Пристрій для світлотерапії

Реферат: Пристрій для світлотерапії містить послідовно з'єднані імпульсний генератор, атенюатор і лазерний випромінювач, а також приймач дози опромінення та індикатор. В нього введені також рефлекторний відбивач з фокусною відстанню R , в який вмонтовані лазерний випромінювач та фотодіод під кутами 1   2 до центру рефлекторного відбивача, мікроконтролер та АЦП. При цьому вихід фотодіода під'єднаний до входу приймача доз опромінення, виконаного у вигляді послідовно з'єднаних підсилювача, квадратичного детектора, селективного підсилювача частоти модуляції, синхронного детектора та фільтра нижніх частот. Вихід синхронного детектора через АЦП сполучений із входом мікроконтролера, на вихід якого підключений індикатор, окрім того, вихід імпульсного генератора під'єднано також до другого входу синхронного детектора. UA 91337 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ СВІТЛОТЕРАПІЇ UA 91337 U UA 91337 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фізіотерапевтичної техніки і може бути використана для світлотерапії людини шляхом опромінення біологічно активних точок або зон (БАТ, БАЗ), а також для обробки окремих фракцій людського організму, наприклад фотофорезу крові. Відомо використання світлотерапії (надалі лазерної терапії) у вигляді низькоінтенсивного лазерного випромінювання різного діапазону хвиль - інфрачервоного, видимого та ультрафіолетового в таких областях медицини - ортопедії і травматології, дерматології, урології, офтальмології, стоматології та інших [Лазеры в клинической медицине / под. ред. С.Д.Плетнева, Μ.: Медицина, 1981,400с.]. Важливим в технологіях лазеротерапії є вибір частоти випромінювання, частоти модуляції та інтенсивності впливаючого сигналу. Зазвичай частота несучого сигналу визначається типом джерела (лазера), а частота модуляції може змінюватись в широких межах від одиниць Гц до одиниць кГц. Інтенсивність випромінювання низькоенергетичних лазерних випромінювань 2 (НЕЛВ), що застосовуються з лікувального метою складає в межах 1-30 мВт/см [Кореневский ПА., Попечителев Е.П., Филист С.А. / Приборы и технические средства для терапии Часть 1, Курск.: 2005, с. 167-168]. Ефективність лікування залежить не стільки від інтенсивності джерела випромінювання скільки від поглинутої дози, яка пропорційна прояву біологічного ефекту. В той же час практично відсутні терапевтичні прилади, що забезпечують вимірювання поглинутої дози лазерного випромінювання. В основному вимірюється доза енергії падаючого сигналу для захисту пацієнта від шкідливого впливу (наприклад, опіку) лазерного випромінювання. Відома, наприклад, схема пристрою для лазеротерапії БАТ "Эллада 7" у складі генератора модулюючої частоти, модулятора та інфрачервоного випромінювача (лазера) [Кореневский Н.А., Попечителев Е.П., Филист С.А. / Приборы и технические средства для терапии Часть 1, Курск.: 2005, с. 199-201]. До недоліків пристрою слід віднести те, що індикація інфрачервоного випромінення проводиться просто світлодіодом без вимірювання інтенсивності. Відомий також портативний пристрій для лазеротерапії БАТ низькоенергетичним сигналом "Орион" (описаний там же), який має в своєму складі послідовно з'єднані імпульсний генератор, атенюатор та лазерний випромінювач, а також окремо вмонтований фотоприймач. Вимірювання та встановлення інтенсивності на виході лазера проводиться шляхом під'єднання випромінювача до входу фотоприймача до початку лікувальної процедури. Енергія світлового потоку пропорційно перетворюється в теплоту і відображається на індикаторі пристрою. Аналогічним чином проводиться вимірювання дози опромінення в пристроях "Мустанг" та "МИЛТА-Ф-01" (Росія). Недоліком подібних пристроїв є неможливість визначення поглинутої дози при опроміненні пацієнта, а відповідно і відсутність прогнозування, що зменшує ефективність лазеротерапії, оскільки вимірювання передує опроміненню і фіксується тільки вихідний параметр лазера. В роботі [Терещенко Μ.Φ., Максимчук IB., Мамедов Л.Α.,: Якубовський С.П. Контроль дози лазерного опромінення біологічних тканин температурним методом / Вісник НТУУ "КПІ", Приладобудування, №45, 2013, с.175-180] описаний пристрій у складі послідовного з'єднання імпульсного генератора, атенюатора та лазерного випромінювача, а також приймача дози опромінення у складі датчика температури, який розміщений в зоні опромінення і індикатора. Контроль інтенсивності проводити шляхом вимірювання температури ділянки пацієнта, яка опромінюється, що забезпечує можливість усунення опіку та збільшує надійність безпечного проведення процедури і зменшує імовірність опіку шкіри пацієнта. До недоліків цього пристрою слід віднести неможливість прямої оцінки інтенсивності поглинутої дози і відповідно оцінки біологічного ефекту та низька точність вимірювання за рахунок подвійного перетворення інтенсивності світлового потоку, спочатку в тепло, а потім в напругу. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий пристрій для світлотерапії, в якому б шляхом введення нових елементів і зв'язків забезпечувався б контроль безпосередньої дози поглинутої енергії лазерного випромінювання та збільшення точності його вимірювання. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для світлотерапії, який містить послідовно з'єднані імпульсний генератор, атенюатор і лазерний випромінювач, а також приймач дози опромінення та індикатор, згідно корисної моделі в нього введені рефлекторний відбивач з фокусною відстанню R , в який вмонтовані лазерний випромінювач та фото діод під кутами 1   2 до центру рефлекторного відбивача, мікроконтролер та АЦП, причому вихід фотодіода під'єднаний до входу приймача доз опромінення, виконаного у вигляді послідовно з'єднаних підсилювача, квадратичного детектора, селективного підсилювача частоти модуляції, синхронного детектора та фільтра нижніх частот, вихід якого через АЦП сполучений із входом мікроконтролера, на вихід якого підключений індикатор, окрім того вихід імпульсного генератора під'єднано також до другого входу синхронного детектора. 1 UA 91337 U 5 10 15 В результаті забезпечується контроль дози поглинутої енергії, збільшується точність її вимірювання та визначення оптимального значення параметра світлового потоку - інтенсивності опромінення. На кресленні представлена функціональна схема пристрою. Пристрій містить послідовно з'єднані лазерний випромінювач 1, атенюатор 2, імпульсний генератор 3, рефлекторний відбивач 4, вимірювальний фотодіод 5, приймач дози опромінення у складі послідовно з'єднаних підсилювача 6, детектора 7, селективного смугового підсилювача частоти модуляції 8, синхронного детектора 9 та фільтра нижніх частот 10, вихід синхронного детектора під'єднаний також через аналого-цифровий перетворювач 11 до входу мікропроцесора 12, вихід якого підключено до входу індикатора 13. Окрім того, вихід імпульсного генератора 3 підключений також до другого входу синхронного детектора 9. Пристрій для світлотерапії працює наступним чином. Спочатку на першому етапі проводиться калібрування пристрою, для чого в точку А (фокус рефлектора) установлюється дзеркало. На вхід фотодіода надходить сигнал і баланс інтенсивностей можна записати у вигляді Ф1  Ф2  Ф3 , (1) де Ф1 - падаюча потужність світлового потоку; Ф 2 - прийнята (відбита) потужність фотодіода; 20 Ф 3 - потужність розсіювання, на шляху лазерний випромінювач-дзеркало-фотодіод, яка може бути нам невідомою. При подачі на фотодіод сигналу потужністю Ф 2 в ланцюзі фотодіод-навантаження протікає фотострум І] який тотожний інтенсивності світлового потоку I1  Ф2 , (2) 25 Під дією імпульсів генератора 3 сигнал періодично (раз за період) подається на фотодіод. На узгоджувальному навантаженні R н в періоді проходження сигналу формується напруга U1  I1Rн , 30 (3) На другому півперіоді, коли не проходить сигнал напруга відсутня U2  0 , (4) Напруга (3) та (4) надходить на вхід підсилювача 6, в результаті чого на його виході за період комутації отримуємо напруги 35 U3  K1(I1Rн  Uш )  К1(U1  Uш ) , U4  K1Uш , 40 45 (5) (6) де К 1 - коефіцієнт передачі підсилювача 6; Uш - напруга шумів вимірювального каскаду, приведена до входу підсилювача 6. Напруги (5) та (6) подаються на амплітудний детектор 7. Подача сигналів на фотодіод регулюється прямокутними імпульсами генератора 3, а тому на виході амплітудного детектора 7 за період комутації буде присутня змінна складова частоти комутації  та напруга шумів вимірювального каналу. В результаті безперервної роботи генератора 3 селективним підсилювачем 8 виділяється змінна компонента, обвідна якої має вигляд U5  K 1K 2 S1 (U3  U 4 ) sign sin t , 2 (7) де sign sin t - обвідна знака періодичного процесу; 2 UA 91337 U S1 - крутизна перетворення амплітудного детектора 7; K 2 - коефіцієнт підсилення селективного підсилювача 8. Напруга (7) подається на синхронний детектор 9 і на його виході фільтром нижніх частот 10 виділяється постійна складова пропорційна інтенсивності світлового потоку. 5 U 6  K 1K 2K 3 S1S 2 (U3  U 4 )  Ф1 , 2 (8) де K 3 - коефіцієнт передачі фільтра нижніх частот; S 2 - крутизна перетворення синхронного детектора. З урахуванням рівнянь (5) та (6) отримуємо 10 U6  K 1K 2K 3 S1S 2 (U1  Uш  Uш ) , 2 (9) або K K K SS I Ф 2  S 0 1 R н , де S 0  1 2 3 1 2 , (10) 2 2 15 На виході приймача, як видно із (10), отримуємо постійну напругу пропорційну падаючій потужності лазера Ф1 , яка перетворюється АЦП в код N1 та фіксується МК 13, оскільки дзеркало є ідеальним відбивачем, власні шуми при цьому компенсуються. Другим етапом є вимірювання дози поглинання при опроміненні пацієнта. Ділянка шкіри (або БАТ) при цьому розміщується в фокусі рефлектора 4. На вхід фотодіода надходить сигнал і баланс інтенсивностей можна записати, як 20 Ф1  Ф '2  Ф 3  Ф 4 , (11) де Ф '2 - відбита потужність на фотодіод; Ф 3 - потужність розсіяна, на шляху-лазерний випромінювач-дзеркало-фотодіод; 25 Ф 4 - поглинута потужність шкірою. На виході канала вимірювального приймача формується напруга, яка перетворюється в код N2 та фіксується МК 13. Оскільки падаюча потужність Ф1 не змінюється, то можемо записати, враховуючи (1) та (11) Ф 2  Ф 3  Ф '2  Ф 3  Ф 4 , 30 (12) Звідки поглинута потужність може бути представлена у вигляді Ф 4  Ф 2  Ф 3  Ф '2  Ф 3  Ф 2  Ф '2 , (13) або як різниця кодів двох операцій - калібрування та вимірювання Ф 4  N1  N2 , (14) 35 40 В результаті на екрані дисплея висвічується значення інтенсивності, яка поглинається опроміненою ділянкою шкіри. Із (13) та (14) видно, що потужність, яка поглинається БАТ пропорційна різниці інтенсивностей, отриманих при калібруванні та опроміненні ділянки шкіри. Розсіювана потужність, яка може складати 15-20 % від загальної інтенсивності падаючого світлового потоку, при цьому на результат вимірювання не впливає, що значно підвищує точність вимірювання дози лазерного опромінення. 3 UA 91337 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Пристрій для світлотерапії, який містить послідовно з'єднані імпульсний генератор, атенюатор і лазерний випромінювач, а також приймач дози опромінення та індикатор, який відрізняється тим, що у в нього введені рефлекторний відбивач з фокусною відстанню R , в який вмонтовані лазерний випромінювач та фотодіод під кутами 1   2 до центру рефлекторного відбивача, мікроконтролер та АЦП, причому вихід фотодіода під'єднаний до входу приймача доз опромінення, виконаного у вигляді послідовно з'єднаних підсилювача, квадратичного детектора, селективного підсилювача частоти модуляції, синхронного детектора та фільтра нижніх частот, вихід якого через АЦП сполучений із входом мікроконтролера, на вихід якого підключений індикатор, окрім того, вихід імпульсного генератора під'єднано також до другого входу синхронного детектора. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4