СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЛИПОСАКЦИИ
(51) 7 A61B18/00, A61B17/32
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 18.07.2007 - действует
--------------------------------------------------------------------------------
(14) Дата публикации: 2004.11.20
(21) Регистрационный номер заявки: 2003107030/14
(22) Дата подачи заявки: 2003.03.13
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.03.13
(45) Опубликовано: 2004.11.20
(56) Аналоги изобретения: US 6013048 А, 11.01.2000. US 5419761 A, 30.05.1995. FR 2700958 A1, 05.08.1994. RU 2113237 C1, 20.06.1998. RU 24096 U1, 27.07.2002.
(72) Имя изобретателя: Хмелёв В.Н. (RU); Барсуков Р.В. (RU); Цыганок С.Н. (RU); Сливин А.Н. (RU); Шалунов А.В. (RU)
(73) Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (RU)
(98) Адрес для переписки: 659305, г. Бийск-5, ул. Трофимова, 27, Алт. ГТУ, БТИ (филиал)
(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЛИПОСАКЦИИ
Изобретение относится к области медицинской техники, связанной с разработкой и применением аппаратов для пластических хирургических операций, а именно к способам, предназначенным для управления процессом пластической хирургии, осуществляемым с применением ультразвуковых колебаний высокой интенсивности. Способ управления процессом ультразвуковой липосакции заключается в непрерывном измерении в процессе проведения липосакции амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания ультразвукового хирургического инструмента по величине амплитуды тока и собственной резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы с хирургическим инструментом, сравнении амплитуды тока посредством схемы сравнения с амплитудой тока, задаваемой с управляющего блока, и корректировке амплитуды электрического напряжения и частоты, прикладываемых к преобразователю колебательной системы. При этом измерение амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания ультразвукового хирургического инструмента осуществляют по величине амплитуды тока, являющегося разностью между током, протекающим через преобразователь колебательной системы, и реактивной емкостной составляющей этого тока. Измеренную амплитуду колебаний сравнивают с заданной амплитудой колебаний из числа заранее откалиброванных хирургических инструментов в памяти управляющего блока ультразвукового задающего генератора и при их неравенстве изменяют амплитуду электрического напряжения с возможностью уменьшения разности сравниваемых амплитуд колебаний до нулевого значения. По изменению фазы между током, являющимся разностью токов протекающего через преобразователь колебательной системы и реактивной емкостной составляющей этого тока, и электрическим напряжением, прикладываемым к преобразователю колебательной системы, судят о собственной резонансной частоте колебательной системы. При неравенстве нулю фазы между ними изменяют амплитуду электрического напряжения на ультразвуковом задающем генераторе с возможностью уменьшения разности фаз сигналов электрического напряжения на задающем генераторе и преобразователе колебательной системы до нулевого значения. Применение изобретения позволяет повысить эффективность ультразвукового воздействия, качество и производительность операции липосакции и исключить опасность ожогов для пациентов. 3 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области медицинской техники, связанной с разработкой и применением ультразвуковых аппаратов для пластических хирургических операций, а именно к способам, предназначенным для управления процессом пластической хирургии, осуществляемым с применением ультразвуковых колебаний высокой интенсивности, и может быть использовано для создания современной материально-технической базы пластической хирургии.
Ультразвуковой аппарат для проведения ультразвуковой липосакции включает в себя генератор ультразвуковых колебаний и пьезоэлектрическую ультразвуковую колебательную систему со сменными ультразвуковыми хирургическими инструментами различной длины и различного функционального назначения (с различными по форме излучающей поверхности рабочими окончаниями).
Основными требованиями, предъявляемыми к ультразвуковым аппаратам для липосакции, являются:
- необходимость обеспечения работы электронного генератора на механической резонансной частоте ультразвуковой колебательной системы с ультразвуковым хирургическим инструментом при всех возможных изменениях параметров колебательной системы и обрабатываемой среды;
- возможность измерения и корректировки амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента в соответствии с изменениями параметров обрабатываемых сред и самой колебательной системы.
Таким образом [1,2], управление процессом ультразвуковой липосакции заключается в непрерывном измерении и корректировке амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента и собственной резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы с хирургическим инструментом, в соответствии с изменяющейся в процессе проведения липосакции акустической нагрузкой.
Необходимость управления процессом ультразвуковой липосакции объясняется следующими причинами.
1. В процессе ультразвукового воздействия на подкожно-жировую ткань пациента происходит изменение собственной резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы, вызванное следующими причинами:
- изменением акустического волнового сопротивления зоны ультразвуковой обработки, происходящим под воздействием ультразвукового поля (формированием перед излучающей поверхностью зоны парогазовых кавитационных пузырьков);
- изменяющейся величиной усилий сопротивления, оказываемых тканями пациента на излучающую поверхность рабочего окончания хирургического инструмента в процессе его перемещения хирургом;
- разогрева хирургического инструмента в процессе работы вследствие механического трения в материале, из которого изготовлены ультразвуковые хирургические инструменты.
При изменении резонансной частоты колебательной системы происходит резкое снижение амплитуды механических колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента, что снижает степень деструкции жировых тканей пациента.
2. Амплитуда колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента является определяющим параметром аппаратов, предназначенных для проведения операций ультразвуковой липосакции. Обусловлено это тем, что при малых амплитудах не происходит эмульгирования жировых тканей, а при чрезмерных амплитудах возможен ожог или повреждение внутренних органов пациента. Следовательно, необходимо непрерывно измерять амплитуду механических колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента и корректировать ее, поддерживая на уровне, заданном хирургом на текущей стадии операции (например, менее 80-90 мкм при проведении операции на шее, 100-120 мкм при операции на животе, 150 мкм и более при операции на бедре, максимальное значение амплитуды при эмульгировании и меньшее при выглаживании поверхности и т.д.) [1].
Кроме того, в процессе проведения операции на одном участке тела необходимо поддерживать амплитуду колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента в указанных пределах, устраняя изменения, обусловленные следующими причинами:
- изменением акустического волнового сопротивления зоны ультразвуковой обработки, вызванного воздействием ультразвукового поля;
- изменяющейся величиной усилий сопротивления, оказываемого тканями пациента на излучающую поверхность рабочего окончания хирургического инструмента в процессе его перемещения хирургом (изменением добротности колебательной системы);
- рассогласованием рабочих частот электронного генератора и резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы.
3. Кроме того, проблема управления процессом УЗ липосакции осложняется тем, что присоединение к преобразователю различных по длине ультразвуковых хирургических инструментов, и ультразвуковых хирургических инструментов одной длины, с различными по форме излучающей поверхности рабочими окончаниями, приводит к изменению механической добротности колебательной системы в целом, что также влияет на амплитуду механических колебаний рабочего окончания хирургического инструмента.
Таким образом, существует множество факторов, влияющих на протекание процесса липосакции, что обосновывает необходимость управления процессом ультразвуковой липосакции.
Наибольшее распространение в мировой практике проведения операций пластической хирургии получил способ управления процессом ультразвуковой липосакции [3], принятый за прототип и используемый при проведении операций с помощью ультразвукового аппарата фирмы "MENTOR".
Известный способ управления процессом ультразвуковой липосакции осуществляется путем непрерывного измерения в процессе проведения липосакции амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента по величине амплитуды тока и собственной резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы с хирургическим инструментом, сравнения амплитуды тока посредством схемы сравнения с амплитудой тока, задаваемой с управляющего блока, и корректировки амплитуды электрического напряжения и частоты, прикладываемых к преобразователю колебательной системы.
Корректировку амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента по способу [3] осуществляют путем изменения амплитуды низковольтного синусоидального электрического сигнала, поступающего на усилитель мощности. В качестве параметра (критерия), несущего информацию об амплитуде механических колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента, использована амплитуда электрического тока, протекающего через пьезоэлектрический преобразователь колебательной системы. Поэтому, корректировка амплитуды колебаний рабочего окончания хирургического инструмента осуществляется за счет изменения амплитуды электрического тока, протекающего через пьезопреобразователь колебательной системы. Электрический сигнал, величина которого соответствует амплитуде тока, протекающего через пьезопреобразователь, выделяется и поступает на один из входов устройства сравнения, на второй вход которого поступает сигнал уставки (амплитуды колебаний, необходимой и достаточной для осуществления операции), задаваемой хирургом. В результате непрерывного осуществления операции сравнения, в зависимости от разности сигнала уставки и сигнала, определяющего текущую амплитуду механических колебаний рабочего окончания, управляющим блоком вырабатывается сигнал, обеспечивающий корректировку амплитуды синусоидального низковольтного сигнала, поступающего на усилитель мощности.
Для изменения, в соответствии с изменениями собственной резонансной частоты колебательной системы, частоты электрического напряжения, вырабатываемого электронным генератором для питания преобразователя колебательной системы, используется автоматическая подстройки частоты (АПЧ). В качестве параметра (критерия) настройки электронного генератора на резонансную частоту колебательной системы использовано равенство нулю фазы между электрическим напряжением на пьезопреобразователе и электрическим током, протекающим через пьезопреобразователь.
Рассмотренный способ управления по [3] позволяет осуществлять управление процессом ультразвуковой липосакции, однако он имеет следующие недостатки:
1. При использовании способа управления, принятого за прототип, реализуются режимы, при которых частота электронного генератора и резонансная частота колебательной системы не совпадают, что приводит к снижению амплитуды механических колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента, необходимости повышения ее системами стабилизации амплитуды, что, как следствие, ведет к чрезмерному разогреву рабочего инструмента. Эти режимы работы реализуются на самых ответственных этапах проведения операции: при введении УЗ колебаний с малыми амплитудами (при окончательном выглаживании внутренней поверхности кожи) и при максимальных акустических нагрузках (режим разрушения жировой клетчатки).
Недостаток обусловлен используемым в известном способе критерием изменения частоты электронного генератора в соответствии с изменениями собственной частоты колебательной системы. Физический смысл недостатка заключается в том, что фазочастотная характеристика тока, протекающего через пьезопреобразователь, не совпадает с фазочастотной характеристикой амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента.
Система автоматической подстройки частоты при реализации способа, принятого за прототип, устанавливает режим работы, при котором обеспечивается равенство нулю фазы между током, протекающим через пьезопреобразователь, и напряжением на нем. Это не обеспечивает максимального значения амплитуды механических колебаний, поскольку равенство нулю фазы между током, протекающим через пьезопреобразователь, и напряжением на нем, не соответствует максимальному значению амплитуды тока, протекающего через пьезопреобразователь колебательной системы.
Для компенсации несовпадения точки максимального значения амплитуды колебаний на АЧХ преобразователя с точкой, соответствующей нулю на ФЧХ амплитуды тока, протекающего через преобразователь, в устройство, реализующее рассматриваемый способ управления, введена возможность ручной задержки электрического сигнала прямоугольной формы, частота и фаза которого равны частоте и фазе тока, протекающего по преобразователю.
Однако сдвиг ФЧХ тока, протекающего через преобразователь, не является величиной постоянной и зависит от изменения электрической емкости пьезокерамических элементов преобразователя в результате изменения их температуры в процессе работы и от величины акустической нагрузки, которая изменяется в процессе ультразвукового воздействия.
Следовательно, введение искусственных задержек сигнала, который несет информацию о частоте и фазе тока, протекающего через пьезоэлементы преобразователя, не является достаточным условием, обеспечивающим работу ультразвукового генератора на резонансной частоте преобразователя.
2. Недостаток прототипа, связанный с неправильным процессом измерения и корректировки амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента, обусловлен тем, что измерение этой амплитуды осуществляется путем ее косвенной оценки по амплитуде тока, протекающего через пьезоэлектрические элементы преобразователя. При этом собственная электрическая емкость пьезокерамических элементов оказывает влияние на точность измерения амплитуды механических колебаний. Кроме того, из-за изменения температуры пьезокерамических элементов изменяется их электрическая емкость, что вносит дополнительную погрешность при измерении амплитуды механических колебаний.
Прямо пропорциональная зависимость амплитуды тока, протекающего через колебательную систему, от амплитуды излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента имеет место только при совпадении частоты электронного генератора с резонансной частотой колебательной системы [11]. При условии рассогласования по частоте электронного генератора и колебательной системы амплитуда механических колебаний резко уменьшается, и система корректировки амплитуды стремится увеличить напряжение, прикладываемое к преобразователю, а следовательно, и амплитуду механических колебаний рабочего окончания хирургического инструмента до заданного хирургом уровня. Однако в несогласованном по частоте режиме этот ток определяется током, протекающем через собственную емкость пьезоэлементов, а не током, протекающем по механической ветви колебательной системы. Следовательно, неточная настройка электронного генератора на резонансную частоту колебательной системы вносит дополнительную погрешность при измерении амплитуды механических колебаний путем измерения амплитуды тока, протекающего по пьезокерамическим элементам преобразователя.
3. Присоединение различных (по длине и форме излучающей поверхности рабочего окончания) ультразвуковых хирургических инструментов к преобразователю колебательной системы приводит к изменению коэффициента электромеханического преобразования в целом [6]. Следовательно, одному и тому же значению электрического тока, протекающего через пьезопреобразователь при различных хирургических инструментах, соответствуют различные амплитуды колебаний рабочих окончаний. В способе, принятом за прототип, это не учитывается.
Таким образом, выявленные недостатки снижают эффективность известного способа управления процессом ультразвуковой липосакции [3], обуславливают снижение качества и производительности операции ультразвуковой липосакции, а в некоторых случаях делают ее опасной для жизни пациентов.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков существующих способов и создание способа управления процессом ультразвуковой липосакции, способного обеспечить повышение эффективности ультразвукового воздействия, повышение качества и производительности операций липосакции, исключить опасность ожогов для пациентов. Кроме того, практическая реализация нового способа управления процессом ультразвуковой липосакции способна обеспечить повышение привлекательности операции и снижение ее стоимости.
Предлагаемое изобретение заключается в том, что в известном способе управления процессом ультразвуковой липосакции, осуществляемом путем непрерывного измерения, в процессе проведения липосакции, амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания ультразвукового хирургического инструмента по величине амплитуды тока и собственной резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы с хирургическим инструментом, сравнения амплитуды тока посредством схемы сравнения с амплитудой тока, задаваемой с управляющего блока и корректировки амплитуды электрического напряжения и частоты, прикладываемых к преобразователю колебательной системы, измерение амплитуды колебаний излучающей поверхности рабочего окончания хирургического инструмента осуществляют по величине амплитуды тока, являющегося разностью между током, протекающим через преобразователь колебательной системы, и реактивной емкостной составляющей этого тока, измеренную амплитуду колебаний сравнивают с заданной амплитудой колебаний, из числа заранее откалиброванных ультразвуковых хирургических инструментов в памяти управляющего блока ультразвукового задающего генератора, и при их неравенстве изменяют амплитуду электрического напряжения с возможностью уменьшения разности сравниваемых амплитуд колебаний до нулевого значения, а по изменению фазы между током, являющимся разностью токов, протекающего через преобразователь колебательной системы и реактивной емкостной составляющей этого тока, и электрическим напряжением, прикладываемым к преобразователю колебательной системы, судят о собственной резонансной частоте колебательной системы, при
Независимый научно технический портал
На главную страницу раздела
