Генератор електромагнітного випромінювання для впливу на біологічні об’єкти

Генератор електромагнітного випромінювання для впливу на біологічні об'єкти, що містить напівпровідниковий генераторний діод - діод Ганна, що встановлений між широкими стінками відрізка 3 83567 нювання, не дозволяє вважати вказаний пристрій електромагнітної терапії в достатній мірі високоефективним. Найближчим по технічному суті і по результату, що досягається, технічним рішенням (прототипом) до винаходу, що заявляється, є пристрій (генератор) для генерації електромагнітних надвисокочастотних коливань, який може бути використаний в електромагнітній терапії, що містить короткозамкнутий відрізок прямокутного хвилеводу номінального перетину, в якому між широкими стінками розміщений напівпровідниковий генераторний діод, переважно діод Ганна, штир живлення, що є складовою частиною фільтру нижніх частот і коливальної системи (резонатором) квазікоаксіального типу, компенсуючий елемент, виконаний із діелектричної пластини з двома електродами на її протилежних гранях, сполученими між собою провідником, величина індуктивного опору якого на робочій частоті перевищує відповідні значення опору місткості компенсуючого елемента [а. с. СРСР, №1140218, МПК Н03І7/14, опубл. 15.02.85р.]. Включення до складу коливальної системи автогенератора додаткового індуктивного опору забезпечує високу добротність коливальної системи і, відповідно, високу когерентність електромагнітного випромінювання, яке є важливим біотропним параметром в терапевтичних вживаннях даного пристрою. Проте вказаний індуктивний опір компенсує ємнісний реактанс діелектричної пластини у вузькій смузі частот, фактично лише на фіксованій частоті. Крім того, оскільки у вказаному квазікоаксіальному резонаторі збуджується коаксіальна мода (ТЕМ-мода), а її перетворення в хвилеводну моду (моду Н 10) випромінювання здійснюється з великими втратами, то рівень вихідного сигналу може виявитися недостатнім для досягнення необхідного терапевтичного ефекту. Важливо і те, що для існуючих напівпровідникових генераторних діодів (діодів Ганна, лавиннопролітних діодів) характерна досить складна форма струму з високою часткою гармонік і їх рівень не регламентований, так що випадковим чином можуть бути розподілені рівні першої, другої, третьої і більш високих гармонік випромінювання, що не тільки знижує КПД генератора і, відповідно, частку потужності основної частоти, але і знижує стійкість генератора, оскільки не запобігло можливості виникнення резонансів на реактивностях випадковим чином створених навантажень на вищи х гармоніках. Тому при використовуванні напівпровідникових генераторів в терапевтичних цілях можливі артефакти, зниження ефективності і навіть пошкодження організму [Вопросы курортологии, физиотерапии и ЛФК, 1989, №4, с. 37-38]. При цьому основною причиною, що приводить до виникнення артефактів, є неконтрольованість спектрального складу випромінювання в традиційних пристроях-апаратах електромагнітної терапії, коли дія на біооб'єкт - організм людини здійснюється одночасно на декількох частотах випромінювання. За наявності в організмі декількох патологій, коли в патологічний процес залучені біомолекулярні 4 структури, клітини різноманітних типів із різним ступенем дефектності, то при пред'явленні організму одночасно декількох частот випромінювання за рахунок вільної енергії метаболізму відбувається неконтрольований процес дозбуждення (добудови) надмірної кількості репресованих (дефектних) клітинних структур, що приводить до перестимуляції. Це суперечить фундаментальному закону медицини, що свідчить, що темп лікування повинен відповідати резервним можливостям організму і перевищення цього темпу може принести тільки шкоду [Int. Conf. "Microwave in medicine-91/ - Digest papers - Belgrade, Yugoslavia, 1991. - p. 206-217]. В конкретному випадку електромагнітної терапії це означає, що енергії метаболізму може виявитися недостатньо для реалізації вказаної активації надмірної кількості біомолекулярних клітинних структур, що еквівалентне створенню в організмі стресової ситуації і виникненню побічних ефектів. Крім того, в пристрої-прототипі відсутня можливість оперативного, електричним способом, управління амплітудно-частотною характеристикою пристрою, зокрема, режимом частотної модуляції, що не дозволяє адаптувати режим роботи пристрою до лікування конкретного пацієнта з конкретною нозологією. В основу пропонованого винаходу поставлена задача удосконалення генератора електромагнітного випромінювання для впливу на біологічні об'єкти, в якій введення додаткових вузлів і нових зв'язків між вузлами забезпечує підвищення когерентності і вихідної потужності в діапазоні частот випромінювання, чим і досягається підвищення терапевтичного ефекту і виключається виникнення побічних ефектів. Поставлена задача вирішується тим, що в генераторі електромагнітного випромінювання для впливу на біологічні об'єкти, що містить напівпровідниковий генераторний елемент - діод Ганна, встановлений між широкими стінками відрізка прямокутного хвилеводу номінального перетину і живлений від джерела живлення через фільтр нижніх частот, встановлений в широкій стінці відрізка прямокутного хвилеводу, відповідно до винаходу до одного кінця відрізка хвилеводу номінального перетину приєднана додаткова хвилеводна лінія зниженого перетину, що містить феритовий вкладиш і баластне навантаження, при цьому розмір широкої стінки хвилеводної лінії зниженого lmin lmin перетину не більш і не менше 2 er mr 4 e rmr мінімальної довжини хвилі коливань lmin, що генеруються, де er,mr - відносні діелектрична і магнітна проникності матеріалу феритового вкладиша, відповідно, а параметри діода Ганна задовольняють співвідношенню: n0L = (3,3...4,0)1012см -2, де n0 концентрація носіїв заряду в матеріалі діода (см3), що використовується, L - відстань між контактами (см). Введений додатково відрізок заповненої феритом хвилеводної лінії зниженого перетину, що є позамежним для основної частоти, так що його вхідний опір згідно [Дж. Саусворт. Принципы и 5 применение Сов.радио, = Z 83567 волноводной 1955, с. ih m m2l2 / 4a2mr er - 1 0 передачи. М.: 98-100] рівний - внутрішній опір фери тового середовища; а - розмір широкої стінки хвилеводу; l0 - длина хвилі у вільному просторі; m порядок хвилі (для основної хвилі m = 1, для хвиль вищого порядку m = 2,3), є реактивним опором індуктивного характеру і може бути зроблений достатньо великим відповідним вибором співвідношень довжини хвилі коливань і розміру широкої стінки хвилеводу. Змінюючи величину магнітної проникності матеріалу mr феритового вкладиша зовнішнім магнітним полем, вдається змінювати величину реактивного опору, що вноситься в коливальну систему генератора, і змінювати частоту електромагнітного випромінювання. Параметри діода Ганна вибрані з міркувань отримання максимального значення основної гармоніки коливань струму в діоді, мінімального значення другої і третьої гармоніки, причому для другої гармоніки відрізок хвилеводної лінії зниженого перетину з розташованими в ній феритовим вкладишем і баластним навантаженням, злагодженим для цієї гармоніки є пасткою. Завдяки цьому на виході генератора присутнє перестроюване по частоті високо когерентне випромінювання тільки на основній частоті. На Фіг. представлена конструкція генератора. Генератор електромагнітного випромінювання для впливу на біологічні об'єкти містить напівпровідниковий генераторний елемент - діод Ганна 1, встановлений у відрізку 2 прямокутного хвилеводу повного перетину і який живиться від джерела живлення через фільтр нижніх частот 3, встановлений в широкій стінці хвилеводу, відрізок 4 хвилеводу зниженого перетину, що містить вкладиш 5 з феритового матеріалу і баластне навантаження 6. При подачі на діод номінальної напруги живлення останній збуджується на частоті резонансної системи, яка визначається параметрами діода Ганна, відрізка хвилеводної лінії між діодом Ганна і площиною зчленовування хвилеводів 2 і 4, величиною зовнішнього навантаження, яке частіше за все є по імпедансу комплексним, і відрізка хвилеводної лінії зниженого перетину. Оскільки поперечний перетин відрізка хвилеводу 4 вибраний так, що розміри його широкої стіlmin lmin нки не більш і не менше мініма2 er mr 4 e rmr льної довжини хвилі коливань, що генеруються, lmin де er,mr - відносні діелектрична і магнітна проникності матеріалу феритового вкладиша, то для діапазону довжин хвиль від lmin до номінального значення вказаний відрізок хвилеводу є позамежним і його вхідний опір є великим позитивним реактивним опором, тобто опіром індуктивного характеру. Вра ховуючи, що добротність коливальної системи прямо пропорційна індуктивній складовій імпедансу коливальної системи і що стабільність частоти прямо пов'язана з добротністю, то, утво 6 ривши в коливальній системі велику індуктивність у вигляді відрізка позамежного хвилеводу, вдається істотно підвищити стабільність частоти коливань, знизити рівень частотно- і амплітудномодульованих шумів, тобто зробити сигнал максимально монохроматичним і тим самим підвищити проникаючу здатність випромінювання в біотканини, що важливо як з погляду посилення терапевтичного ефекту, так з точки зору вираженості відповідних реакцій організму на дію електромагнітних хвиль. Оскільки величина магнітної проникності матеріалу феритового вкладиша, що визначає величину індуктивного опору відрізка позамежного хвилеводу, що вноситься в коливальну систему, є функцією магнітного поля, то за рахунок зміни величини магнітного поля (при зміні струму електромагніту) відбувається і перестройка частоти електромагнітного випромінювання до отримання значення терапевтичної частоти, оптимальної для конкретного пацієнта. Унаслідок високої міри нелінійності коливальних характеристик напівпровідникових генераторів мікрохвильового і міліметрового діапазону довжин хвиль в спектрі випромінювання генераторів велика частка гармонік і необхідно відповідним чином вибрати параметри активного елемента і коливальної системи з тим, щоб виключити із спектру випромінювання гармоніки вищого порядку (другу і третю), рівні яких у загальному випадку великі і які можуть дезорганізовувати сам механізм резонансного впливу електромагнітного випромінювання на біооб'єкти. З аналізу польової моделі роботи діодів Ганна з урахуванням залежності рухливості носіїв від частоти неважко показати, що в спектрі випромінювання діодів Ганна в короткохвильовій частині мікрохвильового діапазону і в міліметровому діапазоні максимальні значення першої гармоніки, мінімальні значення другої гармоніки і практично нульового рівня значення третьої гармоніки реалізуються, якщо чисельні значення основних параметрів діодів Ганна - концентрація носіїв «о(см-3), відстань між контактами l(cm) задовольняють співвідношенню n0L = (3,3... 4,0)10 12см -2. В даній конструкції генератора сигнал другої гармоніки поглинається в баластному навантаженні, поступаючи в останню через відрізок хвилеводу 4, який через вибрані співвідношення для другої гармоніки є прозорим. Тому на виході генератора практично присутній тільки сигнал на основній частоті і монохроматічность його достатньо висока: в практичних реалізаціях в діапазоні частот 53... 54,2ГГц (перестройка частоти здійснювалася намагніченням феритового вкладиша з матеріалу 1СЧ-44) рівень паразитної частотної модуляції порядку - 60дБ/Гц на відстрочках 5кГц від несучої, що істотно нижче за аналогічний показник у відомих генераторах електромагнітного випромінювання для впливу на біооб'єкти (Г4-142, «ЯВЬ-1», «ЭМИТЕР-ОНС»). Вказані параметри діодів Ганна (концентрація носіїв і відстань між контактами) забезпечують можливість отримання максимального для діодів цього типу рівня вихідної потужності. Висока монохроматичність випро 7 83567 мінювання, достатньо високий рівень сигналу дозволяють при впливу на біооб'єкти забезпечити адекватний інформаційний обмін між клітинами організму, сигналами, що виробляються клітинами, які синхронізовані і сфазовані з висококогерентним випромінюванням, що вводиться в біооб'єкт, і тим самим забезпечити високу терапевтичну е фективність і можливість вироблення у відповідь реакції організму на вплив електромагнітного випромінювання. Останнє дозволяє визначити індивідуальне значення частоти випромінювання для конкретного пацієнта, об'єктивізувати спрямованість і ефективність лікування, визначити оптимальну тривалість лікування. Генератор електромагнітного випромінювання для впливу на біологічні об'єкти при лікування внутрішніх захворювань використовують таким чином. За допомогою відомої апаратури для пошуку біологічно активних точок (БАТ) визначають зону впливу відповідно до картографії акупунктури і на цю зону направляють електромагнітне випромінювання. Потім, поволі змінюючи частоту випромінювання, фіксують за допомогою лічильника кардіоритмів будь-якого типа зміну (найчастіше зменшення) частоти серцевих скорочень. Вказані зміни відбуваються через декілька секунд після початку дії. Частота електромагнітного випромінювання, при якій відбувається зменшення частоти кардіоритма, є терапевтичною частотою для даного пацієнта і на ній проводять дію випромінюванням протягом часу, доки частота серцевих скорочень не почне знов зростати. Звичайно цей час складає 15... 20 хвилин, сеанси щоденні, кількість сеансів 20... 22. Приведемо епізод лікування. Хворий М., 38 років, виразка дванадцятипалої кишки з шлунковою кровотечею. Концентрація в крові гормонів типу гастрина, гістаміну, кальцитоніну підвищена, концентрація секретина знижена. Традиційна фармакотерапія (холінолітики, антациди, репаранти, Н2-блокатори і ін.) виявилася неефективною. Призначена крайнєвисокочастотна (КВЧ) терапія. Ви Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 8 користовувався модернізований відповідно до даного винаходу серійний апарат електромагнітної терапії «ЭМИТЕР-ОНС», який до модернізації при лікуванні клінічно складних хворих гастроентерологічного профілю не був ефективним. Дія здійснювалася на біологічно активну точку ЕПІ36Л, методика безконтактна. Ступенями в 5 Мгц з паузою 3...4 с змінювалася частота електромагнітного випромінювання до моменту зменшення частоти кардіоритма у пацієнта (з 72 до 65уд/хв). Встановлено, що терапевтичне значення частоти для пацієнта М. рівно 53,56ГГц, і на цій частоті проводилося лікування. Кровотеча припинилася після п'ятого сеансу, після сьомого сеансу зник стан дискомфорту, покращав загальний стан. Встановлені нормалізація процесів енергетичного обміну в клітинах крові, збільшення відносного вмісту Т-лімфоцитів, Т-активних, Т-хелперів. Після десятого сеансу гастродооденфіброскопія показала, що де фект виразковий дефект замістився ніжним сполучним рубцем, концентрація секретина підвищилася в порівнянні із значенням до лікування. Тривалість сеансів постійно знижувалася - з 20 до 15 хвилин. Проведена після двадцятого сеансу гастродооденфіброскопія показала, що виразка повністю зарубцювалася. Аналіз стану хворого через 3 і 6 місяців після закінчення лікування показав, що стан ремісії стійкий. Техніко-економічна ефективність генератора електромагнітного випромінювання для впливу на біологічні об'єкти полягає в підвищенні терапевтичної ефективності, можливості об'єктивізації ефективності і спрямованості терапевтичної процедури і всього курсу лікування, відсутності побічних реакцій, в можливості оптимізувати енергетичні і часові дози випромінювання і використовувати генератор електромагнітного випромінювання, що заявляється, не тільки для терапевтичних, але і для діагностичних цілей, саме - здоровий організм людини на електромагнітне випромінювання нетеплового рівня не «відгукується». Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601