устройство для фонопунктуры

Формула изобретения

Устройство для фонопунктуры, содержащее последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты, выходной усилитель и излучатель, включающий преобразователь, отличающееся тем, что генератор выполняют с возможностью работы на частотах 31 и 40 кГц, на которых наблюдается релаксация в тканях акупунктурных точек, преобразователь соединен со стержневым концентратором с экспоненциальной формой профиля и отношением диаметров входного и выходного концов концентратора, обеспечивающими интенсивность ультразвуковых колебаний от 0,05 до 0,2 Вт/см².

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пунктуационной ультразвуковой терапии (фонопунктура) и может найти применение для лечебных целей.

Результатом изобретения является повышение эффективности фонопунктуры при ультразвуковом воздействии на точки акупунктуры.

Широко известен древний лечебный метод восточной медицины с использованием иглоукалывания, иглотерапии, иглорефлексотерапии, акупунктуры, пунктуационной рефлексотерапии. Сущность этого метода состоит в воздействии на больной организм различными по природе раздражителями (игла, ожоги, охлаждение) в строго определенные участки подкожной ткани - акупунктурные точки ("кун-сюе"). Раздражение их сопровождается закономерными реакциями организма, его систем и органов, что и позволяет использовать это раздражение в лечебных целях.

Недостатком устройств, реализующих этот метод, является необходимость использования игл, которые могут занести инфекцию и повреждение участков кожи и подкожной мышечной ткани.

Поэтому в рефлексотерапии начали находить применение другие устройства, не связанные с введением игл: электропунктура, магнитотерапия, лазеропунктура, УФО-терапия, металлотерапия (смотрите, например а.с. СССР по заявке 1707230/31-16, N 460648).

Недостатком этих устройств является их малая эффективность, тем более, что современная медицинская наука еще не подобрала оптимальные режимы воздействия и не всегда может научно обосновать лечебные механизмы. (Ю.В.Марков. Рефлексотерапия в современной медицине. - Санкт-Петербург: Наука, 1992, с. 129-146).

Эти устройства не требуют жестких требований к асептике и стерилизации игл, что исключительно важно в наш век спида и эпидемий гепатита. Однако в ряде случаев они существенно уступают наиболее мощному и эффективному оружию, которым является простая игла. Кроме того, это реализуется сложными устройствами, что не всегда применительно в клинической практике. Поэтому значительный интерес вызывают способы лечения с акустическим воздействием на акупунктурные точки человека.

Известно устройство фонопунктуры, основанное на том, что ультразвук оказывает механическое и тепловое воздействие. Деформируя клетки, он способствует образованию деформаций, тепла и разности потенциалов в акупунктурных точках, что в конечном итоге приводит к лечебному эффекту (А.А.Чиркин. Метаболические реакции организма на различные варианты ультразвукового воздействия. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук. - Мн.: 1976, 34 с; Л.Р.Гаврилов, Е.М.Цирульникова. Фокусированный ультразвук в физиологии и медицине. - Л.: Наука, 1980, 179 с.).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство фонопунктуры, описанное в книге В.С.Улащик, А.А.Чиркин. Ультразвуковая терапия. - Минск: "Беларусь", 1983, с. 237, с. 108. Устройство создает акустические колебания на "терапевтических" частотах 0,8-2,95 МГц, осуществляя сообщение этих колебаний пациенту, находящемуся в удобной для него позе (сидя или лежа), в акупунктурных точках с использованием наносимой на кожу контактной среды, причем создают интенсивности от 0,05 до 0,2 Вт/см².

Устройство - прототип реализуется с помощью ультразвуковой терапевтической аппаратуры "Ультразвук-Т-5", аппаратами ЛОР и УЗТ. Эти устройства-прототипы содержат последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты 880 кГц, усилитель выходной и излучатель с возбудителем в виде пьезокерамической пластины, а также блок управления и блок питания (В.С.Улащик, А.А.Чиркин. Ультразвуковая терапия. - Минск: "Беларусь", 1983, с. 100).

Недостатком устройства-прототипа является малая амплитуда создаваемых колебаний на частотах релаксации тканей и высокая частота ультразвука, в то время как релаксация в мышечных тканях наблюдается на 31 и 40 кГц.

Предлагается устройство для фонопунктуры, которое так же, как устройство-прототип, содержит последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты, усилитель выходной и излучатель, включающий преобразователь. Генератор выполнен с возможностью работы на частотах релаксации, в частности на низких ультразвуковых частотах 31 и 40 кГц, а преобразователь соединен со стержневым концентратором с экспоненциальной формой профиля и отношением диаметров входного и выходного концов концентратора, обеспечивающих интенсивность ультразвуковых колебаний от 0,05 до 0,2 Вт/см².

На фигуре 1 приведена зависимость коэффициента поглощения звука _p на длину волны от частоты .

На фигуре 2 приведена блок-схема предлагаемого устройства для фонопунктуры.

На фигуре 3 приведено устройство концентратора.

На фигуре 4 приведена блок-схема блока управления устройством.

Ниже приводится подтверждение целесообразности и практической осуществимости предлагаемого устройства фонопунктуры.

В хорошем приближении можно считать, что в биотканях (за исключением костной ткани) ультразвуковые волны распространяются так же, как в жидкостях. Поперечные волны не могут проникать в мягкие ткани на большую глубину, а продольные волны распространяются как волны сжатия и растяжения.

В любой среде ультразвуковая волна будет затухать, причем интенсивность плоской волны, распространяющейся в направлении X, будет спадать по экспоненциальному закону в зависимости от пройденного расстояния



где _p - коэффициент затухания по амплитуде, который обычно выражается в децибеллах



Затухание ультразвука увеличивается с повышением частоты. Во многих видах мягких тканей ультразвук затухает одинаково, причем частотная зависимость в дБ/см является приблизительно линейной. В работе под редакцией С. Уэбба. Физика визуализации изображений в медицине. - М.: Мир, 1991, с. 11, рекомендуется использовать для мягких тканей эмпирическую формулу



где 1 для большинства мягких тканей.

Как известно (Ф.Г.Портнов. Электропунктационная рефлексотерапия. - Рига: Наука, 1980, 218 с.) точки акупунктуры богаты соединительной тканью, нервными стволиками, венами, рецепторами, эффекторами. Точки характеризуются истончением эпидермиса, коллоидными волокнами дермы. В акустическом плане ткани в точках акупунктуры аналогичны мышечной ткани. Площадь точки колеблется от 0,4 до 10 мм². Глубина расположения от 3 до 25 мм.

Однако, что значимо для предлагаемого устройства, в мышечных тканях существует область низкочастотной релаксации вблизи частоты 31 и 40 кГц (Под ред. К. Хила. Применение ультразвука в медицине. Физические основы. - М.: Мир, 1989, с. 211). Показано, что характеристические частоты многих релаксирующих элементов мышечной структуры лежат в частотной области в районе 31 кГц. (X. T.Truong, Extensional wave propagation characteristics in striated musele. - IASA, 1972, N 51, p. 1352-1356; X.T.Sruong, S.R.Iarreft. Longitudinal pulse propagation characteristics in striated musele. - IASA, 1978, N 64, p. 1299-1302).

Как известно, при акустической релаксации происходят внутренние процессы восстановления термодинамического равновесия в тканях, нарушаемого сжатиями и разрежениями в ультразвуковой волне. Согласно термодинамическому принципу энергия поступательного движения в звуковой волне переходит на возбуждение клеток мышечной и нервной тканей, а энергия, приходящаяся на поступательное движение, уменьшается. Поэтому релаксация всегда сопровождается поглощением звука мышечными и нервными тканями. Кроме того, при релаксации инициируются сегнетоэлектрические явления в тканях.

Типовая частотная зависимость произведения коэффициента релаксационного поглощения _p на длину волны имеет характерный максимум на частоте релаксации _p = 2f_p (фигура 1). На этой фигуре указаны времена релаксации , т. е. время, за которое параметр, характеризующий первоначальное отклонение системы от состояния равновесия, уменьшается в e = 2,7 раз. Чем меньше отношение к периоду колебаний T, тем полнее успевает восстановиться нарушенное равновесие. При этом коэффициент релаксационного поглощения (И.Г.Михайлов. Основы молекулярной акустики. - М.: Наука, 1964, 340 с.) имеет вид



где



c₀ - скорость звука при I,

c - скорость звука при I.

Таким образом, наиболее активное воздействие ультразвука на точки акупунктуры осуществляется в районе частот 31 и 40 кГц, на которых ткани активно поглощают звуковую энергию. Поэтому предлагаемое нами устройство фонопунктуры на частотах релаксации тканей точек акупунктуры вполне оправдано.

При использовании низкочастотного ультразвука возникает принципиальная трудность, приводящая к необходимости создания специального устройства для реализации предлагаемого способа.

Как известно, интенсивность акустических колебаний I определяется формулой



где где _c - акустическое сопротивление среды в кг/м²с,

= 2f - частота в 1/с,

₀ - амплитудное значение колебательного смещения в м.

Для повышенного терапевтического эффекта необходимо сохранить интенсивность акустических колебаний I_вт, используемую на высоких "терапевтических" частотах, также на низких ультразвуковых частотах I_нч, используемых в способе. При равенстве интенсивностей I_вт = I_нч необходимо, чтобы



т.е. требуется обеспечить более высокую амплитуду колебательных смещений в f_вч/f_нч раз. Поэтому предлагаемое устройство с преобразователем, соединенным со стержневым концентратором, обеспечивает увеличенную амплитуду колебательного смещения частиц в среде за счет уменьшения поперечного сечения стержня.

При фонопунктуре используются интенсивности ультразвука не выше 0,2 Вт/см². По данным Американского института по применению ультразвука в медицине ультразвуковое облучение практически не оказывает вредного биологического действия на ткани при интенсивностях ниже 0,2 Вт/см² и даже при более высоких уровнях интенсивности, если произведение интенсивности на время облучения не превышает 50 Дж/см².

Предлагаемое устройство, блок-схема которого приведена на фигуре 2, содержит последовательно соединенные генератор 1 на частоты 31 и 40 кГц, усилитель выходной 2, преобразователь с концентратором 3, а также содержит блок питания 4 и блок управления 5.

Конструкция преобразователя с концентратором 3 приведена на фигуре 3. Излучатель содержит корпус 6, стержневой электроакустический преобразователь 7, стержневой концентратор 8, мембрану 9, стяжку 10, кабель электропитания 11.

На фигуре 4 приведена блок-схема блока управления, который содержит блок установки частоты 12, выход которого соединен с генератором 1, блок регулировки мощности 13, выход которого соединен с усилителем мощности 2, блок включения питания и генератора 14, выходы которого соединены с блоками 1, 2, 4, 12.

Работа устройства осуществляется следующим образом. С блока управления 5 производится включение питания генератора 1 и усилителя выходного 2. Блоком установки частоты 12 устанавливается частота релаксации тканей точки акупунктуры f_р. По команде блока 14 включается генератор 1. Электрические колебания усиливаются в выходном усилителе 2. Они возбуждают излучатель 3 с концентраторами. Конец концентратора подносится к акупунктурной точке и возбуждает ее в течение заданного времени.

Пример. Использовался стержневой излучатель полуволнового пакетного типа из пьезокерамики типа ЦТБС-3 с плотностью = 7,210³ кг/м³, скоростью звука c = 3,510³ м/с, диэлектрической проницаемостью = 2300, пьезомодулем d_ik = 20010^-12 Кл/н. Излучатель возбуждал колебания на частотах 31 кГц или 40 кГц. Для обеспечения увеличения амплитуды колебательного смещения в 20-25 раз были использованы два концентратора стержневого типа с диаметрами d₁/d₂ = 5. Форма поперечного сечения круглая. Тип колебаний продольный. Изменение сечения было принято экспоненциальное. Длина стержня была выбрана по формуле (Под ред. Розенберга. Источники мощного ультразвука. Физика и техника ультразвука. - М.: Наука, 1967, с. 149-206):



В качестве материала стержня был выбран титан, который при большой механической прочности обладает сравнительно малым волновым сопротивлением, а также малым коэффициентом поглощения звука. Параметры титана, применяемого в стержнях: модуль Юнга 1,1610¹² Дж/см²; модуль сдвига 0,3610¹² Дж/см², плотность 4,42 г/см³, скорость продольных волн 4,910⁵ см/с, скорость сдвиговых волн 2,8310⁵ см/с, разрушающее напряжение 7,210⁹ Дж/см². При таком материале использовалась длина стержневого экспоненциального концентратора круглого сечения l₁ = 6,24 см.

Показатели экспоненты были выбраны по формуле



Блоки, входящие в устройство: генератор, мощный усилитель, питания, управления - традиционного исполнения.

Построение и расчет использованного стержневого пьезокерамического преобразователя приведен, например, в книге Г.М.Свердлин. Гидроакустические преобразователи и антенны. - Л.: Судостроение, 1980, с. 90-105.

Таким образом, имеется практическая возможность создания необходимого устройства.