Пристрій стимулювання біологічних процесів регульованим зворотним зв’язком поляризованим випромінюванням

Пристрій стимулювання біологічних процесів регульованим зворотним зв'язком поляризованим випромінюванням з можливістю визначення положення площини поляризації при мінімальній та максимальній взаємодії потоку поляризованого випромінювання з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання, що містить датчик поляризованого випромінювання у складі: 3 Недоліком відомого приладу, який є найближчим аналогом, є те, що лампа живиться від мережі з існуючою в ній частотою і амплітудою, а це для стимулювання біологічних процесів при лікуванні поляризованим випромінюванням є умовою не оптимальною, а іноді і небажаною. Найбільш близьким технічним рішенням, обраним за прототип, є пристрій, в якому підвищення ефективності стимулювання біологічних процесів поляризованим випромінюванням забезпечується регулюванням параметрів випромінювання шляхом постачання перед поляризаційним елементом додатковим поляризаційним елементом та єдиною оправою поляризаційних елементів, при цьому обидва поляризаційні елементи виконані прохідними, наприклад з поляризаційної плівки, розташованими на оптичній осі пристрою у єдиній оправі, яка виконана з можливістю азимутального розвороту навколо оптичної осі пристрою на кут не менш 180° відносно корпуса пристрою, а додатковий поляризаційний елемент оздоблений додатковою оправою, яка виконана з можливістю азимутального розвороту навколо оптичної осі пристрою на кут не менш 90° відносно єдиної оправи поляризаційних елементів, єдина оправа оздоблена позначкою та шкалою виставлення, що розташована на корпусі, а також шкалою, що розташована на додатковій оправі, крім цього оптична схема формування пучка випромінювання оздоблена оправою перенастроювання від паралельного ходу променів до збіжного або розбіжного та шкалою відліку, що дозволяє перед опроміненням об'єкта сформувати світловий потік заданого напрямку площини поляризації, з вибраними вихідними фізичними параметрами і тим самим реалізувати спосіб стимулювання біологічних процесів регульованим поляризованим випромінюванням [2]. Недоліком пристрою, в якому підвищення ефективності стимулювання біологічних процесів поляризованим випромінюванням здійснюється шляхом виконання операцій управління просторовим положенням площини поляризації і енергетичними параметрами поляризованого випромінювання, є відсутність контролю оптимальної взаємодії. Рівень взаємодії буде визначений лише по кінцевому терапевтичному результату, що є операцією непридатною. В основу корисної моделі покладена задача шляхом усунення недоліків прототипу під час стимулювання біологічного об'єкту, а саме забезпечити контроль взаємодії біологічного об'єкту з опроміненням і тим самим підвищити ефективність стимулювання біологічних процесів поляризованим випромінюванням. Суть корисної моделі у пристрої для визначення положення площини поляризації при мінімальній та максимальній взаємодії потоку поляризованого випромінювання з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання до положення площини поляризації опромінення, який містить датчик поляризованого випромінювання, у складі: джерела випромінювання, оптичної схеми формування пучка випромінювання, поляризатора, оправи азиму 33576 4 тального розвороту поляризатора навколо оптичної осі пристрою, позначки та шкали виставлення, блока живлення випромінювача, модулятора (Фарадея), блока живлення модулятора, додатково постачений приймальною оптичною схемою відбитого випромінювання, фотоприймачем відбитого випромінювання, вибірковим підсилювачем частоти модуляції, індикатором неузгодженості положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання і площини поляризації опромінюючого випромінювання. Вирішення покладеної технічної задачі запропонованим способом підтверджується законами поляризаційної оптики [3]. Поляризаційна система, що складається з джерела поляризованого випромінювання та з поляризаційночутливого приймача, як відомо з поляризаційної оптики, є пропорційною ланкою, тому що світловий потік, що прийшов у приймач, визначається за законом Малюса: l=l0 cos2 b, (1) де l0, l - інтенсивність поляризованого випромінювання відповідно на вході й на виході поляризаційночутливої поверхні опромінення. b - кут між площиною поляризації випромінювання на виході поляризатора і положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання. Отримане рівняння статики поляризаційної системи в сталому режимі дає наступне відношення збільшень вихідної й вхідної величин: dl = -l0 sin 2b. db Як відомо коефіцієнт пропорційності приросту вихідної величини до приросту вхідної є коефіцієнтом передачі або коефіцієнтом чутливості для пропорційної ланки. Отримане співвідношення дозволяє зробити перші найбільш загальні висновки: коефіцієнт передачі перебуває в прямій залежності від величини світлового потоку на вході поверхні, що опромінюється, коефіцієнт передачі залежить від початкового взаємного положення площин поляризації випромінювання на виході поляризатора і положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання. З фізичних міркувань положення, при якому b=90°, не є робочим тому що взаємодія випромінювання з біологічним об'єктом відсутня. Оптимальним для лікування є положення при якому b=0°, що забезпечує максимальне використання падаючого на зону опромінення випромінювання. Для підвищення чутливості пристрою (або збільшення крутості характеристики в обраному положенні) застосовують метод симетричного розгойдування площини поляризації, наприклад, за допомогою комірки Фарадея. У результаті чого інтенсивність потоку випромінювання на виході аналізатора буде змінюватися за гармонійним законом. Амплітуда сигналу визначається відхиленням положення площин поляризації випромінювання на виході поляризатора і поло 5 женням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання від схрещеного (b= 90°) або паралельного (b=0°). У точках узгодження сигнал частоти модуляції дорівнює нулю, і з'являється сигнал подвоєної частоти, що теж може бути використаний як інформаційний. Використання робочого сигналу частоти модуляції підвищує чутливість пристрою й робить цю залежність при малих кутах неузгодженості лінійною. Таким чином, для узгодження положення площин поляризації випромінювання на виході поляризатора і положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання достатньо розглянути системи у діапазоні малих кутів відхилення від схрещеного або паралельного положень узгодження: в = 90 o ± Da, b = 0 o ± Da, , (2) де Da - кут, величина якого становить декілька кутових одиниць і у кінцевому випадку визначається точністю (чутливістю) приладу. У загальному плані для узгодження положення площин поляризації випромінювання на виході поляризатора і положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання необхідно мати можливість контролювати величину сигналу "фототоку" на виході ділянки стимулювання, що практично зробити важко без втручання в біологічний об'єкт. Тому пропонується контролювати не поглинену частку випромінювання, а відбиту виходячи з відомої рівності: F0 = Fr + Fa + Ft , де: Fr - відбита частка випромінювання, Fa - поглинена частка випромінювання, Ft - частина випромінювання, що пройшла крізь опромінений об'єкт. Можна припустити, що лише відбита частка випромінювання не приймає участі у позитивній дії опромінення на біологічний об'єкт. Ця частка опромінення буде тим більше, чім буде менше взаємодія біологічного об'єкта з поляризованим випромінюванням, а це буде, як було сказано вище, тоді, коли площина поляризації випромінювання не співпадає з площиною найбільшої активності елемента біологічного об'єкту. У разі співпаду цих площин відбита частина опромінення буде мінімальною. Таким чином мінімальне значення відбитого випромінювання є індикатором оптимального узгодження поляризації опромінення з положенням площини найбільшої поляризаційної чутливістю біологічного об'єкта. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом, показав, що спосіб стимулюванні біологічних процесів регульованим поляризованим випромінювання відрізняється тим, що азимутальне положення площини поляризації випромінювання виставляється у положення максимальної взаємодії з положенням найбільшої сприйнятливість ділянки стимулювання при цьому азимутальне положення площини поляризації, яке відповідає максимальній взаємодії потоку поляризованого випромінювання з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки 33576 6 стимулювання, визначається по мінімальному значенню відбитої частини потоку опромінення, а також додатково визначається положення площини поляризації при мінімальній взаємодії потоку поляризованого випромінювання з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання до положення площини поляризації опромінення та провіряється азимутальний кут між положенням площини поляризації випромінювання при мінімальній та максимальній взаємодії потоку поляризованого випромінювання з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання до положення площини поляризації опромінення, який повинен бути 90 кут. град. ±Da, де Da - точність виміру. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом, показує, що пристрій для визначення положення площини поляризації при мінімальній та максимальній взаємодії потоку поляризованого випромінювання з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання до положення площини поляризації опромінення відрізняється тим, що він постачений приймальною оптичною схемою відбитого випромінювання, фотоприймачем відбитого випромінювання, вибірковим підсилювачем частоти модуляції, індикатором неузгодженості положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання і площини поляризації опромінюючого випромінювання, що являє собою ланцюг зворотного зв'язку. Таким чином, пристрій підвищення ефективності стимулювання біологічних процесів регульованим зворотнім зв'язком поляризованим випромінюванням, який заявляється, відповідає критерію винаходу "новизна". Суть корисної моделі пояснюється за допомогою ілюстрації на фіг. 1. На ілюстрації представлений прилад стимулювання біологічних процесів регульованим поляризованим випромінювання з контролем відбитого випромінювання, де 1 - прийомно-передаючий датчик поляризованого випромінювання, що містить: 2 - джерело випромінювання, 3 - оптичну схему формування пучка випромінювання, 4 - поляризатор, 5 - блок живлення випромінювача, 6 - модулятор (Фарадея), 7 - блок живлення модулятора, 8 - фоточутлива до поляризованого випромінювання частина системи, у даному конкретному випадку біологічний об'єкт опромінення, 9 - поляризована частина випромінювання, що використана біологічним об'єктом, 10 - відбита частина випромінювання, 11 - приймальна оптична схема відбитого випромінювання, 12 - фотоприймач відбитого випромінювання, 13 - вибірковий підсилювач частоти модуляції, 14 - індикатор положення поляризаційно чутливих елементів біологічного об'єкту і площини поляризації опромінюючого випромінювання, 15 - пристрій розвороту поляризатора. Принцип роботи приладу, що наведена на рис. 1, здійснюється таким чином. У датчику поляризованого випромінювання (1) від джерела випромінювання (2) оптичною схемою (3) формується пучок випромінювання заданої 7 форми й направлення. Поляризатор (4) перетворює його у випромінювання із заданим видом поляризації, наприклад у лінійно поляризоване, модулятор (6) забезпечує симетричне розгойдування площини поляризації з частотою і амплітудою, які визначаються частотою і амплітудою живлення, що створює блок живлення модулятора (7). Сформоване датчиком (1) випромінювання приймається фоточутливим до поляризованого випромінювання біологічним об'єктом (8), у якому поляризована частина випромінювання (9) буде використана біологічним об'єктом (8) у залежності від реакції біологічного об'єкту на орієнтацію площини поляризації падаючого випромінювання. Максимум взаємодії буде при співпадінні площини поляризації поляризатора (4) і положення, що відповідає максимуму сигналу стимулювання біологічного об'єкта (8), або максимуму фотовідгуку біологічного об'єкта і мінімальному значенню відбитого випромінювання (10). При ортогональному положенні площин буде відсутнє стимулювання біологічного об'єкта (8), що відповідає мінімуму фотовідгуку біологічного об'єкта і максимальному значенню відбитого випромінювання (10), яке потрапляє у ланцюг зворотнього зв'язку. Ланцюг зворотного зв'язку працює наступним чином: відбите від біологічного об'єкту випромінювання (10) збирається оптичною схемою (11) і спрямовується на фотоприймач (12), де воно перетворюється у електричний струм частоти модуляції. Вибірковий підсилювач частоти модуляції (13) дозволяє виділити сигнал частоти модуляції на фоні власних шумів фотоприймача, мінімальне значення якого свідчить про наявність узгодження площини поляризації опромінення і площини найбільшої чутливості біологічного об'єкту до поляризованого випромінювання. Мінімум та максимум відбитого сигналу фіксується індикатором (14), а досягається це пристроєм розвороту поляризатора (15), який розвертає датчик (1) навколо оптичної осі приладу до ортогонального або узгодженого положення площини поляризації опромінення і площини найбільшої чутливості біологічного об'єкту до поляризованого випромінювання. Індикатор (14) обнуляється, наприклад, у момент мінімального значення сигналу у ланцюзі зворотного зв'язку і відраховує кут розвороту датчика (1) пристроєм розвороту (15) до отримання максимального значення відбитого випромінювання від біологічного об'єкту та провіряється співвідношення 90 кут. град. ±Da, де Da - точність виміру, що свідчить про правильність роботи приладу по поляризованому випромінюванню. Нарешті, по амплітудному значенню сигналу у ланцюзі зворотного зв'язку на індикаторі (14) виставляємо за допомогою блока 33576 8 живлення випромінювача (5) величину світлового потоку, який є оптимальним з медичних міркувань. Таким чином запропонований прилад здійснює стимулювання біологічних процесів регульованим по положенню площини поляризації та інтенсивності поляризованого випромінювання. Математичні розрахунки та експериментальні перевірки свідчать, що запропонований пристрій стимулювання біологічних процесів регульованим зворотнім зв'язком по положенню площини поляризації та інтенсивності поляризованого випромінювання забезпечує узгодження положення площини поляризації опромінення і площини найбільшої чутливості біологічного об'єкту до поляризованого випромінювання з похибкою ±Da, яка знаходиться у межах 1...2 кут. град., при цьому інтенсивність випромінювання може бути виставлена у межах випромінювальної спроможності випромінювача з похибкою 1...2 відсотки. Підвищення ефективності застосування пристрою стимулювання біологічних процесів регульованим поляризованим випромінюванням, у порівнянні з прототипом, досягається за рахунок того, що азимутальне положення площини поляризації випромінювання виставляється у положення максимальної взаємодії з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання, при цьому азимутальне положення площини поляризації, яке відповідає максимальній взаємодії потоку поляризованого випромінювання з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання визначається по мінімальному значенню відбитої частини потоку опромінення, і, крім того, додатково визначається положення площини поляризації при мінімальній взаємодії потоку поляризованого випромінювання з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання до положення площини поляризації опромінення та перевіряється азимутальний кут між положенням площини поляризації випромінювання при мінімальній та максимальній взаємодії потоку поляризованого випромінювання з положенням найбільшої сприйнятливості ділянки стимулювання до положення площини поляризації опромінення, який повинен бути 90 угл. град. ±Da, де Da - точність виміру. Джерела інформації: 1. Патент Німеччини DE №3 220218 СЗ «Лампа для світлолікування і метод стимулювання біологічного процесу, що виникає при активізації клітин int СІ А6156, 31.05.90 »- аналог. 2. Патент України №68039 А «Світло терапевтичний пристрій на поляризованому випромінюванні» - прототип 3. Шерклифф У.Поляризований свет. - М.: Мир, 1965. - 264 с. 9 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 33576 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601