Спосіб забезпечення заданого рівня ефекту лазерної терапії

Корисна модель належить до медичної техніки, зокрема до способів оцінки ефективності фізіотерапевтичної лазерної дії. Галузь клінічного застосування - фізіотерапія, гінекологія, ін. Відомі способи терапії засновані на дії лазерного променя на патологічні зони або біологічно активні точки. Розроблені способи комбінованої дії, коли одночасно лікують лазерним променем, хіміотерапією, постійним магнітним полем [1-3]. Недоліком подібних способів є: неточність дозування лазерного опромінення, величина котрого може як стимулювати так і пригнічувати функції організму пацієнта. Розроблені способи формування ефективності лазерної терапії, з модуляцією лазерних променів протягом сеансу, з автоматичним відліком часу проведення процедури. Відомий спосіб визначення оптимальних режимів магнітно-лазерної терапії при лікуванні хронічних форм стафілококової і гонококової етіології по котрому рівень ефекту магнітно-лазерної терапії визначається по активності мікроорганізмів і, у відповідності, з отриманими результатами (дані оцінюються по зменшенню росту бактеріальних культур на 90%) визначають оптимальні параметри магнітного поля і лазерного опромінення [4]. Недоліком способів є: вузька галузь застосування, використання якісних методів визначення дози лазерного опромінення. Найбільш близьким способом до того, що заявляється, прототипом за технічною суттю, є спосіб прогнозування ефективності лазерної терапії, що базується на індивідуальній чутливості хворого до лазерного опромінення [5]. За цим способом ефект лазерної терапії визначається шляхом реєстрації відповіді організма на однократне опромінення і до і після проведення сеансу лазерної терапії в слюні пацієнта визначається кількість калія і цукру. При зміні показника калія в сторону збільшення, а показника цукру - в сторону зменшення, прогнозують, що лазерна терапія неефективна, а при зміні показника калія в сторону зменшення, а показника цукру - в сторону збільшення, вважають, що дія лазерної терапії на організм людини досягається. Характерні ознаки способу - прототипу визначення ефекту лазерної терапії такі: він оснований на теоретичних положеннях того, що лазерний вплив являється стресорним і в відповідь на його дію в організмі починаються реакції активації перерозподілу речовин, наприклад, між кров’ю і слиною тоді по кількісним показникам зміну складу (крові, слюни) можна судити про реакцію організму на лазерну дію, використання лазерних променів з довжиною хвилі 0,63-,26мкм, робота при змінній вихідній потужності лазерного випромінення 1-60мВт, проведення багатьох сеансів лазерної терапії протягом деякого часу. Основними недоліками способу прототипу є: вузька галузь застосування, використання приблизних якісних методів визначення ефекту лазерного опромінення за показниками біохімічних речовин в крові і в слюні, неможливість оперативного керування процесом лазерної терапії. Вказані недоліки знижують надійність та величину ефекту використання способу. Метою корисної моделі, що пропонується, є розробка більш точного, універсального і оперативного способу забезпечення заданого рівня ефекту лазерної терапії. Поставлена задача досягається введенням в спосіб таких ознак як: попереднє визначення мінімально допустимого рівню ефекту лазерної терапії, попереднє визначення необхідної дози опромінення при лазерній терапії, обмеження величини допустимої питомої по площі енергії лазерного опромінення при лазерній терапії, керування лінійною частотою сканування лазерного променя, керування амплітудою сканування променя, установка тривалості сеансу здійснення лазерної процедури, визначення, виходячи з технічних можливостей апаратури, мінімальних розмірів лазерної плями на освітлюваній поверхні, визначення, виходячи з технічних можливостей апаратури і вимог досягнення ефекту, максимальних розмірів лазерної плями на освітлюваній поверхні, визначення розміру поверхні лазерного опромінення. Від способу - прототипу заявляємий спосіб відрізняється введенням наступних ознак, таких як: попереднє визначення мінімально допустимого рівня ефекту лазерної терапії, попереднє визначення необхідної дози опромінення при лазерній терапії, обмеження величини допустимої питомої по площі енергії лазерного опромінення при лазерній терапії, керування лінійною частотою сканування лазерного променя, керування амплітудою сканування променя, визначення мінімальних розмірів лазерної плями на освітлюваній поверхні, визначеннямаксимальних розмірів лазерної плями на освітлюваній поверхні, визначення розміру поверхні лазерного опромінення. Практична реалізація введених ознак досягається здійсненням різних режимів роботи лазерної апаратури, а саме коли: зміна енергії лазерного опромінення досягається, наприклад, варіюванням режимом роботи лазерного випромінювача, зміна питомої по площі енергії лазерного опромінення - за рахунок різного фокусування лазерного опромінення, рівень заданого ефекту лазерної процедури - визначається комп'ютером, мікропроцесором, тривалість сеансів лазерної процедури - контролюється комп'ютером, мікропроцесором, зміна лінійної частоти і амплітуди траєкторії сканування променю - зміною режимів роботи сканерів, радіус лазерної плями - визначається можливостями апаратури, розмір поверхні лазерного опромінення - вимірюється Робота по заявляємому способові забезпечення заданого рівня ефекту лазерної терапії починається з визначення рівня ефекту процедури (див.табл.1) по котрій визначають дозу опромінення, максимальну і мінімальну допустиму по площі енергію лазерного опромінення (див.табл.2). Для досягнення необхідної дози опромінення, задають тривалість сеансів лазерної терапії, лінійну частоту і лінійну амплітуду траєкторії сканування променя, визначають максимальний і мінімальний можливі радіуси лазерної плями. Після цього по розрахованим величинам енергетичних характеристик скануючого лазерного променю (див. Додаток та Фіг.) визначають необхідні розміри поверхні лазерного опромінення. Керування роботою лазерної апаратури, параметрами кожного імпульсу лазера, роботою двокоординатного сканера, ін. здійснюється по програмі попередньо введеній в комп'ютер. В таблиці 1 подано залежність ефекту лазерної терапії від енергетичної дози по даним [6]. Таблиця 1 Доза, Дж/см2 0,01-0,5 0,5-2,0 2,0-10 10-30 30-40 Ефект Тренувальний (профілактичний) Біостимулюючий Терапевтичний Пригнічуючий Шкідливий В таблиці 2 визначено мінімальну і максимальну допустимі дози опромінення за [7-9]. Таблиця 2 Величина, що Густина Густина Поглинута використовується потужності, енергії енергія, для визначення мВт/см2 Дж/см2 Дж дози опромінення Мінімальна 0,1-0,5 н/д 1-3 величина дози Максимальна 100-220 4 25 величина дози Обробка даних за заявляємому способу проводиться наступним чином: 1 - крок - вводиться мінімальний r0 і максимальний r1 можливі радіуси плями лазерного променю на поверхні (введені дані характеризуються можливостями установленої лазерної апаратури), 2-й – 3-й крок - вводяться дані, що відносяться до серії однотипних процедур. Відповідно до запланованого ефекту лазерної терапії (таблиця 1) вводяться мінімальні Еmin і максимальні Еmax допустимі величини питомої по площі енергії лазерного опромінення. 3-й крок - задається мінімально допустимий рівень ефекту процедури Eff зад. Величину Eff зад необхідно задати в процентах від максимально можливої величини Eff(Еopt). Наприклад, з врахуванням можливої варіації параметрів функції ефекту, допустимою величиною рівня ефекту можна вважати 70-80%; середнім рівнем, забезпечуючим впевнене застосування лазерної терапії можна вважати величину 50-60%; а величину ефекту менше 30-40% віднести до низької ефекту терапії і намагатись не застосовувати дану величину на практиці. 4-й крок - вводяться початкові дані виключно відносно даної процедури, а саме: tproc - час процедури, f - лінійна частота сканування, A - лінійна амплітуда сканування на поверхні зони опромінення. 5-й крок - визнається масив значень функції енергії випромінення Е(х, r) для значень радіусу лазерної плями r Î [r0 , r1 ], r1 £ A і для діапазону значень аргументів x Î [0, A + r ] - (залежності 4-7 додатку). 6-й крок - на основі отриманих масивів значень енергії випромінення Е(х, r) визначаються масиви інтерполюючих коефіцієнтів k,(r) і координати границь, наприклад, сплайн-відрізків Еi(r) (залежності 9-14 додатку). 7-й крок - визначається величина залежності ефекту лазерної терапії від радіусу лазерної плями Eff(r) (залежності 4-7 додатку), 8-й крок - визначаються параметри апроксимуючої ефект функції SL(E) (залежність 11 додатку), де а - верхня величина ефекту; с=2/Т - позитивний коефіцієнт, що залежить від величини періоду Т; DE = ( E min - E max ) / 2, T = E - E max . 9-й крок - з множин значень rmax на основі графо-аналітичних розрахунків визначаються максимально допустимий радіус rmax плями лазерного променю на освітлюваній поверхні задовольняючий умові забезпечення результуючого ефекту не нижче заданого рівня (залежність 15 додатку). Описаний вище спосіб обробки даних реалізується в вигляді програми на персональному комп'ютері, мікропроцесорі. На основі отриманих даних графоаналітичним способом проведено пошук діапазону значень параметру відносного радіусу r (r=r/A). Як приклад на рис. 1 показано вид залежності ефекту Eff(r) від відносного радіусу плями лазерного променя г/А. Як видно з поданого рисунку при обмеженні ефекту лазерної процедури величиною Eff зад=0,65, максимально допустимий відносний радіус плями лазерного променя на освітлюваній поверхні дорівнює rmax=0,075. На основі поданих матеріалів можна стверджувати, що поставлена мета: - зробка більш точного, універсального і оперативного способу забезпечення заданого рівня ефекту лазерної терапії, за рахунок опромінення в паралельному лазерному пучку, визначення допустимої величини питомої по площі енергії лазерного опромінення, фіксації часу проведення процедури, встановлення амплітуди і частоти сканування променю і обчислення величини лазерної енергії опромінення, розмірів зони опромінення, а також при оперативному керуванні параметрами процедури - досягається. Джерела інформації: 1. Попов В.Д. - Современные аспекты квантовой терапии в клинической медицине. - Киев, - 2000, с.128. 2. Шевченко В.Л. - Основы рационального применения терапевтических лазеров. К-2003, НПО «Профессор», с.170. 3. Патент Великобританії №1338340, кл.А61N5/06. 4. Патент Росії №2043127, кл.А61N5/06, кл.А61К35/66. 5. Патент Росії №2127617, кл.А61N5/06. 6. Лобода М.В., Самосюк І.З., Колесник Е.О. Нетрадиційні та фізіотерапевтичні методи лікування в "Укрпрофздоровниця" // Медицинская реабилитация, курортология, физиотерапия. - 1998, - 1(13). 7. Корепанов В.И. Теория и практика лазерной терапии. 4.1, М.:, НПП «Рапид»,1993, с.110. 8. Инструкция по применению лазерной физиотерапевтической установки УФЛ-01 для лечения стоматологических заболеваний.// Типовая инструкция по охране труда при проведении работ с лазерными аппаратами. М.:, 1988, с.6-15. 9. Илларионов В.Е. Лазерная терапия. // Врач. - 1992, №8, с.11-16. Додаток Алгоритм обробки даних по заявці "Спосіб забезпечення заданого рівня ефективності лазерної терапії" 1. Лінійне відхилення променю на освітлюваній поверхні визначається по (1) x = A sin wt, де А - амплітуда вихідного сигналу, w = 2pf - циклічна частота, f - лінійна частота, t - час. 2. Швидкість відхилення променю дорівнює dx (2) = Aw cos wt = w A 2 - x 2 . dt 3. Потужність випромінювання визначається залежністю dE (3) P= , dt де Е- енергія випромінення. 4. В межах одної терапевтичної процедури потужність випромінення залежить від розподілу питомої енергії вздовж лінії розгортки і описується x' E( x ) = P dx òw 2 A -x x -r 2 = P æ x ö x' arcsinç ÷ , (4) w èAøx-r ìx + r, если x + r < A, (5) x' = í î A, если x + r ³ A. де r - радіус плями лазерного променю. 5. Залежність розподілу енергії по поверхні освітлення, вздовж траєкторії сканування променю для чверті періоду сканування визначається по ìP æ æx +rö æ x - r öö ÷ - arcsinç ÷ ÷, если x + r < A, ï ç arcsinç ÷ A ø wç ï è è A øø E 1 (x ) = í è (6) P æp 4 æ x - r öö ï ç ÷ ç 2 - arcsinç A ÷ ÷, если x + r ³ A. ï wè è øø î 6. Енергія для всієї процедури tproc записується у виді E( x) = 4 × t proc × f × E 1 ( x), (7) 4 7. В якості аргументу залежності ефекту лазерної терапії (дози) розглядається величина визначена залежністю (7). Оскільки величину ефекту лазерної процедури складно визначити в прямих показниках, то її описують у відсотках, в бальних оцінках. Для однакової оцінки ефективності визначення результуючого ефекту використовується лінійна згортка оцінок по окремим показникам Eff (E ) = å b × Eff (E), i i i =1,n (8) де Eff(E) результуючий ефект, Eff i(E) окремі ефекти по i-му параметру стану пацієнта, b i - вагові коефіцієнти значимості оцінки ефекту Eff (E) по i-му параметру стану пацієнта. i 8. Одночасно результуючий ефект записується в залежності від дози опромінення x1 Eff(E) = ò Eff (E)dx, x (9) x0 де Effx(E) - питома енергетична доза в точці х; x0, x1 - координати границі діапазону для якого визначається результуючий терапевтичний ефект. При розробці моделі процесу потрібно точно задати координати точок Еmin, Еmax в яких Effx(E)=0. 9. Оскільки терапевтичний ефект має межі свого збільшення, то залежність ефекту від енергетичної дози в загальному вигляді записується у вигляді (10) Effx (E ) = SL 1(E ) - SL 2 (E )dx, де SL1(E), SL2(E) - логістичні залежності, що описують процеси збільшення ефекту в термінах SL-функцій канонічного виду a , (11) 1 + e -c ( E - D E ) де а - верхня границя збільшення ефекту; с=2/T - позитивний коефіцієнт, що залежить від величини періоду Т; DE - зміщення точки симетрії графіка вздовж вісі абсцис. Для спрощення аналітичних операцій по апроксимуючій залежності використано властивості похідної SLфункції і правило апроксимації похідних двох SL-функцій єдиної SL-функції SL(E) = dSL (E ) = c × SL (E ) × SL( -E) = c × SL (E)× (1 - SL (E)) » c × (SL(E) - SL 2 (E)) (12) dE 10. Для оцінки розподілу енергії по поверхні для всього періоду виконано лінійну сплайн-інтерполяцію E( x, r ) = å d (r ) + k (r ) × x, i (13) i i=1,n де di(r), ki(r) - коефіцієнти i-го сплайн-відрізку. Тоді з врахуванням (10, 12, 13) результуючий ефект процедури в залежності від радіусу плями опромінення (9) подано у вигляді Ei (r ) Eff (r ) = å k (r ) × ò i i=1,n dSL (E) dE = dE E i-1( r ) å k (r ) ×(SL(E (r )) - SL(E i i -1i ( r ))) (14) i=1,n 11. Кінцевий результат, тобто забезпечення заданого рівня ефективності лазерної терапії, формулюється, як пошук множини таких значень параметра r = r / A, при котрих забезпечується величина результуючого сумарного ефекту не нижче деякого заданого рівня Eff(r ) ³ Effзад . (15).