Пристрій магнітоіндукційної терапії, спосіб з використанням такого пристрою та випромінювач уніполярних імпульсів

1. Пристрій магнітоіндукційної терапії, що містить коливальний контур, що включає в себе конденсатор і випромінювач уніполярних імпульсів магнітного поля, що має обмотку, блок живлення, накопичувальний конденсатор, включений паралельно конденсаторові контуру, а також перший і другий керовані ключі і перший і другий діоди, який відрізняється тим, що випромінювач оснащений осердям, яке виконане з магнітом'якого композиційного матеріалу. 2. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що позитивний вивід конденсатора контуру з'єднаний з першим виводом обмотки випромінювача через перший ключ і з другим виводом випромінювача через перший діод, а негативний вивід конденсатора контуру з'єднаний із другим виводом випромінювача через другий ключ, із першим виводом випромінювача - через другий діод, причому перший і другий діоди включені в замикаючому напрямку. 3. Пристрій за пп.1, 2, який відрізняється тим, що керовані ключі виконані у вигляді високочастотних транзисторів з низьким вихідним опором, причому керуючі електроди транзисторів є входами пристрою для подачі керуючих сигналів. 4. Пристрій за п.3, який відрізняється тим, що транзистори є IJBT-транзисторами. 5. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що позитивні виводи накопичувального конденсатора і конденсатора контур у зв'язані через високочас 2 (19) 1 3 78051 Винахід стосується медичного устаткування, зокрема апаратури для імпульсної магнітної стимуляції різних органів і систем людини. Стимуляція імпульсним магнітним полем центральної і периферичної нервових систем, різних внутрішні х органів полягає, насамперед, в оптимізації процесу створення індукованого електричного поля в заданому місці, по величині достатнього для активації тих або інших процесів. Процес оптимізації впливу містить у собі, як наслідок, визначення форми і тривалості імпульсу магнітного поля, частоти проходження імпульсів і розподілу магнітного поля поблизу випромінювача. Ці питання магнітної стимуляції досліджені в ряді робіт {Alexander et all. Treatment of Urinary Incontinence by Electric Pessary. British J.of Urology(1980), 42,184-190 [1]; Mouchawar, Close-Chest Cardiac Stimulation with Pulse Magnetic Field, Medical and Biological Engineering and Computer Mar. (1992), 162-169 [2]; Yunokuchi et al. Developing More Focal Magnetic Stimulator. J. Of Clinical Neurophysiology (1991), 8, 102-111 [3]; Cohen et al. Effect of Coil Design on Delivery of Focal Magnetic Stimulation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. (1990),75, 350-357 [4]; Mills et al. Magnetic Brain Stimulation with a double coils. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. (1992), 85, 17-21 [5]} і в деяких з них запропонований ряд рішень {Cadwell et.al. Method and Apparatus for Magnetically Stimulation Neurons. Patent US:4940453 [6]; Konotchick et al. Magnetic Stimulation Device. Patent US:5267938 [7]; Gluck et al. (Method of and Apparatus for Magnetically Stimulation of Neural Cells. Patent US:5738625 [8]; Abrams et al. Medical Magnetoictal Therapy. Patent US:5813970 [9]; Edrich et al. Method and Apparati s for Focused Neuromagnetic Stimulation and Detection. Patent US: 6066084 [10]; Davey.еt al. Magnetic Nerve Stimulation for Exiting Peripheral Nerves. Patent Patent US: 9725471 [11]; Eaton et al. Magnetic Nerve Stimulator. Patent US: 5066272 [12]; Lin et al. Treatment of Excretory Problems. Patent US: 306078 [13]; Abrams et al. Prevention of Seizurе Arising from Medical Magnetoictal non-Convulsive Stimulation Therapy. Patent US: 6117066 [14]; Poison et al. Magnetic Stimulator for Neuro- muscular Tissue. Patent US: 5766124 [15]; Eppstein et al. Transcranial Brain Stimulation. Patent US: 6132361 [16]}. Аналіз наведених робіт показав усю неоднозначність і суперечливість рішень вищевказаних проблем магнітної стимуляції. Одне з основних питань магнітної стимуляції це оптимізація розподілу магнітного поля поблизу випромінювача, у тому числі орієнтація вектора магнітної індукції по відношенню до поверхні, що опромінюється. При розгляді цього питання можна виділити два основних типи впливу, таких як двополюсне й однополюсне. У випадку двополюсного опромінення, напрямок вектора магнітної індукції ВІІ буде паралельно поверхні впливу. У цьому випадку циркуляція вектора напруженості електричного поля Ε нормальна поверхні, що опромінюється: rot Ε= -dB/dt 4 Індуковане циркулярне електричне поле приводить до виникнення електричного струму, величина якого залежить від сумарного (ρ) питомого опору внутрішні х шарів і шкіряного покриву ρ=ρп+ρв де ρп - питомий опір шкіряного покриву, ρв питомий опір внутрішніх шарів. Оскільки питомий опір шкіри істотно вище опору внутрішні х шарів ρп>>ρв то величина індукованого струму у випадку двополюсного опромінення буде мінімальна. Цього недоліку позбавлений метод однополюсного опромінення, при якому напрямок вектора магнітної індукції В^ поверхні, що нормально опромінюється. Останнє визначає напрямок циркуляції вектора напруженості електричного поля паралельно поверхні безпосередньо в м'яких тканинах, що характеризуються низьким питомим опором. У результаті величина індукованого струму при однополюсному впливі істотно вище, ніж при двополюсному опроміненні. Як випливає зі сказаного, ефективність однополюсного методу впливу імпульсним магнітним полем буде істотно вище, ніж при двополюсному опроміненні. У зв'язку з цим магнітна стимуляція при двополюсній схемі опромінення, наведеної в [11] і в ряді інших робіт, представляється менш ефективною в порівнянні з однополюсною. Більш висока ефективність однополюсного методу впливу імпульсним магнітним полем визначає конструктивні параметри джерела імпульсного магнітного поля. Важливим для магнітної стимуляції є оптимізація імпульсу магнітного поля - його форми, амплітуди і тривалості. У [12] показані форми імпульсів магнітного поля, що найбільш частіше зустрічаються і схеми для їхнього одержання. Імпульс магнітного поля, за формою близький до трикутного, виникає при розряді конденсаторної батареї С при замиканні ключа S на індуктивність L. Фронт наростання імпульсу магнітного поля, у даному випадку ti=100мксек, визначається параметрами схеми індуктивністю L, ємністю С і опором R. Після розряду конденсатора С при зменшенні струму в індуктивності і зменшенні поля енергія останнього виділяється у вигляді тепла на опорі R. Подібна схема вельми неефективна, тому що вся енергія, що підводиться для створення магнітного поля згодом трансформується в теплову енергію. Імпульс магнітного поля, за формою близький до половини синусоїди, утворюється при розряді конденсатора С1 на індуктивність L при замиканні ключа S1 і наступному скиданні енергії магнітного поля на конденсатор С2 при замиканні ключа S2. При цьому сумарна тривалість імпульсу магнітного поля для вибраних параметрів схеми, як це видно з малюнка, складає ti=350мксек при симетричних часу наростання і спаду імпульсу. Важливою відмінністю розглянутих вище схем є розходження у формах індукованого імпульсу напруги електричного поля. У першому випадку в силу істотного розходження часу наростання і 5 78051 6 спаду імпульсу індукований імпульс практично ції і визначає ефективність магнітної стимуляції однополярний. На відміну від цього, у др угому вивеличину індукованого потенціалу електричного падку форма індукованого сигналу близька до сиполя. Природно, що підвищення швидкості нароснусоїдальної. тання магнітної індукції дозволить для досягн0ння Як випливає з аналізу робіт з магнітної стимутих же значень індукованої напруги знизити макляції, обидві форми імпульсу магнітного поля масимально досяжну індукцію магнітного поля, а отють приблизно однакове використання. же, і споживану енергію. Одним з важливих питань ефективності вплиВказані значення швидкості наростання магніву є тривалість імпульсу магнітного поля - триватної індукції для котушок з магнітним сердечником, лість фронту наростання і спаду. У [12], тривалість так і без нього є практично гранично досяжними, імпульсу магнітного поля складає величину оскільки збільшення значення магнітного поля tі=350мксек. На відміну від цього, в одній з останніх вимагає істотного збільшення ємнісної системи робіт [13] рекомендована тривалість імпульсу магпараметрів L, С, R розрядного контуру і, як наслінітного поля, за формою близького до трикутного, док, зниження швидкості наростання магнітної складає tі=0,4сек. Приблизно така ж тривалість індукції. імпульсу магнітного поля напівсинусоїдальної фоУсе це в остаточному підсумку приводить до рми прийнята в [14]. того, що, незважаючи на всю перспективність меЯк показали дослідження впливу тривалості тоду магнітної стимуляції, пристрої для магнітної імпульсу магнітного поля на процес стимуляції стимуляції в силу їхньої високої вартості, громіздцентральної і периферичної нервових систем кості і низкою надійності знайшли досить обмежеефективність останнього зростає з ростом триване застосування. лості імпульсу. У цьому зв'язку в окремих пристроНайбільш близький аналог випромінювача уніях магнітної стимуляції для підвищення ефективполярних імпульсів магнітного поля описаний у ності приймається паралельне включення [10] і має хоча б дві спіральні обмотки, торець оддекількох розрядних ланцюжків [15]. нієї з яких призначений для розміщення на тілі При розробці пристроїв магнітної стимуляції пацієнта. величина тривалості імпульсу магнітного поля Вирішення проблеми широкого застосування визначає споживану енергію. При тривалості імпуметодів магнітної стимуляції і створення відносно льсу ti=350мксек [12], величині імпульсного струму недорого високо надійного пристрою магнітної Іі=3000А , напрузі на конденсаторі U=1500В при стимуляції лежить, насамперед, у збільшенні розряді на котушк у індуктивності без сердечника швидкості наростання магнітної індукції до значень величина енергії для створення імпульсу магнітноΔΒ/Δt=105Т/сек. Останнє дозволить істотно знизиго поля складе ти споживану потужність пристроїв магнітної стиΕ=U-li-ti=1,5кДж муляції, збільшити частоту повторення імпульсів Подібна накопичувальна високо енергетична аж до 1-2кГц при тривалості ефективного імпульсу установка має велику вагу і високі вартісні показвпливу до ti=1сек і більше, тобто частоті модуляції ники при її відносно невисокій надійності. порядку 30 серій імпульсів у хвилин у. Найбільш близьким аналогом пристрою і споПоставлена задача у пристрої магнітоіндукційсобу що заявляються, є пристрій і спосіб, описані в ної терапії, що містить коливальний контур, що [9]. Даний пристрій магнітоіндукційної терапії місвключає в себе конденсатор і однополярний витить коливальний контур, що включає в себе конпромінювач уніполярних імпульсів магнітного поля, денсатор і однополярний випромінювач уніполярщо має обмотку, блок живлення, накопичувальний них імпульсів магнітного поля, що має обмотку, конденсатор, включений паралельно конденсатоблок живлення, накопичувальний конденсатор, рові контуру, а також перший другий керовані клювключений паралельно конденсаторові контуру, а чі і перший та другий діоди, вирішується тим, що також перший і другий керовані ключі і перший та зазначений випромінювач оснащений сердечнидругий діоди. Спосіб магнітоіндукційної терапії, ком, що виконаний з магнітно-м'я кого композиційполягає у впливі описаним пристроєм шляхом ного матеріалу. розміщення торця обмотки випромінювача на неПозитивний вивід конденсатора контур у з'єдобхідній ділянці голови пацієнта і формування унінаний з першим виводом обмотки випромінювача полярних імпульсів магнітного поля. При реалізації через перший ключ і з другим виводом випромінюданого способу випромінювач розміщають у посувача - через перший діод, а негативний вивід кондині Дьюара для додання його обмотці властивосденсатора контуру з'єднаний із зазначеним другим тей надпровідності. Складність такої конструкції не виводом випромінювача через другий ключ, із завикликає сумнівів. значеним першим виводом випромінювача - через Деяке поліпшення цих показників удається додругий діод, причому зазначені перший і другий сягти при виготовленні джерел магнітного поля діоди включені в замикаючому напрямку. використовуючи високо індуктивні магнітні матеріЗазначені керовані ключі виконані у вигляді али, наприклад ванадієвий пермендюр [16]. Однак, високочастотних транзисторів з низьким вихідним у цьому випадку, швидкість наростання магнітного опором, причому керуючі електроди транзисторів є поля в силу втрат на вихрові струми не може бути входами пристрої для подачі керуючих сигналів. високою і складає величину 20-30Т/сек. При розЗазначені транзистори є IJBT - транзисторами. ряді конденсаторної системи на котушку без магніПозитивні виводи накопичувального конденсатного сердечника ця величина істотно вище і тора і конденсатора контуру зв'язані через високоскладає - 2000-3000Т/сек. частотний дросель, а негативні - безпосередньо. Власне, швидкість наростання магнітної індукПристрій оснащений першими і другим регу 7 78051 8 люючими елементами, включеними послідовно з випромінювача 2 через перший ключ 5 і з другим відповідним діодом. виводом випромінювача 2 - через перший діод 6. У способі магнітоіндукційної терапії, що поляНегативний вивід конденсатора 1 контуру з'єднагає у впливі пристроєм магнітоіндукційної терапії, ний із зазначеним другим виводом випромінювача що містить коливальний контур, що включає в се2 через другий ключ 7 і з зазначеним першим вибе крнденсатор і однополярний випромінювач уніводом випромінювача 2 - через другий діод 8. Пеполярних імпульсів магнітного поля, що має обморший 6 і другий 8 діоди включені в замикаючому тку, блок живлення, накопичувальний напрямку. Позитивні виводи конденсаторів 1 і 4 конденсатор, включений паралельно конденсатозв'язані через високочастотний дросель 9. Керуючі рові контуру, а також перший і другий керовані електроди цих транзисторів є входами пристрою ключі та перший і другий діоди, шляхом розміщендля подачі керуючих сигналів. У даному конкретня торця обмотки випромінювача на необхідній ному прикладі вони з'єднані і на ключі 5 і 7 подаділянці тіла пацієнта і формування уніполярних ються однакові керуючі сигнали. Послідовно з діоімпульсів магнітного поля, поставлена задача видами 6 і 8 включені перший 10 і другий 11 рішується тим, що зазначений випромінювач викорегулюючі елементи. нують із сердечником, що виготовлений з магнітСпосіб, що заявляється, реалізують у такий но-м'якого композицій чого матеріалу. спосіб. Імпульси магнітного поля формують близькиВипромінювач 2 магнітного поля розміщають ми до трикутних. на ділянці тіла пацієнта, обумовленій захворюванТривалість спаду імпульсів магнітного поля ням. Це може бути голова, кінцівка або інша часрегулюють від 5.10-5 до 10-3 секунд. тина тіла. Формують пачки імпульсів магнітного поля. Від блоку 3 живлення подається напруга на Пачки імпульсів магнітного поля формують з конденсатор 1 до моменту його повного заряду. частотою імпульсів у пачці від 100 до 1000Гц. При одночасній подачі імпульсного сигналу на Частоту пачок імпульсів магнітного поля форкеруючі електроди транзисторів - ключів 5 ι 7 у мують у межах від 20 до 60 пачок у хвилину. випромінювачі 2 створюють імпульс магнітного У випромінювачі уніполярних імпульсів магнітполя, показаний на Фіг.3. ного поля, що має хоча б дві спіральні обмотки, При зниженні величини магнітного поля після торець однієї з яких призначений для розміщення закриття зазначених транзисторів, формують спад на тілі пацієнта, поставлена задача вирішується зазначеного імпульсу магнітного поля. За допомотим, що він оснащений сердечником з магнітногою першого 10 і другого 11 регулюючих елементів м'якого композиційного матеріалу. тривалість спаду зазначеного імпульсу магнітного Сердечник випромінювача виконаний у вигляді поля може бути установлена від 5.10-5 до 10-3 сепорожнього циліндра, зовнішню поверхню якого кунд. охоплює одна із зазначених спіральних обмоток, а Індуковану напругу зворотного знака у випроіншу спіральну обмотку, включену з устрічно, охопмінювачі 2 інвертують за допомогою діодів 6 і 8 і лює внутрішня поверхня сердечника. повертають енергію в конденсатор 1 контуру. Висота h і зовнішній діаметр de сердечника Одночасно з цим відбувається поповнення акобрані зі співвідношення тивних втрат у контурі підживленням енергії через h/4