CC BY
75
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: [email protected]
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
