CS270513B1 - Ultrazvuková hlavice najma pre fyzikálnu teraplu - Google Patents

Abstract

Podetata riešenia spočívá v tom, že duralová membrána (3) je spojená pevne s ultrazvukovým meničom fl) prostredníctvom vrstvy (2) vytvrdenej živice, ktorej hrúbka je daná vztahom: 7 = Χ·η/23, kde n ■» 2,3, o je rýchlost šírenia vln v daných materiáloch a f je frekvencia v Hz.

Description

Vynález sa týká ultrazvukové) hlavice najma pre fyzikálnu terapiu.

Základným požiadavkom pre ultrazvuková hlavicu pre fyzikálnu terapiu v súčasnosti je, aby ohrievala telesné tkanivo v jeho hlbke a minimálně na povrchu. Ultrazvuková hlavice nesmie byl zdrojom len povrchového ohřevu pokožky v dSsledku oteplenia niektorej konštrukčnej časti stratovým tep lom vzriikajúcim pri premene elektrickej budiacej energie na vibračnú a pri přenose cez vlnovod ku pokožko. Vyžarovacia, alebo elektroakustická účinnost premeny elektrickej budiacej energie hlavice na energiu ultrazvukového lúča v teíesnom tkanivo závisí od:

- mechanického a elektrického etraťového koefioienta elektromechanického moniča, v eúčasnosti výhradně piezokeramického,

- sposobu mechanického pripojenia meniča, alebo k němu upevněných vlnovodových časti ku krytu ultrazvukové] hlavice,

- stratových koeficientov a hrůbky materiálov vytvárajúcich vlnovod v smere Sírenia vlny,

- kvality mechanickoakustického prisposobenia vlnového odporu ultrazvukového meniča k vlnovému odporu tělesného tkaniva.

piezokeramické meniče, sú zvačáa vo forme diskov, ktorých priemer je asío rád vačáí, ako polvlnová hrúbka určujúca základná mechanická frekvenciu hrábkového mddu kmitov. sá z kvalitných materiálov na báze Pb Zr Ti 0₃ zabezpečujúcich stabilitu elektromechanických parametrov pri vysokých budeniach a najmS vysoká potenoiálnu účinnost Τ’ , to je maximálně doaiahnutelnú vyžarovaaiu účinnost (max^ presahujúcu vysoko cez 90 % určená nízkými elektrický*! a mechanickými stratovým! činitelmi. Tieto potom určujú váeobecne známým spdsobom vypočítaný takzvaný potenoiálny vstupný elektrický odpor meniča RTpCnJudávájáci vlastně priemer impedančného kruhového’ diagramu potenciálně mechanicky zataženého piezoelektrického meniča. BalSie ddležíté parametre sá tieto:

Elektrická kapacita zabrzděného meniča co (tak zvaná statická) ked C_o C₃₃ /F/

Antirezonančný, respektive tiež paralelný kruhový kmitočet , » 2TT fa Ls'-i Hz J (λ n yi / <

Elektromechanický transformačný činitel » -^-jb ’ ·* ' ^c ked L33 je piezoelektrická konstanta β·»“²/ S) t - vyžarovacia.plocha /m^7 a hrúbka meniča /57

Z takýchto meničov je známe vytvarovanie.ultrazvukových hlavic tým, že sa ku měničů přilepí disk s rovnakou plochou a a hrúbkou rovnou polovička vlnovej dlžky X/z, pričom sa vo vzdíalenoati AM vytvoří membránové medzikružie pre pripojenle k nosnému puzdru hlavice· Takéto rieéenie sice obmedzí straty energie prienikon do púzdre a držiaku, ale nezaručuje prispdsobenie vlnových odporov a obmedzenie mechanických strát, pretože hrúbka JI /2 je pre běžné materiály príliS absorbujúca.

□e známe prispdsobenie pomocou jednej vrstvy Λ/ϊ alebo dvoch ’tenkých* vrstiev tenáích ako l-fČ , ktorých materiály sa volia a hrůbky vypočítavajú s ohladom na minimálny Činitel odrazu, ale přitom sa neuvažujú potenciálně parametre meniča, ale len jeho materiálový vlnový odpor /2» 1¼ kéd - hustota /kg.m^/ $ -»2 modul pružnosti /to·» _7

CS 270513 Bl

Takto riešené hlavice májů sice velkú šířku frekvenčného pásma a možu vyhoviet aplikáciam ultrazvukové) meracej techniky s impulznou prevádzkou, ale vo výkonovom přenose nie je ich účinnost v každom ohlede uspokojivá, podstatné klesá pod hodnotu potenciálnej účinnosti piezokeramického meniča.

vyššie uvedené nevýhody odstraňuje ultrazvuková hlavica najma pre fyzikálnu terapiu podlá vynálezu, ktorého podstatou je, že na čele nosného puzdra je pevne uchytená duralová membrána s pevne připojeným ultrazvukovým měničem prostredníctvom vrstvy vytvrdenej živice. Ultrazvukový měnič je vodivo spojený prostredníctvom kontaktného medzikružia s nosným puzdrom. Hrúbka dura lovej membrány a vrstvy vytvrdenej živice je daná vztahom:

L = ^Λρ/ς3 kde n = 2,3 ^{x c} ₃ j^e rýchlost šírenia vln v durale c₂ je rýchlost šírenia vln vo vytvrdenej živici f je frekvencia /Rz/

Výhodou ultrazvukovej hlavice podlá vynálezu, ktoré využívá v principe známu možnost bezodrazového prispSsobenia meniča ku odporu prostredia R = 1,5 . 1O⁶ kg.m^-1 .s¹ pomocou dvoch vrstiev rozličných materiálov s tým rozdielom, že pri určovaní ich hrúbok neberie do úvahy , ale zohledňuje potencionálně peremetre meniče zahrnuté nejme do výstupného vlnového odporu Rj /kg.m“².s“^7 ⁸ útlumovým číslom meniče υΤρ Οο'ΊΙτρ , čo se prakticky prejaví v podstatné zmenšenej hrúbke a tým aj strát vlnovodu.

Vynález využívá sice známu kombináciu materiálov tenkých vrstiev a to dural v styku s pokožkou tělesného tkaniva spolu s vytvrdenou živicou, ktorá sprostredkuje styk medzi meničom a duralom, ale naviac stanovuje pře túto kombináciu výpočtem charakteristické útlmové číslo meniča L^p.Co-Tirp.^urliujúce, že pre dosiahnutie vysokej účinnosti hlavice je potřebné vtedy zachovat a pri Lty · Co- Rt p nepřekročit hrůbky vrstiev podlá vynálezu. . '

V případe, že meniče budú matuTp-Cj8 vtedy stanovuje napriek stúpajúcej hodnotě hrůbky 1₂ dodržet X2 /23 a hrůbku 1$ upravit podlá závislosti, zvěčšenie hrůbky živice by teoreticky zlepšilo prispdsobenie a účinnost, ale v dosledku veíkého stratového koeficientu tohto materiálu bola by táto úprava prakticky neefektívna.

V případe, že meniče budú mat vtedy stanovuje napriek stúpajúcej hodnotě hrůbky 1₃ dodržet Tl/j/ZS a hrůbku 1₂ zmenšit podlá závislosti. Zváčšenie hrůbky duralu by málo teoreticky zlepšit prispšsobenie, ale v dosledku priameho styku tohto materiálu s nosným puzdrom by nastal zváčšený prienik energie do konštrukcie a praktické eliminovanie želaného efektu.

Na připojených výkresoch je znázorněné příkladné riešenie ultrazvukovej hlavice podlá vynálezu, kde na obr. 1 je nakreslená v osovom řeze, na obr. 2 je nakreslený zváčšený detail Ά’ z obr. 1 a na obr. 3 sú nakreslené priebehy vlnových hrúbok vrstvy vytvrdenej živice a duralovej membrány v závislosti od útlmového čísla meniča.

Ultrazvuková hlavica pre fyzikálnu terapiu pozostáva z ultrazvukového meniča £ ktorý je přilepený prostredníctvom vrstvy 2 vytvrdenej živice hrůbky ku duralovej membráně 3 hrůbky l₃^X₅/23’· Duralová membrána 3 je svojim okrajem přiCS 270S13 Bl lepená na nosné púzdro 4. Vodivé prepojenie hornej elektrody ultrazvukového meniča 2 s nosným puzdrom 4 je prostredníotvom kontaktného medzikružia 5. Nosné púzdro 4 je prostredníctvom závitu 6 pevne uložené na držlaku 7, pričom medzi nosným puzdrom 4 a drž lakom 7 je uložený tesniaci krúžok 8. Vodivé epojenie tienenia prívodného kábla 9 a hornej elektrody ultrazvukového meniča 1 je vytvořené okrajom plošného spoja io přitlačeného k nosnému puzdru 4. Vodivé epojenie žily prívodného kábla 9 a dolnej elektrody ultrazvukového meniča 2 j® ^cez pružný kontakt 11» · priebehy vlnových hrúbok (obr. 3) vrstvy 2 vytvrdenej živice a duralovej membrény 3 v závislosti od útlmového čísla ultrazvukového meniča 1 vypočítané pre bezodrazové prispSeobenie výstupného odporu meniča R* ku odporu prostredla 1,5 · 10⁶ kg.m“² . s¹. pri rozmedzí útlmového čísla ufy-Co- Άτρ od 0,6 do 3 sú hrůbky od0,16 do .

1,8 . 10² a hrůbky ój/Xg _v rozmedzí od 5.10“³ do 6,2 , io² ke8 } λα ’ ;

c₂ a c₃ sú rýchloeti šírenia pozdlžných vln v daných materiálech /m.s¹/ a f je pracovně frekvencia /HV* pričom obvykle fs - f í fp

Účelnost a základný princip prispfisobovania bol ověřovaný na skupině 26 kusov piezo-

keramických diskov 20 x 2	z materiálu	PKM 15A s	parametramis
fp » 1,139 MHz	rozsah	< 1,09,	1,197>	MHZ
e33« 14,6 C.m *	rozsah	412,8 ,	16,2 >	C.m-2
Co - 960 pF	rozsah	<7,65,	1200 >	PF
Ύρ · 98,3 %	rozsah	<97,7 ,	98,9 >	%
, tcij» · Ca · »2,5	rozsah	<1.14,	5,7 >
Lity Ca ·Τ^τρ o 1,47	rozsah	<0,46,	2,45 y	a
- meraný pro vyšších	budeniach

Tieto meniče boli v přípravku zatajované do prostredla len bez prispdaobovacích vrstiev a merané bola ich vyžarovacia účinnost , ktorá sa zistila v rozsahu od 94 % do 97,5 %» Hlavné však je, že bola zistená zřejmá koreláoia dané závisloatou změny účinnosti {fy na odchylke odporov - 1,5.10⁶) / R_1# čo potvrdilo principiálnu opodstatněnost riešenia účinnej hlavice. Odchylky Á R.100 / R^ 70% sp8sobovali pokles účinnosti len - 4,5% avšak i to by málo v praktické) výkonovej prevádzke svo) význam. Vyžarovacia účinnost ultrazvukových hlavic sa pohybovala od 92% do 94%, pričom pokles voči potenciálně) účinnosti meničov možno pripísat prieniku energie do nosného puzdra 4. .

V lekárskej praxi sa vyskytujú případy, že ultrazvukové hlavice pre fyzikálnu terapiu pracujú v náročných podmienkach teplého prostredla v ktorom má každé percento ušetřené na vlaatných stratách energie svoj význam. Ako pri priamokontaktnom masážnom, tak i pri ponornom spSsobe ožarovania tělesného tkaniva m8že doohádzat k odrazom lúča například od kosti, stien vání a podobné smerom k povrchu sondy a tým aj k miernemu zvýšeniu teploty, ktorá mění tlež parametre ultrazvukového meniča. Sím vščší ohřev hlavice sa v praxi předpokládá, tým vSčšie nároky sa potom kladů na riešenie teplotně) stabilizácie frekvencie a prispSsobovania zátaže v generátore.

Zhotovenie prispdsobených fyzikálno-terapeutických hlavic, podlá vynálezu, preto předpokládá t

CS 270513 Bl

- dosledné zhodnotenie teplotných podmlenok Jej prevádzky,

- premeranie ultrazvukových meničov za reálných teplotných podmlenok a určenie Co pri maximálnom výkonovom zatažení

- rozčlenenie ultrazvukových meničov do tolerančných skupin a realizovanie prispSsobovacích vrstiev podlá závislosti na obr, 3,

Vynález je možné využit v súčinnosti s fyzioterapeutičkým pristrojom na liečenie ultrazvukovým lúčom či už spdsobom kontaktným - cez vazelínu na tělo, alebo sposobom ponorným cez vrstvu termálnej vody, Tiež je možné vynález využit v oblasti ultrazvukového čís tenia, pri aplikáciach vyžadujúcich techniku úzkého lúSa pri vysokých frekvenciách.

Claims (1)

1. PREDMET VYNÁLEZU

   Ultrazvuková hlavice najma pre fyzikálnu terapiu pozostávajúca z držiaka, na ktorom je pevne rozoberatelne uložené nosné puzdro a ultrazvukového meniča vyznačujúca sa tým, že na čele nosného puzdra (4) je pevne uchytená duralová membrána (3) s pevne připojeným ultrazvukovým meničom (1) prostredníctvom vrstvy (2) vytvrdenej živice, pričom ultrazvukový měnič (1) je vodivo spojený prostredníctvom kontaktného medzikružia (5) s nosným púzdrom (4), zatial čo hrúbka duralovej membrány (3) a vrstvy (2) vytvrdenej živice je daná vztahom: