Содержание к диссертации
Введение 10
ГЛАВА 1. Анализ существующих УЗМА для терапии
и хирургии и методов их проектирования 13
Ультразвуковые аппараты для соединения,
разделения и обработки биологических тканей 17
Офтальмологические аппараты низкочастотного
ультразвука 19
Стоматологические аппараты низкочастотного
ультразвука 21
Нейрохирургические ультразвуковые аспираторы 24
Ультразвуковые аппараты для удаления избыточной
жировой клетчатки 26
Структурный анализ ультразвуковых медицинских аппаратов 26
Электрическая часть УЗМА 27
Электроакустическая часть УЗМА 28
Акустическая часть УЗМА и технологическая нагрузка 31
Особенности аппаратного синтеза УЗМА при использовании пьезокерамических излучателей в терапии и хирургии 35
Биотехнический подход к созданию новых УЗМА для
конкретных видов воздействий на биоткани 38
ГЛАВА 2. Разработка научных основ проектирования
ультразвуковых медицинских аппаратов использующих
пьезокерамические излучатели 41
-32.1 .Методологические основы проектирования УЗМА 41
Техническое задание на проектирование
нового объекта техники 45
Исходные данные для проектирования 49
Анализ основных технологических факторов, влияющих
на процесс проектирования УЗМА 51
Теория электроакустического изоморфизма как база
комплексной оценки и аппаратного синтеза 53
2.2.1. Вывод эквивалентной схемы волновода 53
Продольные колебания 53
Изгибные колебания 58
Крутильные колебания 60
Электроакустический изоморфизм 62
Выводы 67
2.2.2 Вывод эквивалентной схемы пьезоизлучателя из
основных уравнений электроакустического преобразования 67
Определение фактора электроакустического
изоморфизма 75
Входной ток пьезокерамического излучателя как
основной информационный показатель 78
Анализ технологических видов нагрузки и их
эквивалентные схемы 80
Биологическое действие ультразвука как основа его применения в хирургии и терапии 80
Нагрузка на твердые среды 84
2.3.2.1 .Работа на костный цемент (ПММА) 89
2.3.2.2.Нагрузка при работе на костную ткань 93
Нагрузка на жидкие и жидкоподобные среды 94
-42.3.4. Работа в иммерсионном режиме 104
2.3.5. Работав тонком слое 108
Синтез общей эквивалентной схемы электроакустической
части УЗМА на основе электроакустического изоморфизма 113
ГЛАВА 3. Теоретико-экспериментальные исследования
эффективности функционирования аппарата на базе
полученных эквивалентных схем 119
Влияние условий выполнения технологии
на основные параметры импеданса нагрузки 119
Оценка влияния электроакустических параметров ультразвукового пьезоэлектрического излучателя
продольного типа на его основные частотные характеристики 125
Симметрирование амплитудно-частотных
характеристик пьезоэлектрического излучателя 140
Способы увеличения нагрузочной способности
ультразвукового пьезоэлектрического излучателя 149
3.5.Определение предельной кинетической мощности
ультразвукового пьезоэлектрического излучателя 156
ГЛАВА 4. Принципы построения и методы проектирования
генераторных систем в УЗМА 176
Особенности работы тиристорных мостовых и полумостовых схем на широкодиапазонную резонансную
Транзисторные схемы с независимым возбуждением и автогенераторные работающие на высокодобротную
частотно-зависимую и широкодиапазонную нагрузку 185
-54.3. Использование разработок технологии Ж)8РЕТ и ЮВТ
для упрощения и повышения надежности схемных решений 194
ГЛАВА 5. Проектирование систем авторегулирования и управления генератором для обеспечения устойчивой
работы его на пьезокерамический излучатель 206
Факторы, влияющие на частотное рассогласование УЗГ и колебательной системы в УЗМА и основные
методы частотного регулирования 206
Влияние использования МОЗБЕТ элементов в
схемотехнике систем частотного регулирования УЗМА 216
Исследование регулировочной характеристики системы ФАПЧ с прямым преобразованием фазового
сдвига в частотное изменение 222
Методы и средства управления выходным параметром
генератора или технологическим параметром УЗМА 229
Применение МОЗБЕТ элементов в проектировании
систем управления выходным параметром УЗМА 235
Адаптивная система термостабилизации работы
силовых элементов аппарата 242
Выводы 248
ГЛАВА 6. Разработка и внедрение в медицинскую практику
серии высокоэффективных терапевтических и хирургических
ультразвуковых аппаратов 251
6.1. Терапевтический ультразвуковой аппарат для
оториноларингологии «Тонзиллор-М» 251
6.1.1. Конструктив ультразвукового терапевтического
аппарата для оториноларингологии «Тонзиллор-М» 251
-66.1.2. Организация рабочего места врача оториноларинголога 255
6.2. Технологические аспекты применения УЗМА «Тонзиллор-М» 257
Методики лечения заболеваний глотки и гортани 257
6.2.1.1.Методика лечения хронического тонзиллита 257
Методика лечения хронического фарингита, фаринголарингита 261
Лечение катарального фарингита,
фаринголарингита 264
Методика лечения респираторных вирусных
инфекций с синдромом ангины и острых фарингитов 265
Методики лечения заболеваний носа 266
Методика лечения острых и хронических бактериальных ринитов и бактерионосительства 266
Методика лечения аллергического ринита 267
6.2.2.3 Методика интерферонопрофилактики ОРВИ 269
Методика хирургического лечения хронических вазомоторных и гипертрофических ринитов 270
Методика лечения носовых кровотечений 272
Методики лечения заболеваний уха 275
6.2.3.1. Набор инструментов для лечения заболеваний
уха 275
6.2.3.2 Методика лечения наружных отитов 277
Методика лечения хронических гнойных средних отитов (мезо-, эпитимпанитов и болезней оперированного уха), лечение в раннем
послеоперационном периоде 279
Низкочастотная ультразвуковая рефлексотерапия 283
6.2.4.1. Набор инструментов для рефлексотерапии 283
-76.2.4.2. Физиологическое воздействие низкочастотного
ультразвука на биологически активные точки 283
6.2.4.3. Методика ультразвуковой рефлексотерапии 284
Хирургический ультразвуковой аппарат для травматологии
и ортопедии «Ярус» 287
6.3..Ультразвуковые технологии в современном цементном протезировании 288
Организация и оснащение операционной для проведения ортопедических операций с использованием хирургических
аппаратов на основе низкочастотного ультразвука 288
Конструктив аппарата ультразвукового « Ярус» ! 291
Технологические аспекты применения УЗМА «Ярус» 294
Ультразвуковая чистка 294
Ультразвуковая костная хирургия 295
Ультразвуковая профилактика раневой инфекции 296
Ультразвуковой гемостаз 298
Ультразвуковая сушка поверхности 299
Удаление костного цемента 300
Первичное цементное эндопротезирование тазобедренного сустава на основе ультразвуковых
технологий 301
Хирургический доступ к тазобедренному
суставу 301
Технология установки тазового компонента эндопротеза 302
Технология установки бедренного компонента эндопротеза 305
Ревизионное цементное эндопротезирование тазобедренного сустава на основе ультразвуковых технологий 306
6.4.8.1. Предоперационное планирование 307
6.4.8.2 Удаление цементной мантии 308
Разработка БТС для травматологии и хирургии 310
Заключение 320
Литература 325
Приложения
Список принятых сокращений
АК - аспирационный канал АПЧ — автоматическая подстройка частоты АПА — автоматическая подстройка амплитуды АУ - акустический узел
АЧХ — амплитудно-частотная характеристика БО - биообъект
БОС — блок обработки сигналов обратной связи
ВАХ - вольтамперная характеристика
ВИ - ультразвуковой стержневой волновод-инструмент
ОКВ — область косвенного воздействия ультразвука на прилегающие ткани
ОНВ — область непосредственного воздействия ультразвука на ткани
ПММА - полиметилметаакрилат
ПО - программное обеспечение
ППП - пакет прикладных программ
ПЭ - пьезоэлемент
ПЭФ - пьезоэлектрический эффект
РО - рабочее окончание волновода-инструмента
СВ - согласующий волновод (бустер)
ТЗ - техническое задание
УЗГ — ультразвуковой генератор
УЗКС — ультразвуковая колебательная система
УЗМА — ультразвуковой медицинский аппарат
ФСА — функционально-стоимостной анализ
ФЭИ - фактор электроакустического изоморфизма
ФЧХ — фазочастотная характеристика
ЭАП - электроакустический преобразователь
Введение к работе
Наряду с успехами теоретической и клинической медицины первоочередное значение в развитии здравоохранения приобретают новые разработки специализированных медицинских аппаратов и их широкое внедрение. Все более значительное место в лечебном аппаратном комплексе начинает занимать низкочастотная ультразвуковая терапия и хирургия. Безвредность, малая травматичность, простота и эффективность ультразвукового воздействия позволяет использовать его в клинической и практической медицине самых различных направлений
Разработка и применение для хирургического воздействия ультразвуковой низкочастотной аппаратуры является одним из интенсивно развивающихся направлений. Значительный вклад в развитие этого направления внесла научная школа МГТУ им. Н.Э.Баумана во главе с академиком Г.А.Николаевым и профессором В.И.Лощиловым, совместные работы которых с учеными медиками Поляковым В.А., Чемяновым Г.Г., Волковым М.В., Петровским Б.В., Петровым В.И. и другими позволили создать новые высокоэффективные методы и аппаратуру для ультразвукового воздействия на биологические ткани. Впервые в мире были разработаны методы ультразвуковой резки, расслоения, сварки, наплавки для различных областей медицины.
Однако, несмотря на достигнутые успехи в области ультразвуковых медицинских технологий, последние могли бы развиваться значительно интенсивнее, если бы не недостаточная эффективность существующей медицинской ультразвуковой аппаратуры и отсутствие современных эффективных средств и методов математического моделирования проектируемых ультразвуковых медицинских аппаратов. В настоящее
время нет целостной концепции проектирования ультразвуковых аппаратов медицинского назначения, которая объединяла бы весь комплекс взаимосвязанных параметров, начиная от технологической нагрузки — конкретных параметров вводимых в ткань колебаний непосредственно, либо через жидкую фазу, и, заканчивая оптимизированными по тому, либо иному критерию, характеристиками ультразвукового генератора.
Таким образом, разработка современных методов проектирования, адекватных математических моделей широкого класса ультразвуковой медицинской аппаратуры, ее оптимизация и исследование динамики систем при взаимодействии с различного рода бионагрузками является безусловно актуальной задачей.
Цель работы: Разработка эффективных низкочастотных высокоамплитудных ультразвуковых аппаратов для терапии и хирургии, широкодиапазонных по параметрам нагрузки и новых медицинских технологий на их основе.
Задачи работы:
Структурный анализ ультразвуковых медицинских аппаратов для терапии и хирургии.
Развитие теории электроакустического изоморфизма путем расширения области изоморфных электроакустических преобразований на различные элементы аппаратного комплекса, как базы для комплексной оценки эффективности ультразвукового медицинского аппарата и последующего аппаратного синтеза.
Разработка электроакустических моделей (эквивалентных схем) основных функциональных узлов ультразвуковых медицинских аппаратов для различных типов колебаний и различных видов нагрузки.
4.0ценка влияния электроакустических параметров пъезокерамических излучателей на их основные частотные характеристики.
Определение влияния технологии на основные параметры нагрузки и разработка способов повышения нагрузочной способности ультразвуковых медицинских аппаратов.
Разработка способов адаптации энергонасыщенных узлов ультразвуковых медицинских аппаратов к требованиям технологии и использование адаптивных систем для повышения эффективности работы аппарата.
Разработка и исследование новых схемных решений УЗ генераторов и систем их регулирования и управления на базе новых технологий ЖЭБРЕТ и ЮВТ.
Разработка и внедрение в медицинскую практику серии новых высокоэффективных ультразвуковых аппаратов для терапии и хирургии и новых медицинских технологий на их основе.
Похожие диссертации на Разработка низкочастотной ультразвуковой аппаратуры для терапии и хирургии
