Пристрій для опромінювання біологічних рідин електромагнітними хвилями міліметрового діапазону

1. Пристрій для опромінювання біологічних рідин електромагнітними хвилями міліметрового діапазону, що містить опромінювач, який з'єднано з джерелом електромагнітного випромінювання за допомогою хвилеводу, та ємність з опромінюваною рідиною, який відрізняється тим, що опромінювач виконано у вигляді об'ємного циліндричного резонатора з аксіальним отвором в одній торцевій стінці і аксіальною проточкою в протилежній стінці для розміщення і фіксації в опромінювачеві циліндричної ємності з опромінюваною рідиною, причому внутрішній діаметр резонатора d і зовнішній діаметр ємності D зв'язані співвідношенням d D / 2 , де - довжина хвилі, а діаметри отвору і проточки співпадають з зовнішнім діаметром ємності D. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що як ємність для опромінюваної рідини використовується шприц. UA (21) a200710113 (22) 10.09.2007 (24) 25.05.2010 (46) 25.05.2010, Бюл.№ 10, 2010 р. (72) БІЛОУС ОЛЕГ ІГОРОВИЧ, МАЛАХОВ ВОЛОДИМИР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, НОСАТОВ АНДРІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, СІРЕНКО СВІТЛАНА ПЕТРІВНА, ФІСУН АНАТОЛІЙ ІВАНОВИЧ (73) ІНСТИТУТ РАДІОФІЗИКИ ТА ЕЛЕКТРОНІКИ ІМ. О.Я. УСИКОВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) RU 2103035 C1; 27.01.1998 RU 2138301 C1, 27.09.1999 SU 349137; 23.08.1972 DE 10244941 A1; 28.05.2003 RU 2137500 C1; 20.09.1999 SU 1806787 A1; 07.04.1993 RU 2244293 C2; 10.03.2004 RU 2003129083 A; 10.04.2005 Топалов Л.В. Об излучателях электромагнитных волн эллиптической поляризации для медицинской аппаратуры. // Вестник новых медицинских технологий. - 2000. - Т. - 7. - № 3-4. С. 128-129 C2 2 (19) 1 3 хвилі використовуються у КВЧ (крайнє високочастотній) терапії. При цьому здійснюється вплив як на організм в цілому, так і на окремі його системи і органи (Девятков Н.Д. Становление медицинской электроники в России. Биомедицинская электроника, 1999, т.5, с.3-12). У методиці вивчення дії міліметрового випромінювання на біологічні рідини та в застосуванні пристроїв для виконання цих досліджень існує ряд протиріч: це нерівномірність густини падаючого на об'єкт потоку енергії, неконтрольований зовнішній фон та фон, що виникає внаслідок перевідбиття частини енергії від елементів пристроїв. Ці фактори поширені при використанні антенних опромінювачів різного типу (рупорна, спіральна антени, відкритий кінець металевого або діелектричного хвилеводу і таке інше). Окрім цього, розміщення дози крові або іншої біологічної рідини у відкритому просторі, або її переміщення з одного об'єму в інший підвищує вірогідність втрати стерильності опромінюваної дози біологічної рідини. У відомих технічних пристроях (Плаксин С.В., Соколовский С.И. Радиометрические принципы построения терапевто-диагностической КВЧ аппаратуры с использованием собственных излучений биообъектов. Радиофизика и электроника, 2004, т.9, №3, с.619-624) існує загроза впливу стороннього (фонового) випромінювання на біооб'єкти в процесі дослідження або терапевтичної процедури. Для мінімізації цих явищ необхідно проводити ряд додаткових дій, наприклад, екранування, що ускладнює процес лікувальних або дослідницьких робіт. Найбільш близькими за технічною суттю до запропонованого пристрою є нерезонансні опромінювачі (Топалов Л.В. Об излучателях электромагнитных волн эллиптической поляризации для медицинской аппаратуры. Вестник новых медицинских технологий, 2000, т.7, №3-4, с.128129). Це пристрої антенного типу, в основу яких покладено двозахідні спіралі. Проекція двозахідної спіралі на конічну поверхню створює можливість одержати однонаправлену антену-опромінювач, що випромінює енергію вздовж конуса в бік його вершини. Позитивною рисою цих опромінювачів є можливість випромінювати хвилі еліптичної або лінійної поляризації. Широкополосність цих пристроїв забезпечується тим, що стрічки спіралей мають змінну ширину. Всі нерезонансні опромінювачі, побудовані за вказаним вище принципом, мають суттєві вади. Окрім опромінення біологічного об'єкту вони збуджують поле у навколишньому середовищі. Об'єкт опромінюється нерівномірно, оскільки навіть у головній пелюстці діаграми направленості неможливо одержати однаковий рівень у центрі та на краях пелюстки і при поперечних розмірах дози біологічної рідини біля половини довжини хвилі, рівень у центрі та на краях опромінюваного об'єкту буде відрізнятися. Подібні обмеження виникають і при використанні інших опромінювачів антенного типу. Похибку в розрахунки рівня і дози опромінювання може вносити довільна форма плями рідини, що наноситься на предметне скло при опроміненні. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити пристрій для опромінювання біологічних 90704 4 рідин електромагнітними хвилями мм діапазону шляхом використання вищих типів коливань при дії електромагнітного поля на опромінювану рідину, що забезпечить підвищення рівномірності опромінювання, зменшення вірогідності порушення стерильності опромінюваної рідини, підвищення точності дозування опромінювання та зменшення можливості опромінення обслуговуючого персоналу. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для опромінювання біологічних рідин електромагнітними хвилями міліметрового діапазону, що містить джерело електромагнітних хвиль, опромінювач та опромінюваний об'єкт, згідно з винаходом, опромінювач виконано у вигляді об'ємного циліндричного резонатора з аксіальним отвором в одній торцевій стінці і аксіальною проточкою в протилежній стінці для розміщення і фіксації в опромінювачеві циліндричної ємності з опромінюваною рідиною, причому, внутрішній діаметр резонатора d і зовнішній діаметр ємності D зв'язані співвідношенням d-D≥ /2 ( - довжина хвилі), а діаметри отвору і проточки співпадають з зовнішнім діаметром ємності D. Суть винаходу пояснюється ілюстраціями: на Фіг.1 зображено пристрій для опромінювання біологічних рідин зі шприцом в осьовому перерізі (а) та в перерізі по площині збуджуючого хвилеводу (б). На Фіг.2 зображено розподіл компонент поля, промодельований при розв'язанні задачі збудження коливань зовнішнім джерелом у резонаторі з поглинаючою рідиною. Запропонований пристрій для опромінювання містить циліндричний об'ємний резонатор 1, з отвором зв'язку у вигляді прямокутної щілини 2 з плавним переходом на стандартний прямокутний хвилевод 3. Для розміщення рідини, що підлягає опроміненню, використовується циліндрична ємність 4 (наприклад, шприц). Ємність 4 розміщується в резонаторі через отвір 5 у торцевій стінці резонатора 1 і фіксується циліндричною проточкою 6 в аксіальному положенні. Для розміщення голки шприца з захисним чохлом в торцевій стінці резонатора мається канал 7. Співвідношення діаметру резонатора d та діаметру шприца D вибирається таким, щоб для рівномірного опромінення дози біологічної рідини у резонаторі збуджувалися коливання вищих типів. Для цього необхідно, щоб виконувалося співвідношення d-D≥ /2, (1) де - довжина хвилі генерації. На Фіг.2 приведена топологія поля вищого типу коливань, розрахованого за допомогою чисельного вирішення задачі збудження резонатора зовнішнім джерелом. В резонаторі аксіально розміщені діелектрична вставка 8 без утрат, що моделює корпус ємності (наприклад, шприца) та поглинаюча рідини 9. Джерело електромагнітного випромінювання 10 приєднується через хвилевід 11 до резонатора 1. При дотриманні співвідношення (1) у резонаторі збуджуються коливання вищого типу. Інтерференційна картина проникаючого в рідину поля вказує на більш-менш рівномірне опромінення всього об'єму рідини. Структура поля у осьовому напрямку спадає в 1,5-2 рази на відстані (2-3) /2, що за 5 безпечує рівномірність опромінюючого поля при реальних довжинах пристрою. Запропонований пристрій для опромінювання біологічних рідин працює у такий спосіб: шприц 4 або інша циліндрична ємність заповнюється біологічною рідиною, наприклад, кров'ю. З закритою захисним чохлом голкою шприц 4 вставляється в резонатор 1 і фіксується в аксіальному та радіальному напрямках за допомогою проточки 6 та отвору 5. За допомогою зовнішнього перестроюваного генератора у резонаторі збуджуються коливання вищого типу. Цей режим збудження може бути зареєстрований зовнішньою добре відомою схемою включення "на відбивання" за допомогою детектора. Енергія електромагнітних коливань вищого типу, що виникають у проміжку між провідною стінкою резонатора та діелектричною стінкою ємності, частково проникає в поглинаючу рідину, де рівномірно розподіляється і поглинається (Фіг.2а, б). Після закінчення процесу опромінювання шприц 4, чи інша ємність виймається з пристрою. Отже, в процесі опромінення біологічна рідина не зазнає контакту з зовнішнім середовищем, чи іншими (окрім ємності) елементами пристрою. Експериментально встановлюються частоти та час експозиції, а рівень густини опромінення встанов 90704 6 люється вихідним атенюатором генератора в відповідності до умов експерименту чи лікувальної процедури, виходячи з теоретичного розрахунку. Запропонований пристрій для опромінювання біологічних рідин було виготовлено і випробувано на хвилі =7,1мм. Діаметр резонатора дорівнював d=35мм, діаметр шприца D=22,5мм, діаметр поглинаючої рідини Dp=21мм (внутрішній діаметр одноразового шприца на 20мл рідини). Висота циліндричного резонатора h=78мм, щілина збудження 0,1×7,2мм з плавним переходом на стандартний хвилевод 7,2×3,4мм. Немає принципових ускладнень для розрахунку, виготовлення і роботи пристрою в інших біологічно-важливих діапазонах мм хвиль та з ємностями для біологічних рідин іншого діаметру і місткості. Пристрій для опромінювання біологічних рідин електромагнітними хвилями було використано в медико-біологічних дослідженнях крові людини при дії на кров випромінюванням з довжиною хвилі 7,1мм. Немає принципових обмежень для використання цього пристрою в дослідженнях дії електромагнітних хвиль іншої довжини на інші поглинаючі рідини. 7 90704 8 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 90704 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