АКУСТИЧЕСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ ПРИБОР

Устройство относится к медицинским устройствам и может быть использовано в дерматологии, хирургии, пластической хирургии, косметологии.
В медицине механические волны используют для диагностики большого перечня заболеваний, в том числе по распространению волны можно определить состояние вещества или расположение в среде различных включений.
Наиболее близким аналогом предложенного устройства является прибор «АСА» (Sarvazyan A.P. Et fl. Method and device for acoustic testing of elasticity of biological tissues. United States Patent №947851, 14.08.1990), прибор позволяет измерять скорость распространения поверхностной сдвиговой волны.
Однако известное устройство обладает рядом недостатков, а именно:
- плохая акустическая развязка излучающего и принимающего пьезопреобразователя от конструктива прибора, что приводит к недопустимо большим фазовым искажениям,
- низкая чувствительность прибора и маленький динамический диапазон работ по разным плотностям тканей,
- управление пьезопреобразователями не имеет гальванической развязки, что не всегда приемлемо для работы и практически не обеспечивает возможность стерилизации прибора и смены контактных щупов.
Техническим результатом является определение комплексного сопротивления эластичных тканей, что достигается за счет следующего:
- применение схемы камертонов обеспечивает развязку не менее 26 дб, что позволяет минимизировать фазовые искажения,
- применение резонансной камертонной схемы увеличивает чувствительность более чем на 40 дб, что позволяет резко снизить механическое воздействие на ткани и расширить спектр исследуемых тканей по твердости,
- обеспечение повторных измерений без нарушения характеристик упругости тканей, что влияет на результат повторных измерений, повторяемость условий измерений.
Предлагаемое устройство обеспечивает определение комплексного сопротивления эластичных тканей в виде измерения задержек распространения продольной волны механического возбуждения с пересчетом в скорость распространения волны. Задержка распространения измеряется как фазовый сдвиг между сигналом возбуждения и сигналом отклика продольной волны. Устройство позволяет осуществлять измерение скорости распространения волны в пределах от 10 до 290 м/с, обеспечивает программно доступную установку величины зазора между электродами щупа в пределах от 1 до 3 мм, а также автоматическую калибровку по эталону и ввод переменных данных. Кроме того, устройство обеспечивает измерение рабочей частоты автоматически.
Характеристики работы устройства:
- частота возбуждения волны 1300-1600 Гц.
- форма наконечников к электродам может быть разная: шар В=1±0,1 мм; пластины L<1,0-3,0, h=0,5±0,1 мм; конус D=0,5±0,1 мм,
- расстояние между элементами датчика от 1,0 до 3,0 мм,
- глубина проникновения в ткань регулируемая от 0,1 до 2,5 мм.
Общий вид предлагаемого устройства представлен на рис.1. Прибор (рис.1), функциональная схема которого представление на рис.3, состоит из контактного зонда (1) и электронного блока (2). Электронный блок соединен с контактным зондом через кабель USB (3), конструктивно объединенного с зондом.
Зонд контактный (рис.2) выполнен в виде двух конструктивно объединенных камертонов, помещенных в корпус (4) с крышкой (5), каждый из которых состоит из: стального электрода (9), биморфной пъезоакустической пластины (актюатора) и узла крепления камертонов к корпусу зонда.
Стальные электроды камертонов выходят из корпуса через резьбовую втулку (6) с контровочной гайкой (7) обеспечивающей регулировку величины выступа электродов (данная регулировка позволяет выбрать глубину деформации исследуемой ткани электродами). На втулку надета сменная опорная насадка (8) из биологически неактивного материала, устраняющая искажение измерения, возникающие из-за краевых эффектов отражения, либо стока (затухания) возбужденных колебаний.
На стальные электроды (9) крепятся сменные наконечники необходимой формы. На противоположной стороне корпуса зонда (относительно втулки) через гермовывод закреплен кабель «USB», обеспечивающий подключение зонда к электронному блоку, с целью подачи сигналов возбуждения на биморфную пластину камертона (10), обеспечивающего формирование деформаций исследуемой ткани и снятие сигнала отклика с биморфной пластины камертона, обеспечивающего прием сигнала отклика.
Камертон возбуждения обеспечивает формирование продольной волны в исследуемом образце, стабилизированной амплитуды, преобразуя электрический сигнал возбуждения в механические колебания.
Камертон приема отклика обеспечивает прием механической задержанной волны и преобразует ее в электрический сигнал.
Камертоны возбуждения и приема сигнала, являясь высокодобротными резонансными системами, обеспечивают высокую чувствительность приема сигнала и малую энергетику возбуждения.
Конструктивное исполнение камертонов, а именно то, что активные части камертонов являются актюаторами, а пассивные, непосредственно контактирующие с исследуемыми тканями, выполнено как стальные электроды и гальванически не связаны с активными частями, обеспечивает:
- полную гальваническую развязку электродов, непосредственно воздействующих на ткань, с электрическими цепями прибора и зонда,
- высокую чувствительность приема сигнала отклика механических колебаний,
- возможность исполнения контактирующих электродов сложной геометрической формы,
- низкий энергетический уровень возбужденных колебаний, обеспечивающих минимальное воздействие на исследуемые ткани,
- исполнение электродов со сменными наконечниками необходимой формы,
- стерилизацию электродов,
- глубокую акустическую развязку актюатора возбуждения и актюатора приемника.
Электронный блок (рис.1) выполнен в пластмассовом корпусе имеющем отсек для установки аккумулятора питания (11), разъем для подключения зонда и разъем подключения ПЭВМ. Внутри электронного блока располагается генератор гармонического сигнала (13), узел предварительной обработки сигнала (14) и вычислительное устройство (15).
На лицевой панели блока находится матричный индикатор (12) отображения информации и кнопки управления (17) прибором. Функциональная схема прибора приведена на рис.3
Прибор работает следующим образом:
Генератор (13) электронного блока, вырабатывает гармонический сигнал возбуждения, который подается на актюатор (20) камертона возбуждения продольной волны, состоящего из поз.19, 20, 21, 22. Механическая волна, возбужденная электродом (22), пройдя по исследуемому участку ткани (18) регистрируется электродом (25) камертона приема сигнала поз.23, 25, 24, 16 и преобразуется актюатором (24) в электрический сигнал.
Электрический сигнал актюатора (24) обрабатывается узлом предварительной обработки сигнала (14) электронного блока и затем сравнивается в вычислительном устройстве (15) с сигналом возбуждения. Результат сравнения, а именно фазовый сдвиг сигнала отклика и сигнала возбуждения, пересчитывается в скорость продольной волны по формуле:
, где
V - скорость волны,
L - расстояние между излучающим и принимающим электродами,
ω - круговая частота возбуждения.
На матричном индикаторе электронного блока отображается служебная информация:
- скорость распространения продольной волны,
- состояние источника питания,
- частота возбуждения,
- уровень сигнала отклика,
- расстояние между электродами