СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО УДАРНО-ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОТКАНИ ЧЕЛОВЕКА
METHOD OF ACOUSTIC SHOCK-WAVE ACTION ON HUMAN BIOTISSUES

Изобретение относится к медицине и, в частности, к урологии и предназначено для терапевтического воздействия на органические ткани с целью повышения эффективности микроциркуляционных процессов.
Собственные колебания мускулатуры частотой до 35 Гц являются мощнейшей движущей силой микроциркуляционных процессов. Тонкие резонансы гарантируют приток и отток питательных веществ по мельчайшим сосудам и лимфатическим руслам внеклеточного матрикса. Эта задача не выполняется сердечно-сосудистой системой. Сниженные физиологические колебания мышц ухудшают клеточное снабжение. Следствием этого могут быть склонности к судорогам и болезненные уплотнения мышц в виде триггеров.
В современной урологии терапия волнового разряда широко используется для лечения ряда заболеваний (эректильная дисфункция, хроническая тазовая боль, болезнь Пейрони). [1, 2, 3].
Известный способ ударно-волнового воздействия [4], взятый в качестве прототипа, как наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому, заключается в том, что волновой разряд создается посредством высокоэнергетического электрического разряда в водной среде. Разрядный импульс формируется между противоположными (положительным и отрицательным полюсом) наконечниками электрода. Так называемые дуга или "межэлектродный разряд" вызывает выравнивание напряжения между электродами, в течение которого создается горячий плазменный пузырь. Всего за несколько наносекунд этот пузырь взрывается во всех направлениях, сжимает окружающую водную среду и образует акустическую волну давления, которая через специальный согласующий элемент (фокусирующий или рассеивающий) неинвазивно передается в очаг заболевания.
Введение вибрационных импульсов в ткань обеспечивает улучшение микроциркуляции и отходы обмена веществ интенсивнее отводятся через кровь и лимфу. Растяжение соединительнотканных оболочек и мышечных волокон ведет к нормализации состояния напряжения мышц, так как устраняются сокращения и уплотнения.
Основными недостатками описанного способа являются следующие. Во-первых, для обеспечения широкого спектра энергий разряда, используемого для различных заболеваний необходимо менять величину межэлектродного зазора, поскольку при постоянной среде, в которой происходит разряд и заданной величине межэлектродного зазора напряжение разряда будет постоянным. Во-вторых, в процессе эксплуатации электроды медленно сгорают, и расстояние между ними увеличивается, что приводит к возрастанию силы ударной волны. Когда зазор становится больше допустимого для формируемого электрического импульса, разряд становится невозможен. В - третьих, назвать этот способ волновым было сильным преувеличением, поскольку развитого волнового процесса здесь нет. Поэтому эффекты волнового акустического воздействия на ткань в таком способе - минимальны.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности контактного акустического ударно-волнового воздействия на биоткани за счет расширения функциональных возможностей способа путем увеличения числа управляемых параметров воздействия.
Указанный технический результат повышения эффективности способа акустического ударно-волнового воздействия на биоткани человека достигается тем, что с помощью пьезокерамического излучателя формируют волновые акустические пакеты прямоугольной формы с заданным периодом повторения и осуществляют контактное воздействие на очаг, причем несущую частоту выбирают в диапазоне от 18 до 44 кГц, длительность пакета от 0,01 сек до 1 сек и периодом повторения от 0,05 сек до 5 сек.
Вариант реализации предлагаемого способа акустического ударно-волнового воздействия на биоткани человека заключается в следующем.
В отличие от прототипа, предлагаемый способ формирования ударно-волнового воздействия, реализуется на другом физическом принципе - это не формирование электродинамического удара в жидкой среде, а формирование пакета акустических волн определенной формы с помощью ультразвукового излучателя (магнитострикционного или пьезокерамического).
Функциональная схема устройства, реализующего данный способ, приведена на фиг. 1.
Устройство содержит ультразвуковой генератор пакетов импульсов 1, выход которого подсоединен к пъезокерамическому излучателю 3, помещенному в корпус 3. Усиливающая накладка излучателя 4 через резьбовое соединение стыкуется с рабочим инструментом 5 или 6, определяющим площадь и характер контактного воздействия (фокусирующее или рассеивающее).
Описанное устройство работает следующим образом. Ультразвуковой генератор 1 формирует прямоугольные пакеты синусоидальных колебаний ультразвуковой частоты, соответствующей резонансной частоте акустической системы, состоящей из пьезокерамического излучателя 2 с рабочим инструментом 5 или 6. Эти прямоугольные пакеты поступают на возбуждение излучателя 2, что приводит к формированию на рабочем торце инструмента 5 или 6 пакета акустических волн заданной амплитуды, который при контактном воздействии на поверхность очага заболевания осуществляет необходимое ударно-волновое воздействие.
Преимущества предлагаемого способа очевидны. Более широкие возможности по управлению энергетикой процесса, поскольку для этого достаточно изменить напряжение возбуждения ультразвукового излучателя. С другой стороны, кроме имеющихся в прототипе параметров регулирования процесса воздействия и сохраняющихся в предложенном способе (это частота следования пакетов импульсов и различная форма рабочих накладок у излучателя), появляется еще ряд параметров, позволяющих менять эффекты воздействия, такие как несущая частота ультразвуковых колебаний, длительность формируемого пакета и форма формируемого пакета волнового воздействия.
Влияние несущей частоты объясняется эффектом ультразвукового воздействия на биоткань. Как известно [5], применение ультразвука существенно обогатило арсенал физиотерапевтических методов. Использование ультразвука позволяет не только успешно бороться с некоторыми болезнями, но и повышать жизнеспособность и сопротивляемость здорового организма неблагоприятным внешним условиям. Естественно, что для разных тканей и разных болезней наиболее эффективными оказываются разные частоты - для мягких тканей и неглубоких, щадящих воздействий более подходят повышенные частоты (35-45 кГц), для хрящевых, соединительных и костных тканей эффективнее использовать пониженные частоты (18-25 кГц).
Управление длительностью формируемого акустического пакета совместно с частотой их повторения позволяет значительно расширить возможности предлагаемого способа по энергетической и тепловой стимуляции микроциркуляторных процессов мышечной ткани. Основные параметры по частоте повторения ударно-волнового воздействия известны [] для различных видов заболеваний и все они укладываются в диапазон от 1 до 40 Гц. Поэтому предложенный диапазон длительностей акустического пакета и периода их следования взаимосвязаны условиями их не пересечения и составляют соответственно: длительность пакета от 0,01 сек до 1 сек и период повторения пакетов от 0,05 сек до 5 сек.
Таким образом, предложенный способ акустического ударно-волнового воздействия является простым, эффективным и безопасным способом воздействия на биоткани человека и может быть рекомендован к применению в составе комплекса лечебных мероприятий, направленных на повышение повышения эффективности микроциркуляционных процессов эффективности контактного акустического ударно-волнового воздействия на биоткани за счет расширения функциональных возможностей способа путем увеличения числа управляемых параметров воздействия.
Литература
1. D. Kalyvianakis et al., Low intensity shock wave treatment (LiSWT) improves erectile function in a session-dependent manner: Results of a randomized trial comparing two treatment protocols, European Urology Suppl 2017; 16(3); e252.
2. R. Zimmermann et al., Shock Wave Therapy for the Treatment of Chronic Pelvic Pain Syndrome in Males: A Randomised, Double-Blind, Placebo-Controlled Study, European Urology, September 2009 (Vol.56, Issue 3, 418- 424).
3. L. Gao et al., A meta-analysis of extracorporeal shock wave therapy for Peyronie's disease, International Journal of Impotence Research (2016) 28, 161-166.
4. Патент US 6217531 B1 от 17.04.2001 г.
5. Акопян В.Б. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. Ультразвук в медицине, ветеринарии и экспериментальной биологии [Текст] / В.Б. Акопян, Ю.А. Ершов. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 225 с.