Аппарат для магнитофототерапии

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси Научно-производственный кооператив Люзар(72) Авторы Мостовников Василий Андреевич Плавский Виталий Юльянович Рябцев Александр Борисович Мостовникова Галина Ростиславовна Плавская Людмила Геннадьевна Мостовников Андрей Васильевич Леусенко Игорь Александрович Гиневич Валерий Валерьевич(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси Научнопроизводственный кооператив Люзар(57) Аппарат для магнитофототерапии, включающий источник постоянного магнитного поля в виде кольцевого магнита и источник оптического излучения в виде светоизлучающего диода, отличающийся тем, что светоизлучающий диод установлен вдоль оси магнита, последовательно со светоизлучающим диодом установлены коллиматор и поляризатор, выполненный в виде поляроидной пленки, оптически связанные со светоизлучающим диодом, а кольцевой магнит содержит сердечник, выполненный из магнитомягкого материала в виде пластины с отверстием, расположенной на поверхности магнита со стороны,обращенной к светоизлучающему диоду, и трубки, расположенной вдоль оси магнита таким образом, что торцевая поверхность трубки, обращенная к объекту воздействия, расположена заподлицо с магнитом, а противоположный конец трубки установлен в отверстие пластины, причем трубка установлена с возможностью плавного перемещения относительно магнита, а ее внутренний диаметр превышает диаметр пучка оптического излучения.(56) 1. Магнито-инфракрасно-лазерный терапевтический аппарат МИЛТА. Методическое пособие для врачей по проведению магнито-инфракрасно-лазерной терапии. - М. 1985. С. 16-22. 2. Иоаннисиан А.Б., Симаков В.Н., Фольц В.А. Портативный аппараты для магнитолазерной терапии // Оптический журнал. - 1994. -6. - С. 46-48. Полезная модель относится к медицине, а именно к физиотерапии, и может быть использована для лечения широкого круга заболеваний различного генеза путем одновременного воздействия поляризованным излучением светоизлучающих диодов и постоянным магнитным полем на очаги поражения наружной локализации, а также путем чрескожного надвенного воздействия на кровь. Известно устройство для магнитофототерапии - магнито-инфракрасно-лазерный терапевтический аппарат МИЛТА производства государственного производственноконструкторского предприятия гуманитарных информационных технологий г. Москва 1. Излучатель аппарата содержит импульсный лазерный диод, четыре светоизлучающих диода и кольцевой магнит с индукцией постоянного магнитного поля 40 мТл. Лазерный диод установлен вдоль оси магнита, а четыре светоизлучающих диода - вокруг лазерного диода, симметрично по окружности. Диаграмма направленности суммы излучений четырех светодиодов имеет вид симметричного конуса с углом при вершине около 100. Недостатком известного аппарата является слабовыраженный терапевтический эффект при его использовании, обусловленный невозможностью оптимизации напряженности магнитного поля в зоне действия оптического излучения с учетом возрастных и физиологических особенностей различных пациентов, а также с учетом глубины расположения патологического очага от поверхности кожи. Кроме того, высокая расходимость и неполяризованность излучения светодиодных источников существенно сказываются на глубине проникновения излучения в ткань, а также на его биологической активности и терапевтическом действии. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является аппарат магнитофототерапии АМО, производства ГНПО Оптика, г. Санкт-Петербург 2. Аппарат АМО предназначен для лечения заболеваний сердца и органов дыхания и содержит рабочий орган, выполненный в виде головки стетофонендоскопа. По периметру акустической полости стетофонендоскопа установлен кольцевой магнит, создающий постоянное магнитное поле индукцией 40 мТл, ориентированное перпендикулярно контактной поверхности. В качестве источников оптического излучения в аппарате используются семь светоизлучающих диодов, один из которых расположен по оси магнита, а шесть - по окружности вокруг центрального светоизлучающего диода. Площадь суммарного облучения составляет 10 см 2, максимальная плотность мощности при контактном воздействии 5 мВт/см 2. Недостатком аппарата АМО являются его ограниченные терапевтические возможности, обусловленные слабовыраженным терапевтическим действием неполяризованного излучения светоизлучающих диодов, а также низкой плотностью мощности их излучения. В свою очередь, одной из причин низкой плотности мощности излучения светодиодов в известном аппарате является высокая расходимость излучения, что сказывается также и на глубине проникновения излучения в ткань, на которой оно способно оказать биостимулирующее действие. Выраженным недостатком известного аппарата является также отсутствие возможности изменения магнитной индукции, создаваемой кольцевым магнитом, что не позволяет оптимизировать медицинские технологии при лечении пациентов разных возрастных групп, а также пациентов с различной глубиной локализации патологического очага. Кроме того, поскольку светодиоды, входящие в состав аппарата, расположены на 2 23492005.12.30 различном расстоянии от оси магнита, то это приводит к сильно выраженной неоднородности распределения магнитной индукции в зоне действия оптического излучения. Причем максимальное магнитное поле, создаваемое кольцевым магнитом, действует в одной области поверхности тела пациента, а оптическое излучение - в другой. Так, в области действия светоизлучающего диода, расположенного вдоль оси магнита, то есть в его центре, напряженность магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, имеет минимальное значение, достигая максимума в области проекции тела магнита, недоступной оптическому излучению. По этой причине в зоне действия центрального светоизлучающего диода синергизм действия двух физических факторов - оптического излучения и магнитного поля - является слабовыраженным, что неблагоприятно сказывается на терапевтическом действии аппарата АМО. Задачей предполагаемой полезной модели является создание аппарата для магнитофототерапии, обеспечивающего повышение терапевтической эффективности за счет увеличения плотности мощности и биологической активности излучения светодиодного источника путем уменьшения расходимости и реализации возможности воздействия поляризованным излучением повышения магнитной индукции, создаваемой кольцевым магнитом в зоне воздействия оптического излучения, и возможности ее плавной регулировки. Поставленная задача решается следующим образом. В аппарате для магнитофототерапии, включающем источник постоянного магнитного поля в виде кольцевого магнита и источник оптического излучения в виде светоизлучающего диода, светоизлучающий диод установлен вдоль оси магнита, последовательно со светоизлучающим диодом установлены коллиматор и поляризатор, выполненный в виде поляроидной пленки, оптически связанные со светоизлучающим диодом, а кольцевой магнит содержит сердечник, выполненный из магнитомягкого материала в виде пластины с отверстием, расположенной на поверхности магнита со стороны, обращенной к светоизлучающему диоду, и трубки, расположенной вдоль оси магнита таким образом, что торцевая поверхность трубки, обращенная к объекту воздействия, расположена заподлицо с магнитом, а противоположный конец трубки установлен в отверстие пластины, с возможностью плавного перемещения трубки относительно магнита, при этом внутренний диаметр трубки превышает диаметр пучка оптического излучения. Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид аппарата для магнитофототерапии терапии на фиг. 2 - общий вид насадки, обеспечивающей возможность изменения магнитной индукции в зоне воздействия оптическим излучением на фиг. 3 - распределение магнитной индукции на поверхности насадки в виде кольцевого магнита кривая 1 - в отсутствие сердечника кривая 2 - при наличии сердечника, выполненного в виде пластины с отверстием, расположенной на поверхности магнита со стороны, обращенной к светоизлучающему диоду кривая 3 - при наличии сердечника, выполненного в виде трубки, расположенной вдоль оси магнита кривая 4 при наличии сердечника, выполненного в виде пластины с отверстием, расположенной на поверхности магнита со стороны, обращенной к светоизлучающему диоду, и трубки, расположенной вдоль оси магнита на фиг. 4 - изменение магнитной индукции в центре насадки при изменении расстояния между поверхностью магнита и торцом трубки кривая 1 для сердечника, выполненного в виде трубки, расположенной вдоль оси магнита кривая 2 для сердечника, выполненного в виде пластины с отверстием, расположенной на поверхности магнита со стороны, обращенной к светоизлучающему диоду, и трубки, расположенной вдоль оси магнита. Предлагаемый аппарат для магнитофототерапии терапии, показанный на фиг. 1, содержит источник питания, который на чертеже не показан, излучатель, в корпусе 1 которого зафиксирован источник оптического излучения в виде светоизлучающего диода 2, а также установлены коллиматор 3 и поляризатор 4, выполненный в виде поляроидной 3 23492005.12.30 пленки, заключенной в оправку. Между светоизлучающим диодом 2 и коллиматором 3 установлена пружина сжатия 5. Светоизлучающий диод 2, коллиматор 3 и поляризатор 4 оптически связаны между собой. На торце корпуса 1 излучателя размещаются кольцевой магнит 6 с сердечником, выполненным из магнитомягкого материала в виде трубки 7 и пластины 8 с отверстием в центре. Конструктивное решение, примененное в предлагаемом аппарате, обеспечивает расположение светоизлучающего диода 2 вдоль оси магнита 6. Кольцевой магнит 6, трубка 7 и пластина 8 зафиксированы в насадке 9, изготовленной из немагнитных материалов, таких как алюминиевые сплавы или пластмасса. Насадка 9 закреплена к корпусу 1 излучателя с помощью резьбового соединения. Трубка 7 установлена вдоль оси магнита таким образом, что торцевая поверхность трубки 7, обращенная к объекту воздействия, расположена заподлицо с магнитом 6, а противоположный конец трубки 7 установлен в отверстие пластины 8, расположенной на поверхности магнита 6 со стороны, обращенной к светоизлучающему диоду 2. В качестве магнитомягкого материала сердечника используется сталь электротехническая. Кольцевой магнит 6 изготовлен из феррита и имеет следующие габаритные размеры внешний диаметр - 37 мм, внутренний диаметр - 18 мм, высота - 6 мм. Внутренний диаметр трубки 7 превышает максимальный диаметр пучка лазерного излучения для исключения возможности его экранирования. Трубка 7 имеет следующие размеры внешний диаметр - 6 мм, внутренний диаметр - 5 мм, длина - 15 мм. Пластина 8 характеризуется внешним диаметром - 39 мм, внутренним диаметром - 6 мм, толщиной - 1 мм. Толщина плоской стенки насадки 9, обращенной объекту воздействия, минимальна и составляет 0,5 мм. Светоизлучающие диоды, применяемые в качестве источников оптического излучения в предлагаемом аппарате для магнитофототерапии, в зависимости от области использования, характеризуется спектром, расположенным в ультрафиолетовом, видимом или ближнем инфракрасном диапазоне работают в непрерывном, модулированном или импульсном режимах. Средняя мощность излучения лазерных диодов, работающих в непрерывном режиме в ультрафиолетовой области спектра, составляет от 1 мВт до 100 мВт,полуширина спектра 10-15 нм в видимой - от 1 мВт до 500 мВт,20-35 нм, и ближней инфракрасной области спектра - от 1 мВт до 1 Вт,40-60 нм. При этом расходимость излучения светодиодных источников составляет от 30 до 150. Созданный нами аппарат для магнитофототерапии, работающий в непрерывном режиме в спектральном диапазоне 450 нм,35 нм, характеризуется средней мощностью поляризованного излучения 20 мВт, расходимостью 7-8 и обеспечивает возможность воздействия оптическим излучением с плотностью мощности 100 мВт/см 2, что соответствует оптимальному значению при чрескожном воздействии в присутствии магнитного поля и в 20 раз превышает плотность мощности оптического излучения, обеспечиваемого прототипом. Для изменения напряженности магнитного поля в зоне действия оптического излучения в предлагаемом аппарате для магнитофототерапии предусмотрено перемещение кольцевого магнита 6 с пластиной 8 и насадкой 9 относительно трубки 7. Перемещение осуществляется вдоль стрелки, показанной на фиг. 2. Аппарат работает следующим образом. Источник питания аппарата обеспечивает подачу стабилизированного электрического напряжения на светоизлучающий диод 2, закрепленный в корпусе 1 излучателя, фиг. 1. Светоизлучающий диод 2 испускает неполяризованное расходящееся оптическое излучение, которое последовательно проходит коллиматор 3 и поляризатор 4, выполненный в виде поляроидной пленки, заключенной в оправку. Коллиматор 3 обеспечивает изменение расходимости оптического излучения светоизлучающего диода 2. Назначение поляризатора 4 - преобразование неполяризованного излучения светодиодного источника в линейно-поляризованное излучение, характеризующееся более выра 4 23492005.12.30 женной биологической активностью и терапевтическим действием. Следует отметить, что расположение поляризатора 4 после коллиматора продиктовано тем, что в этом случае тепловая нагрузка на поляроидную пленку поляризатора 4, существенно ниже, чем при его установке между светоизлучающим диодом 2 и коллиматором 3. Стремление к снижению тепловой нагрузки на поляроидную пленку обусловлено тем, что более половины мощности оптического неполяризованного излучения светодиодных источников поглощается поляризатором. По этой причине при установке поляризатора 4 вблизи светоизлучающего диода 2 возможна фотодеструкция поляроидной пленки при использовании мощных светодиодных источников вследствие малого размера светового пятна на пленке и высокой плотности мощности. Предложенное конструктивное решение расположения поляризатора 4, показанное на фиг. 1, исключает возможность фотоповреждения пленки при эксплуатации предлагаемого аппарата для магнитофототерапии. Отличительной особенностью предлагаемого аппарата является возможность перемещения коллиматора 3 вдоль оптической оси, что приводит к изменению расстояния между ним и источником излучения 2. Изменение расстояния между коллиматором 3 и светоизлучающим диодом 2 осуществляется с помощью пружины 5, расположенной между ними таким образом, что она не препятствует прохождению излучения от светоизлучающего диода 2 к коллиматору 3 - фиг. 1. При этом пружина 5 стремится удерживать коллиматор 3 на максимально возможном расстоянии от светоизлучающего диода 2, а размер максимального перемещения коллиматора определяется длиной полости в корпусе 1 излучателя. Внешний диаметр коллиматора 3 и внутренний диаметр полости в корпусе 1 излучателя согласованы так, что коллиматор 3 передвигается по скользящей посадке под силой упругости пружины 5. Коллиматор 3 удлинен для уменьшения возможности его углового отклонения от оптической оси при перемещении. Оптические характеристики коллиматора 3 и размеры полости в корпусе 1 излучателя рассчитаны таким образом, что рабочая апертура входной линзы коллиматора 3 не меньше размера светового пятна от излучения светоизлучающего диода 2 на ее поверхности при максимальном удалении коллиматора 3 от светоизлучающего диода 2. Такая ситуация реализуется при отсутствии насадки 9 в излучателе 1. В этом случае коллиматор 3 под силой упругости пружины 5 передвигается по скользящей посадке, занимая крайнее левое положение и удаляясь на максимально возможное расстояние от светоизлучающего диода. Вкручивание по резьбе насадки 9 в корпус 1 излучателя приводит к перемещению коллиматора 3 к светоизлучающему диоду 2. Пружина 5 при этом сжимается. Величина максимального приближения коллиматора 3 к светоизлучающему диоду 2 определяется длиной резьбовой части трубки 7. В зависимости от глубины вкручивания насадки 9 в корпус 1 излучателя обеспечивается изменение расходимости оптического излучения на выходе аппарата. Внутренний диаметр трубки 7 выбран из расчета, что при всех возможных положениях коллиматора 3 трубка 7 не препятствует распространению излучения от коллиматора 3 и поляризатора 4 к объекту воздействия. При этом длина резьбы на трубке 7 выбирается таким образом, что при закручивании насадки 9 до упора в корпус 1 излучателя коллиматором 3 обеспечивается минимальная расходимость излучения, то есть получение луча, близкого к коллимированному. В этом случае для излучения заданной длины волны обеспечивается максимальная глубина проникновения в биологическую ткань. При выкручивании насадки 9 из корпуса 1 излучателя пружина 5 выталкивает коллиматор 3,увеличивая его расстояние от светоизлучающего диода 2, что приводит к изменению расходимости оптического излучения. Для изменения магнитной индукции в зоне воздействия оптического излучения производится перемещение насадки 9, содержащей кольцевой магнит 6 и пластину 8 с отверстием, выполненную из магнитомягкого материала и расположенную на поверхности магнита 6 со стороны, обращенной к источнику оптического излучения, относительно трубки 7, расположенной вдоль оси магнита и выполненной из магнитомягкого материала 5 23492005.12.30 см. фиг. 2. Регулировка величины магнитной индукции осуществляется за счет изменения величины , представляющей собой глубину зазора между поверхностью насадки 9, и торцом трубки 7, обращенным к объекту воздействия. Диапазон изменения величиныопределяется толщиной магнита 6. Распределение магнитной индукции на поверхности насадки 9 представлено на фиг. 3. Величину магнитной индукции контролировали с помощью миллитесламетра портативного универсального ТП 2-2 У, фиксируя его датчик на уровне поверхности насадки 9, обращенной к объекту воздействия. При этом датчик последовательно перемещался вдоль радиусанасадки от ее центра к периферии - см. фиг. 2. Основная относительная погрешность измерения магнитной индукции постоянного магнитного поля в измеряемом диапазоне значений для миллитесламетра ТП 2-2 У не превышает 2,9 . За нулевую точку по осина графике, представленном на фиг. 3, принята точка, расположенная на поверхности насадки 9 со стороны, обращенной к объекту воздействия, и соответствующая оси магнита, то есть его центру. При этом величинаувеличивается по мере перемещения датчика миллитесламетра от центра к периферии насадки 9. Кривая 1, показанная на фиг. 3, демонстрирует распределение магнитной индукции на поверхности насадки 9, создаваемой кольцевым магнитом 6 при отсутствии сердечника. То есть кривая 1 характеризует распределение магнитного поля, создаваемого собственно кольцевым магнитом 6. Как видно из кривой, максимальное по абсолютной величине значение магнитной индукции наблюдается на расстоянии 12-15 мм от центра насадки и составляет В 72-77 мТл. Поскольку внутренний диаметр магнита составляет 18 мм, а внешний диаметр - 37 мм, то, как следует из приведенных данных, максимальное значение магнитной индукции наблюдается в области, расположенной над проекцией тела магнита. В то же время магнитная индукция, измеренная в тех же условиях в центре магнита,составляет В 20 мТл. Следует отметить, что при перемещении датчика миллитесламетра от центра магнита к его периферии наблюдается изменение полярности магнитного поля,что является причиной наличия как положительных значений магнитной индукции, так и значений со знаком минус, как это следует из фиг. 3. Таким образом, при отсутствии сердечника абсолютное значение магнитной индукции в центре кольцевого магнита в 3-4 раза ниже значения, регистрируемого в зоне проекции тела магнита. Как показали проведенные измерения, не влияет существенным образом на распределение магнитной индукции вдоль поверхности насадки 9, измеренной со стороны, обращенной к объекту воздействия, и наличие пластины 8 с отверстием, выполненной из магнитомягкого материала и расположенной на плоскости магнита 6 со стороны, обращенной к источнику оптического излучения 2. Данный вывод следует из кривой 2, представленной на фиг. 3. Как видно из приведенных данных, максимальное значение магнитной индукции в центре насадки 9 составляет В 27 мТл, тогда как в зоне проекции тела магнита в тех же условиях В 74-78 мТл. То есть, в данном случае магнитная индукция в центре насадки 9 практически в 3 раза ниже абсолютного значения магнитной индукции в зоне проекции тела магнита 6. Более выраженное перераспределение магнитной индукции вдоль поверхности насадки 6 со стороны, обращенной к объекту воздействия, наблюдается при использовании в качестве сердечника трубки 7, изготовленной из магнитомягкого материала и расположенной вдоль оси магнита 6. Распределение магнитной индукции при наличии сердечника из магнитомягкой стали, выполненного в виде трубки 7, расположенной вдоль оси магнита таким образом, что сторона магнита, обращенная к объекту воздействия, находится заподлицо с торцевой поверхностью трубки 7, представлено на кривой 3, фиг. 3. Отметим,что при вышеуказанных измерениях пластина 8 с отверстием на магнит 6 не устанавливалась. Как следует из представленных данных, наличие сердечника, выполненного в виде трубки 7, приводит к повышению магнитной индукции в центре насадки при ее измерении 6 23492005.12.30 со стороны объекта воздействия до В 52 мТл. Еще большее значение магнитной индукции наблюдается на расстоянии 2-3 мм от центра насадки 9, то есть в области проекции стенок трубки 7. На данном расстоянии В 58 мТл. Величина магнитной индукции над телом магнита не изменилась по сравнению с другими вариантами расположения сердечников и составляет В 70-75 мТл при 12-15 мм. Однако наибольшее значение магнитной индукции в области воздействия лазерного излучения, то есть в центральной зоне проекции насадки 9, наблюдается при использовании сердечника, выполненного в виде трубки 7, и пластины 8 с отверстием, изготовленных из магнитомягкого материала. Распределение магнитной индукции при наличии сердечника, выполненного из магнитомягкой стали в виде пластины 8 с отверстием, расположенной на поверхности магнита 6 со стороны, обращенной к источнику оптического излучения, и трубки 7, расположенной вдоль оси магнита 6 таким образом, что сторона магнита 6, обращенная к объекту воздействия, находится заподлицо с торцевой поверхностью трубки 7, представлено на фиг. 3, кривая 4. Как следует из представленных данных,такой сердечник вызывает перераспределение магнитной индукции таким образом, что в центре насадки 6 магнитная индукция имеет значение В 73 мТл, близкое к величине магнитной индукции, регистрируемой над проекцией тела магнита 6, для которой В 7478 мТл при 12-15 мм. Отметим при этом, что над проекцией стенок трубки 7, то есть на расстоянии 2-3 мм от центра насадки 9, величина В 78 мТл, что соответствует значению, измеряемому над проекцией тела магнита. Результаты, приведенные на фиг. 3, свидетельствуют, что наиболее оптимальным решением для создания максимальной величины магнитной индукции в зоне воздействия оптического излучения является использование сердечника, изготовленного из магнитомягкого материала и включающего трубку 7, расположенную вдоль оси магнита 6, и пластину 8 с отверстием, расположенную на поверхности магнита 6 со стороны, обращенной к источнику излучения. На фиг. 4 представлена зависимость магнитной индукции в центре насадки при 0 в случае изменения расстояниямежду поверхностью магнита 6, обращенной к объекту воздействия, и торцом трубки 7. Для положения трубки, при котором сторона магнита,обращенная к объекту воздействия, находится заподлицо с торцевой поверхностью трубки, величина 0. Представленные на фиг. 4 кривые 1 и 2 характеризуют зависимость магнитной индукции от величинысоответственно при отсутствии и наличии пластины 8 с отверстием на поверхности магнита 6 со стороны, обращенной к источнику оптического излучения. Следует отметить, что при отсутствии в насадке 9 пластины 8 на поверхности магнита 6 диапазон изменения магнитной индукции, измеренной в центре насадки 9 со стороны,обращенной к объекту воздействия, ниже, чем при наличии такой пластины. Так, при отсутствии пластины 8 магнитная индукция за счет изменения величиныизменяется в диапазоне от В 25 мТл до В 52 мТл - фиг. 4, кривая 2. При наличии пластины 8 диапазон изменения магнитной индукции, измеренной в центре насадки 9 со стороны, обращенной к объекту воздействия, составляет от В 27 мТл до В 74 мТл - фиг. 4, кривая 1. Таким образом, предлагаемый аппарат для магнитофототерапии обеспечивает возможность повышения терапевтической эффективности за счет увеличения плотности мощности излучения светодиодного источника путем уменьшения его расходимости повышения биологической активности излучения светодиодного источника путем реализации возможности воздействия на объект линейно-поляризованным излучением повышения магнитной индукции, создаваемой кольцевым магнитом в зоне воздействия оптического излучения, до значения, близкого к величине, регистрируемой под проекцией тела кольцевого магнита возможности плавной регулировки магнитной индукции, создаваемой кольцевым магнитом в зоне воздействия оптического излучения. 7 Фиг. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.