УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ФИЗИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
ULTRASONIC TRANSDUCER FOR PHYSIOTHERAPY EQUIPMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Ультразвуковой преобразователь для физиотерапевтических аппаратов.
Изобретение может быть использовано для ультразвуковых физиотерапевтических аппаратов, применяемых в медицине и косметологии.
В существующих ультразвуковых преобразователях пьезоэлемент имеет с внешней стороны покрытие, выполняющее две функции:
1 - согласующего слоя, необходимого из-за значительной разницы акустических импедансов пьезокерамики и ткани пациента,
2 - защитного слоя, предохраняющего серебряный электрод пьезоэлемента от быстрого истирания.
Поскольку износоустойчивость покрытия внешней стороны пьезоэлемента из-за требований акустического согласования выполняется из материалов с невысокой износоустойчивостью, возникает задача повышения износоустойчивости этого покрытия для увеличения срока службы ультразвукового преобразователя в целом.
Известные меры повышения износоустойчивости покрытия, например, в три раза, приведенные в патенте «RU 2436257 С1», МПК H04R, не являются радикальными, поскольку из-за более медленного истирания слоя через некоторое время обязательно происходит уменьшение толщины покрытия, что нарушает акустическое согласование преобразователя с тканью пациента, в результате чего покрытие фактически начинает выполнять только защитную функцию для серебряного электрода.
Если поставить на первое место защитную функцию покрытия, нанося на внешнюю сторону пьезоэлемента покрытие из материала, например, силикатной эмали с весьма высокой износоустойчивостью, пожертвовав качеством акустического согласования, то срок службы ультразвукового преобразователя повышается в несколько десятков раз.
Уровень техники
Существует большое разнообразие конструкций ультразвуковых преобразователей. Общим для всех их является:
- корпус преобразователя,
- пьезоэлемент,
- разъем для кабеля, соединяющего преобразователь с электронным блоком прибора или кабель в случае, когда соединение кабеля с пьезоэлементом непосредственно или через согласующее электрическое устройство предусмотрено внутри ультразвукового преобразователя,
- находящаяся внутри корпуса конструкция, состоящая из движущихся или неподвижных механических и электрических деталей,
- находящееся на внешней стороне пьезоэлемента покрытие, выполняющее функции четвертьволнового согласующего слоя, необходимого из-за значительной разницы величин акустического импеданса пьезокерамики и ткани пациента.
Но из-за истирания толщина согласующего слоя уменьшается, ухудшая степень акустического согласования, и тогда у покрытия реально остается только одна функция защиты серебряного электрода пьезоэлемента от истирания.
Ультразвуковой преобразователь представляет собой достаточно сложную систему для его расчета и конструирования, поскольку требует не только согласование с электрической стороны (выходной импеданс генератора, волновое сопротивление соединительного кабеля и электрический импеданс пьезоэлемента), но и с акустической стороны (акустический импеданс пьезоэлемента и акустических импеданс ткани пациента).
Для согласования акустического импеданса пьезоэлемента со значительно более низким акустическим импедансом ткани пациента существуют различные материалы с необходимым акустическим импедансом, но они практически все имеют низкую износоустойчивость.
Техническая задача повышения в три раза износоустойчивости согласующего слоя ультразвукового сканирующего преобразователя для медицинских диагностических приборов решена при напылении согласующего слоя в "RU 2436257 С1", МПК H04R 17/00. Но трехкратное повышение износоустойчивости в физиотерапии является недостаточным.
Раскрытие изобретения
Необходимо более значительное повышение износоустойчивости, даже за счет ухудшения акустического согласования преобразователя с тканью пациента. Поскольку в физиотерапевтическом аппарате генератор электрического тока может иметь достаточную мощность, а учесть потери из-за ухудшения акустического согласования можно с помощью измерения излучаемой акустической мощности с помощью прибора ИМУ-3, то защитный слой может быть нанесен из значительно более износоустойчивого материала, удовлетворяющего всем санитарно-гигиеническим и медицинским требованиям. Износоустойчивость такой материала, испытанного по ГОСТ 20811-75, может оказаться в десятки и более раз выше износоустойчивости существующих покрытий ультразвуковых преобразователей аппаратов физиотерапии.
Осуществление изобретения
Был проведен поиск нового покрытия, износоустойчивость которого была бы во много раз выше износоустойчивости давно применяемых покрытий. Итогом поиска стало покрытие из силикатной эмали по ГОСТ Р 51755-2001. Эта эмаль удовлетворяет всем современным санитарно-гигиеническим и медицинским требованиям. Поэтому следующим этапом стало выяснение влияния толщины слоя эмали на акустическое согласование пьезоэлемента с тканью пациента.
Для выяснения влияния толщины эмалевого покрытия на акустическое согласование была применена методика, позволяющая интегрально оценить качество согласований всего электрического и акустического тракта путем измерения напряжения, подаваемого на пьезоэлемент ультразвукового преобразователя, при заданной излучаемой акустической мощности. Излучаемая мощность была измерена с помощью измерителя акустической мощности ИМУ-3, в котором в качестве акустической нагрузки используется вода, являющаяся о эквивалентом биологической ткани по акустическому импедансу. Для испытаний были применены ультразвуковые излучатели типа ИУТ 0,88-4,04Ф, серийно выпускаемые по Техническим условиям ТУ 9444-015-11487910-2002 «Излучатели ультразвуковых терапевтических аппаратов». Испытаны 5 излучателей с традиционным внешним покрытием пьезоэлемента и 5 ультразвуковых излучателей с покрытием из силикатной эмали по ГОСТ Р 51755-2001 при различной толщине покрытия. В следующей таблице приведены величины электрического напряжения на пьезоэлементе ультразвукового преобразователя для достижения излучаемой акустической мощности 5 Вт:
преобразователь
тип покрытия
толщина покрытия
напряжение
1. (№33)
традиционное
-
20,0 В
2. (№26)
традиционное
-
24,0 В
3. (№27)
традиционное
-
30,0 В
4. (№78)
традиционное
-
24,0 В
5. (№108)
традиционное
-
26,0 В
6. (№88)
эмаль
0,09 мм
24,0 В
7. (№107)
эмаль
0,09 мм
28,0 В
8. (74)
эмаль
0,10 мм
25,0 В
9. (85)
эмаль
0,11 мм
30,0 В
10.(83)
эмаль
0,12 мм
30,0 В
В скобках приведены заводские номера преобразователей
По технических условиям на преобразователи типа ПУТ 0,88-4,04 Ф с площадью излучающей поверхности 4,04 кв. см необходимо подавать напряжение на пьезоэлемент не более 35 В. Из таблицы видно, что на преобразователи с традиционным покрытием может быть подано более низкое напряжение, чем на преобразователи с эмалевым покрытием, что говорит о некотором ухудшении акустического согласования при эмалевом покрытии. Однако все преобразователи удовлетворяют требованию Технических Условий по подаваемому напряжению, которое должно быть не более 35 В.
Это значит, что при новом покрытии из износоустойчивой эмали по ГОСТ 20811-75 обеспечивается допустимое акустическое рассогласование ультразвукового преобразователя с тканью пациента, которое не требует модернизации электронного блока терапевтического аппарата.
Заявленное решение заключается в следующем.
Ультразвуковой преобразователь для физиотерапевтических аппаратов, отличающийся тем, что защитный слой пьезоэлемента выполнен из износоустойчивой и удовлетворяющей всем санитарно-гигиеническим и медицинским требованиям силикатной эмали.