Научная статья на тему 'Дистанционный ударно-волновой литотриптер с пьезоэлектрической генерацией ЛУ-1'

Дистанционный ударно-волновой литотриптер с пьезоэлектрической генерацией ЛУ-1 Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

CC BY
355
80
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по медицинским технологиям , автор научной работы — Цихоцкий Е. С., Иванов П. В., Ситало Е. И., Усанов В. А., Калмычек А. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Дистанционный ударно-волновой литотриптер с пьезоэлектрической генерацией ЛУ-1»

частоты электрических резонансов и антирезонансов. Все эти типы анализов эффективно реализованы в ANSYS.

Отметим некоторые ограничения связанного акустопьезоэлектрического анализа в ANSYS. Отсутствуют КЭ более высоких порядков, чем билинейные, для осесимметричных и плоских задач пьезоэлектричества, имеются также существенные ограничения в задании демпфирующих свойств. В акустическом приближении не учитывается внутреннее затухание в акустической среде, что можно сделать, оставаясь в рамках обычных схем МКЭ [2]. Применяя схему Ньюмарка в альтернативной формулировке, можно избавиться от ограничений на фиксацию параметров а и 5 [3]. Кроме того, система (2), (3) в ANSYS представлена в сильно несимметричной форме. Если же вместо давления p в модели акустической среды использовать потенциал скоростей жидкости у , то можно улучшить [2,3] вычислительные свойства матриц МКЭ. Однако, некоторые из отмеченных ограничений могут быть устранены на пользовательском уровне, так как в ANSYS допустимо использование пользовательских КЭ и программ.

Тем не менее, можно сделать вывод, что указанные возможности, а также мощь и богатый сервис комплекса ANSYS, позволяют его успешно использовать в расчетах реальных пьезоустройств.

ЛИТЕРАТУРА

1. ANSYS. Basic Analysis Procedures Guide. Rel. 5.3. / ANSYS Inc. Houston, 1994.

2. Наседкин А.В. Схемы конечноэлементного анализа пьезоэлектрических устройств, взаимодействующих с акустической средой // Математика в индустрии. Тр. Межд. конф. (29 июня - 3 июля 1998 г.) / Таганрог, ТГПИ, 1998. С. 239 - 241.

3. Акопов О.Н., Белоконь А.В., Надолин КА., Наседкин А.В. Особенности конечноэлементного моделирования работы пьезоэлектрических устройств. I. Особенности матричных задач. // Совр. пробл. мех. спл. среды. Тр. III Межд. конф., г.Ростов-на-Дону, 7-9 окт. 1997 г. Т. 1. / Ростов-на-Дону, МП «Книга», 1997. С. 11-15.

УДК 621.

ДИСТАНЦИОННЫЙ УДАРНО-ВОЛНОВОЙ ЛИТОТРИПТЕР С ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ ЛУ-1

Е.С. Цихоцкий, П.В. Иванов, Е.И. Ситало, Усанов В.А.

НИИ физики Ростовского государственного университета 344090, г.Ростов-на-Дону, пр. Стачки 194. Тел: +7-8632-285122 факс: +7-8632-285044, Е - mail: tsykh@riphys.rnd.su

А.А. Калмычек

ПО «Азовский оптико-механический завод» г. Азов

Дистанционный ударно-волновой литотриптер с пьезоэлектрической генерацией ЛУ-1 ( в дальнейшем - литотриптер ) предназначен для дробления камней в верхних и нижних мочеточных путях щадящим способом ( без хирургического вмешательства ) и применяется в урологических отделениях больниц в стационарных условиях.

МИС-98

III. Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике

Разработку* ведет НИИ физики РГУ совместно с ПО «АОМЗ» -организацией-соисполнителем, изготовителем опытного образца и, в дальнейшем, серии. Организациями - медицинскими соисполнителями являются НИИ урологии Минздрава РФ и Ростовский государственный медицинский университет.

ЦЕЛЬ И НАЗНАЧЕНИЕ РАЗРАБОТКИ

1. Создание впервые в России нового литотриптера. Оснащение медицинских учреждений РФ импортозаменящим медицинским комплексом для диагностики и лечения мочекаменной болезни. Возможна поставка изделия на экспорт.

2. Ожидаемый эффект при использовании прибора :

Ш медицинский - безоперационный метод лечения больных мочекаменной болезнью;

Ш технический - высокая степень фокусировки ударной волны, точность наведения, что достигается за счет использования многоэлементного пьезоэлектрического фокусирующего излучателя ударных волн ( силовой антенной решетки ), а также изменения рабочих характеристик - величины ударного давления в зоне фокусирования и частоты следования импульсов ударной волны;

Ш социальный - повышение эффективности медицинской помощи больным, сокращение сроков лечения и реабилитации больных.

МЕДИЦИНСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. Литотриптер должен обеспечивать четкое и точное фокусирование ударной волны и разрушать конкременты в верхних и нижних мочеточных путях у взрослых и детей.

2. При этом не допускаются:

Ш кавитационные процессы в областях, примыкающих к зонам фокусирования ударной волны ( к зонам разрушения );

Ш ударные воздействия на окружающие ткани в зонах прохождения ударной волны и фокуса.

3. В изделии должна быть обеспечена синхронизация генерации ударных импульсов с ЭКГ пациента.

4. В изделии должна быть предусмотрена регистрация диагностической и служебной информации с возможностью последующего архивирования. Литотриптер должен обеспечивать возможность работы с внешними дополнительными устройствами визуализации и ЭВМ.

5. В литотриптере, для расширения его возможностей, предусмотрены изменения рабочих характеристик: величины ударного давления в зоне фокусирования и частоты следования импульсов ударной волны.

6. Литотриптер должен обеспечивать возможность эндоскопического обследования больных.

7. Конструкция литотриптера должна обеспечивать:

Ш возможность его эксплуатации одним оператором;

Ш доступ к пациенту и его обслуживание с трех сторон.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ Состав изделия приведен в таблице 1.

Таблица 1

* « ДИСТАНЦИОННЫЙ УДАРНО^ - ВОЛНОВОЙ ЛИТОТРИПТЕР С

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ ЛУ-1» Медико - технические требования на разработку и освоение 10 с. 1997 г.

Наименование К-во Назначение

1. Ложе пациента 1 Фиксация пациента и его пространственная ориентация

2. Силовая антенная решетка с датчиком системы визуализации 1 Формирование ультразвуковой ударной волны, формирование сигналов для системы визуализации

3. Блок возбуждения силовой антенной решетки 1 Формирование сигналов управления силовой антенной решеткой

4. Блок визуализации 1 Обработка сигналов датчика системы визуализации, преобразования их в видимое изображение. Наведение фокуса силовой антенной решетки на цель

5. Центральный пульт управления 1 Управление изделием, обработка эхосигналов систем визуализации объекта воздействия, обработка диагностической и служебной информации

Технические параметры и характеристики литотриптера.

1. Фокусирование ударной волны - геометрическое.

2. Фокусное расстояние - 450 мм.

3. Максимальная высота фокуса над поверхностью стола - 130 мм, минимальная - 10 мм.

4. Размеры фокального пятна - не более 6x6x15 мм, - и не менее 3x3x8 мм по уровню 6 дБ.

5. Уровень давления, развиваемый в фокальной области, с возможностью управления величиной давления, - 50 -г- 100 МПа.

6. Частота следования импульсов ударной волны - 1 -г- 300 Гц.

7. Длительность импульса ударной волны - не более 0,7 мкс.

8. Отношение амплитуд импульса сжатия к импульсу разрежения - не менее 10.

9. Система визуализации изделия обеспечивает наблюдение в реальном масштабе времени двумерных полутоновых секторных ультразвуковых изображений с возможностью определения линейных размеров, периметров и площадей визуализируемых органов и конкрементов в них, а также местоположение зоны фокусировки ударной волны литотриптера.

10. Литотриптер оснащен двумя датчиками системы визуализации:

И центральный, встроенный в силовую антенную решетку, - осесимметричная антенная решетка с динамическим фокусированием;

И внешний - осесимметричный с геометрическим фокусированием.

11. Средняя интенсивность излучаемых ультразвуковых колебаний на рабочей поверхности зонда - не более 50 мВт/см2.

12. Протяженность мертвой зоны внешнего визуализатора - не более 15 мм на рабочей частоте 3 МГц.

13. Ложе пациента обеспечивает линейное перемещение фокуса пушки в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях на расстояние - не менее 100 мм.

14. Вертикальное перемещение стола ложа пациента - не менее 120 мм.

МИС-98

III. Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике

15. Скорость линейных перемещений силовой антенной решетки и стола ложа пациента - не менее 2 -г- 5 мм/с.

16. Погрешность линейных перемещений - + 1 мм.

17. Размеры стола ложа пациента - 700x2000 мм.

18. Масса ложа пациента - не более 650 кг.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. Изделие имеет блочно-модульный принцип построения и выполнено в виде стационарного комплекса состоящего из 3-х частей:

Ш ложа пациента с силовой антенной решеткой и системой позиционирования;

Ш системы возбуждения с источниками питания;

Ш центрального пульта управления.

2. Литотриптер должен монтироваться в однокомнатном помещении с габаритными размерами не менее 3x5x6 м3.

3. Площадь, занимаемая изделием, - не более 7 м2.

4. Масса изделия с принадлежностями не должна превышать 1200 кг.

В заключение приведем сравнительные характеристики литотриптера ЛУ-1 и зарубежного аналога - литотриптера LT-01 PLUS фирмы EDAP (табл. 2 ). При этом необходимо ответить, что отечественный серийно выпускаемый аналог отсутствует.

Таблица 2

Показатели качества LT-01 PLUS ЛУ-1

фокусное расстояние 446 мм 450 мм

количество пьезоэлементов 320 200

размеры фокального объема при 6 Дб. 2.5 х 2.5 х 23 мм 3 х 3 х 8 мм

Величина перемещения стола по вертикали 115 мм 120 мм

Уровень давления в фокальной области - 50-100 МПа

Частота следования импульсов 1.25 - 160 Гц 1 - 300 Гц

Вес изделия 1840 кг 1200 кг

В настоящий момент заканчивается разработка рабочей документации опытного образца и ПО «АОМЗ» приступил к изготовлению опытного образца литотриптера.

ПОВЫШЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ПРИБОРОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Бросалин А.В., Кириченко И. А.

Таганрогский государственный радиотехнический университет кафедра ЭГА и МТ; 347922, Россия, Таганрог, Некрасовский, 44; тел./факс: (86344)6 - 17 - 95; E-mail: fep@tsure,ru.

В настоящее время в медицинской практике широко используются ультразвуковые приборы визуализации и диагностики внутренних органов человека. Постоянно возрастают требования к техническим характеристикам данных систем.

Одним из основных параметров является разрешающая способность приборов визуализации. Известно, что при локации в импульсном режиме разрешающая способность определяется длительностью зондирующего импульса. Известно, что разрешающая способность по глубине при зондировании донных

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.