Устройство и принцип действия аппарата ультразвуковой терапии УЗТ-1.03 У.

Цель работы: 1. Ознакомить студентов с устройством и принципом действия аппарата УЗИ терапии. 2. Привить навыки работы с аппаратом УЗИ терапии.

Введение

Аппарат предназначен для генерирования ультразвукового излучения (УЗИ) с целью воздействия на различные участки тела человека в лечебных целях.

 Фактор лечения механические колебания частотой 880 кГц и 2640 кГц. Интенсивность волны меньше 1,2вт/см². Интенсивность эта величина равная энергии переносимая ультразвуковой волной в 1с через 1см² площади поверхности расположенной перпендикулярно направлению распространения ультразвука. Поглощение ультразвука определяется природой тканей. Меньшей проникающей способностью и большим поглощением обладают высокочастотные ультразвуковые колебания. Например, ультразвук частотой 880 кГц проникает на глубину 4-6 см, а 2640 кГц - на 1-3 см. Наибольшее поглощение ультразвука происходит в газах, наименьшее - в твердых средах. Слой воздуха 0,01 мм почти полностью поглощает ультразвук, поэтому при проведении лечебных процедур для создания безвоздушного пространства применяются контактные среды. Скорость распространения ультразвука в твердых средах максимальная, а в газообразных средах минимальная. Ультразвук вызывает перепады давления - сжатие и разрежение среды. Разница в давлениях может достигать 260 кПа (2, 6 атм.). При больших интенсивностях ультразвука (в эксперименте) может возникать кавитация - разрыв тканей и жидкости с образованием полостей.

Физические основы

Физическая основа УЗИ — пьезоэлектрический эффект. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на пластинки кварца титанита бария переменного электрического заряда частотою более 20 кГц в них возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн - обратный пьезоэлектрический эффект . Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может функционировать попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. В ультразвуковых измерениях такое устройство получило называние акустический преобразователь или просто датчик.

УЗ распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения упругой среды. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания (время за которое молекула (частица) среды совершает одно полное колебание), частотой (число колебаний в единицу времени), длиной волны (расстояние которое перемещается волна за один период), фаза и скоростью распространения. Скорость волны в основном от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна частоте волны. Чем меньше длина волн, тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют ультразвуки частотою от 2 до 10 МГц. Разрешающая способность современных ультразвуковых аппаратов достигает 1-3 мм.

Любая среда, в том числе и ткани организма, препятствует распространению ультразвука. Акустическое сопротивление тканей зависит от их плотности и скорости распространения в них звуковых волн. Чем выше плотность среды, скорость волны, тем больше акустическое сопротивление.

Распространение УЗ волн происходит в соответствии законам геометрической оптики. В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая прямолинейное распространение. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных сред, тем большая часть УЗ колебаний отражается. Так как на границе перехода УЗ из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при УЗ сканировании пациента необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наименьшее при перпендикулярном направлении) и частоты УЗ колебаний (при более высокой частоте большая часть волны отражается).

Ультразвуковой метод позволяет оценить объемы границ раздела двух сред, расстояние до границы разделения плотностей двух структур используя, временя прохождение волны от приемника до границы раздела и обратно до приемника.

Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также полости малого таза используется УЗ частотою 2,5 — 3,5 МГц. Исследование щитовидной железы осуществляется УЗ частотой 7,5 МГц.

Особый интерес в диагностике вызывает использование эффекта Доплера. Методы основанные на эффекте Доплера позволяют, определить скорость движения границы раздела плотностей и разницу в плотностях, образующих границу. Заключается он в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. В силу этого эффекта звук отражается от движущегося объекта с частотой отличной от частоты исходного (падающего на тело) сигнала (происходит сдвиг частоты). Величина изменения частоты зависит от скорости предмета.

Аппаратура

В настоящее время в медицине используются аппараты серии УЗТ. В наименование аппаратов, кроме аббревиатуры (УЗТ), входят несколько цифр. Первая из них указывает на частоту генерируемых колебаний с округлением 880 кГц - 1 МГц, 2640 кГц - 3 МГц. Последующие цифры указывают на номер модели и область применения. Аппаратам в зависимости от технологических особенностей даются предметные наименования. Например, аппарат УЗТ-1. 01 Ф - это физиотерапевтическая конструкция, к которой прилагаются ультразвуковые головки площадью 1 и 4см². Далее УЗТ-1. 02 С – это стоматологический аппарат. Аппарат УЗТ-1. 03 У – урологический, аппарат УЗТ-1. 04 О – офтальмологический. Все они имеют один и тот же вид и отличаются лишь набором специализированных головок-излучателей. Такой же внешний вид имеют аппараты для поверхностного воздействия УЗ- колебаниями. К ним относятся аппараты "УЗТ 3. 01-Г" - гинекологический, "УЗТ3. 02-Д" - дерматологический, "УЗТ-3. 05" - общетерапевтический, "УЗТ 3. 06" - детский дерматологический. В настоящее время разработаны новые ультразвуковые терапевтические аппараты "УЗТ-1. 08-Ф", "УЗТ-3. 07 Ф"', которые работают с любым из имеющихся излучателей ультразвука. Наряду с перечисленными, в медицинскую практику внедрена серия аппаратов под общим названием "Гамма". Они функционируют на двух частотах 880 и 2640 кГц. В сокращенном названии этого класса аппаратов включены две цифры, указывающие на первые цифры округленные частоты -860(1) и 2640(3), номер модели -02 и буква, отвечающая области применения. Например, УЗТ 13. 01. Л "Гамма Л" - оториноларингологический; УЗТ 13. 02. 0 "Гамма О" –офтальмологический и т.д. В практику физиотерапии внедрены также аппараты "Барвинок Г", "Барвинок У", пригодные в гинекологии и урологии и генерирующие низкочастотные УЗ - колебания. В исследованиях урологической патологии широкое применение нашли аппараты "Стержень" и "Стержень-1". Продолжают использоваться в медицине и аппараты "УТС-1" (ультразвуковые терапевтические стационарные) и "УТП-1" (ультразвуковые терапевтические портативные), "Проктон-1" (аппарат УЗ для воздействия на патологически измененные ткани), "Генитон", "Генитон-2" (аппарат ультразвуковой для лечения гениталий у женщин, 3 акустических узла, набор волноводов). Мощность аппаратов периодически (раз в 1-2 мес.) проверяется. При частоте 880 кГц глубина проникновения УЗ-колебаний - 6 см. В ЛОР практике широко используется аппарат "ЛОР-3" генерирующий колебания с частотой 880 кГц, "Тонзил-лор-2"' (аппарат ультразвуковой для консервативного и хирургического лечения ЛОР-органов). Электрод во всех аппаратах представлен головкой-вибратором, на которую сажается пластинка титаната бария (пьезокристалл). Принцип действия УЗ аппаратах основан на обратном пьезоэлектрическом эффекте. Зарубежные аппараты: “Sonostat» "ЕСО", "Sonopuls", "Nemecroson", "ECOSCAN", прибор для ультразвуковой терапии с многочастотными эмитерными головками "ВТL-07" (Чехия).

Пьезоэлектрические излучатели (вибраторы) ультразвука основаны на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. В качестве материала пьезоэлемента используют, как правило, цирконат-титанат свинца.

Аппараты такого рода элементами эффективно работают в высокочастотной области УЗ диапазона и в импульсном режиме.

В качестве электромеханических преобразователей для низкочастотной области УЗ-колебаний применяют магнитострикционные излучатели (вибраторы), которые используют механические деформации, возникающие в ферромагнетиках при их намагничивании в периодически изменяющемся магнитном поле. Магнитострикционные преобразователи применяют в диапазоне частот до 200 кГц и выше. Выделяются они также по мощности получения ультразвука.

Аппараты ультразвуковой терапии широкого применения реализуют интенсивность воздействия до 1 Вт/см² . Диапазон частот 800-3000 кГц.

Аппараты для ультразвуковой стерилизации и обеззараживания используют бактерицидные свойства ультразвуковых колебаний.

Аппараты для ультразвуковой хирургии применяют для рассечения и соединения живых биологических тканей (мягких и костных структур), их рабочая частота составляет 20…100 кГц. В качестве хирургического инструмента используют специальные конические насадки.

Аппарат для ультразвуковой терапии УЗТ-1.03У (см.рис.1) работает как в непрерывном, так и в импульсном режимах, что позволяет выбрать для каждого пациента наиболее рациональную процедуру в соответствии с характером заболевания. Наличие в комплекте аппарата четырех ультразвуковых излучателей разного вида обеспечивает эффективное воздействие при лечении урологических заболеваний.

 Аппарат для ультразвуковой терапии УЗТ-1.03У выполнен на интегральных схемах и полупроводниковых приборах. Защита от поражения электрическим током организована по классу 1, тип B.

В импульсном режиме аппарат генерирует сигналы длительностью 2,4 и 10 мс. Отклонение длительности импульса от паспортных данных не превышает ±20%.