголін Г.Г. Розрахунки деталей та вузлів радіоапаратури. Харків: Енергія. 1991. - 235с.

16. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. Масленников М.Ю., Соболев Е.А., Соколов Г.В., Соловейчик Л.Ф., Переверзева А.В., Федотов Б.А., Книга 1. Книга 2. - М.: Энергоатомиздат. 1993.

17. Б.М. Нефедов. Интегральные схемы и их зарубежные аналоги: Справочник.

18. Медична техніка, під ред. Г.С. Стеценка, Луцьк, “Настир‘я”, 2002р.

19. Посібник з фізіотерапії, під ред. Фіногенова С.М. К.: Здоров’я, 1978.