Пристрій для стимуляції та корекції функціонального стану біологічного об’єкта

Реферат: Пристрій для стимуляції та корекції функціонального стану біологічного об'єкта містить модулятор, антенний тракт, фазообертач і випромінювач, блок керування фазообертачами, блок задання режимів робіт, датчик фізіологічного стану вибраної структури біологічного об'єкта. Пристрій додатково оснащений блоком датчиків первинних сигналів організму. UA 71148 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ СТИМУЛЯЦІЇ ТА КОРЕКЦІЇ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО СТАНУ БІОЛОГІЧНОГО ОБ'ЄКТА UA 71148 U UA 71148 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пропонована корисна модель належить до засобів електромагнітного впливу на біологічні об'єкти або їхні елементи, складові. Електромагнітні поля низької інтенсивності, тобто їх рівень нижче порога виділення теплоти - 0,1Вт/см, забезпечують такі процеси, що навіть у результаті тривалого впливу на живий організм не відбуваються які-небудь зміни, пов'язані саме з нагрівом біоструктур зовнішнім електромагнітним НВЧ полем. Однак, тим не менш, при цьому мікрохвилі викликають у тканинах просторову орієнтацію дипольних молекул води й іонів відповідно до напрямку силових ліній поля. Найбільше поглинають мікрохвилі тканини з більшим вмістом води (кров, лімфа, паренхомоторні органи, м'язи й т. п.). При використанні в мікрохвильовій терапії 2 мікрохвиль нижче порога виділення теплоти 0,01 Вт/см у механізмі біологічної дії домінують деякі зміни біохімічного стану клітин, ступеня дисперсності колоїдних структур, осмотичного тиску, поверхневої напруги. Зміна коагуляційних особливостей крові та процесів мікроциркуляцїї тісно пов'язані зі станом серцево-судинної системи. Зокрема, сантиметрова терапія активізує центри парасимпатичної нервової системи, що приводить до зниження артеріального тиску, підвищення скоротності міокарда. У кожному конкретному випадку важливо підібрати той вид електромагнітного впливу, його частоту, вид спектра, інтенсивність, що найбільше ефективно підходив би для стимуляції та корекції об'єкта, що перебуває в конкретному вихідному стані, й дозволив би перевести об'єкт у заздалегідь заданий інший функціональний стан. Однак існуючі пристрої багато в чому не можуть вирішувати такого класу завдання. Характерними є пристрої для стимуляції та корекції функціонального стану біологічного об'єкта, що містять модулятор, генератор НВЧ і антенний тракт із випромінювачем. Дані пристрої дозволяють із досить постійними параметрами впливати на об'єкт, що практично завжди недостатньо ефективно, оскільки режим роботи подібних пристроїв не адаптується до конкретного вихідного стану організму [1]. Відомий пристрій для стимуляції та корекції функціонального стану організму, у якому модулятор з генератором НВЧ поєднані з випромінювачем за допомогою спрямованого відгалужувача та фазообертачів. Випромінювачі виконані у вигляді фазованої антенної решітки. Після відповідного зрушення фаз сигнал НВЧ надходить на випромінювачі та випромінюється до біологічного об'єкта. Недоліком пристрою є відсутність попереднього вибору параметрів сигналу та виду поля, щоб прийняти рішення про їхню ефективність, оскільки у пристрої, щоб вирішити питання ефективності застосовується метод випадкового вибору частоти сигналу [2]. Найбільш близьким до заявленого є пристрій для стимуляції та корекції функціонального стану біологічного об'єкта, у якому модулятор з генератором НВЧ поєднані з випромінювачами за допомогою спрямованого відгалужувача та фазообертачів. Випромінювачі виконані у вигляді фазованої антенної решітки [3]. Сформована в генераторі НВЧ енергія у вигляді промодульованого модулятором сигналу надходить на вхід спрямованого відгалужувача, у якому розподіляється на N-входи фазообертачів. Після відповідного зрушення фаз сигнал НВЧ надходить на випромінювачі та випромінюється до біооб'єкта. Параметри стану фазообертачів визначаються командами від блока керування фазообертачами, на який надходять команди управління від блока задання режимів роботи, який одночасно пов'язаний зі входом управління модулятором. Датчик фізіологічного стану біооб'єкта відзначає відхилення від нормального стану параметрів організму та у вигляді сигналу дозволу надходить на вхід блока задання режимів роботи. При цьому є можливість у діапазоні від 7ГГц до 12ГГц вибирати форму спектра модулятора, змінювати за заданим законом модуляцію НВЧ коливань і конфігурацію поля від системи випромінювачів, управляючи фазообертачами для одержання випадкового виду поля на виході випромінювачів. За допомогою датчика фізіологічного стану відслідковуються параметри вибраної для впливу біоструктури організму і при сприятливому характері одного із режимів спрацьовує блок порівняння, який виробляє сигнал керування на блок задання режимів роботи для продовження впливу на вибрану структуру біооб'єкта у знайденому та зафіксованому режимі опромінення. Недоліком пристрою є відсутність оцінки результатів терапевтичного впливу на вибрану структуру організму і автоматичного режиму прийняття рішення про закінчення сеансу впливу в разі позитивності досягнутих результатів у зафіксованому режимі опромінення. Крім того, не контролюється можлива несприятлива дія вибраного режиму опромінення на сусідні біоструктури і на весь організм в цілому. В основу корисної моделі поставлена задача - вдосконалити пристрій стимуляції та корекції функціонального стану організмів за рахунок режиму автоматичного прийняття рішення про закінчення сеансу опромінення в разі досягнення заданих позитивних результатів, або при 1 UA 71148 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 можливих негативних наслідках для інших біоструктур та всього організму в цілому всіх режимів опромінення, що забезпечить можливість керування безпечністю процесу. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для стимуляції та корекції функціонального стану біооб'єкта, який містить модулятор, підключений до генератора НВЧ, антенний тракт виконаний у вигляді спрямованого відгалужувача з N виходами, з кожним з яких зв'язані відповідні послідовно включені фазообертач і випромінювач, блок керування фазообертачами, виходи якого підключені до установчих входів фазообертачів, блок задання режимів робіт, відповідний вихід якого пов'язаний із входом модулятора та блока керування фазообертачами, випромінювачі розташовані з можливістю створення фазованої антенної решітки, датчик фізіологічного стану вибраної структури біооб'єкта, вихід якого підключений до першого входу блока порівняння, другий вхід блока порівняння пов'язаний з виходом блока підпірної напруги, а його вихід підключений до першого входу управління блока задання режимів робіт, відрізняється тим, що він оснащений блоком датчиків первинних сигналів організму, шиною пов'язаний з блоком автоматичної обробки даних, вихід якого пов'язаний з другим входом управління блока задання режимів робіт. Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображена структурна схема пристрою для стимуляції та корекції функціонального стану біологічного об'єкта, яка включає модулятор 1, підключений до генератора 2 надвисокої частоти, спрямований відгалужувач 3 НВЧ енергії з N виходами, з кожним з яких зв'язані відповідні послідовно включені фазообертач 4 і випромінювач 5, блок 6 керування фазообертачами, виходи якого підключені до відповідних настановних входів фазообертачів 4, блок 7 задання режимів роботи, відповідний вихід якого пов'язаний із входом модулятора 1 та блока 6 керування фазообертачами, випромінювачі 5 розташовані з можливістю створення фазованої антенної решітки, датчик 8 про фізіологічний стан вибраної для терапії структури біооб'єкта, вихід якого зв'язано з першим входом блока 9 порівняння, його другій вхід зв'язано з виходом блока 10 підпірної напруги, а вихід блока 9 порівняння зв'язано з першим входом управління блока 7 задання режимів роботи, блок датчиків 11 первинних сигналів організму своїми виходами зв'язаний з входом блока 12 обробки даних, а вихід блока 12 обробки даних зв'язаний з другим входом управління блока 7 задання режимів роботи. Робота даного пристрою відбувається в такий спосіб. Сформована в генераторі 2 НВЧ енергія у вигляді промодульованого модулятором 1 сигналу надходить на вхід спрямованого відгалужувача 3, у якому розподіляються на N-входи фазообертачів 4. Після відповідного зрушення фаз сигнал НВЧ надходить на випромінювачі 5 і випромінюється до біологічного об'єкта. Випромінювачі 5 розташовані з утворенням фазованої антенної решітки. При цьому щільність потоку енергії з випромінювачів 5 не перевищує 10 2 мВт/см при експозиції не більше 20 хв., що менш припустимого впливу на організм потоком до 2 100 мВт/см протягом години. У вихідному стані датчик фізіологічного стану біооб'єкта відзначає відхилення від нормального стану параметрів вибраної для терапії структури організму та у вигляді сигналу дозволу надходить на вхід блока 7 задання режимів роботи. При цьому є можливість у діапазоні від 7 ГГц до 12 ГГц вибирати форму спектра модулятором, змінювати за заданим законом модуляцію НВЧ коливань і конфігурацію поля від системи випромінювачів 5, управляючи фазообертачами 4 для одержання випадкового виду поля на виході випромінювачів 5. У міру зміни параметрів режиму опромінення за допомогою датчика стану 8 відслідковують стан вибраної структури організму під дією випадкового режиму опромінення. При сприятливому характері одного з режимів спрацьовує блок 9 порівняння та виробляє сигнал керування на блок 7 задання режимів роботи для продовження впливу на біооб'єкт у знайденому та зафіксованому режимі опромінення. Датчик фізіологічного стану вибраної для електромагнітного впливу структури організму використовує зміну електроактивності, тобто електричного шкірного опору (ЕШО) в біологічній активній точці (БАТ), що відповідає вибраному для опромінення сегмента організму. Виміри проводять за допомогою джерела живлення 1,5-3 В, при струмі короткого замикання - 20 мкА. Номінальне значення показників струму 5-6 мкА. Показники у верхній частині відповідають порушенню або подразненню автономної нервової системи. Низькі показники вказують на її виснаження. У такий спосіб ЕШО БАТ використовується для контролю стану вибраного сегмента і для оцінки ефективності проведеної стимуляції та корекції функціонального стану структури організму. Зміни значення струму оцінюється в блоці порівняння і за результатами виробляється команда на продовження опромінення сигналом найбільш сприятливому для даного стану організму до появи команди про досягнутий нейтральний рівень струму через БАТ. Одночасно з контролем фізіологічного стану вибраної 2 UA 71148 U 5 10 для терапії структури біооб'єкта провадять контроль стану організму в цілому за допомогою його первинних сигналів у відповідному блоці 11. Зокрема, біоелектричні сигнали, електроенцефалограма, електроміограма, електроретинограма, фізичні характеристики (температура тіла). В блоці 12 в базі даних (БД) створюється убудована модель біооб'єкта, що використовується в режимах формування параметрів діагностичних наборів і представляється в наступному вигляді: (1)  z  1...n : S z  S , де  z  1...n : S z  S - набір діагностики, z S - безліч параметрів, що складається з окремих розділів S , z - загальне число розділів (показники температури, показники кровоносної системи і т. п.). Розділ представляє сукупність підрозділів (систолічний тиск, діастолічний тиск і т. п.), для кожного з яких задається міра значимості:       z z z  z C1 z C2 z C  z S z   S1 , S1 ,... S1 C   0,1,   1...n , ;   z де  - число підрозділів у розділі S ; z C  - величина, що характеризує ступінь важливості при діагностиці фахівцем з дослідження 15 по підрозділу S z . v z z Якщо S1 , S 2 ,...,S z підмножини (не обов'язково непересічні) діагностичних задач одного v розділу, то запишемо:  z  1...n : S z  S z ; S z  S z1, S z 2 ,...S z , (2) v v vm v v  де 20 S z1, S z2 ,...S z v v vm v  - діагностичні завдання в підрозділі S z ; v m - число діагностичних завдань у підрозділі S z . v З огляду на вирази (1) і (2) записуємо повний набір параметрів, необхідних при діагностиці по заданому розділу:   z z z S z   S11, S12 ,...,S1m 1   , S z C1  S z C2 z z z , 21, S 22 ,...,S 2m2  Cz v z z z v1, S v 2 ,...,S vm m .   25 Повні набори діагностичних завдань для кожного з розділів формуються групою експертів і заносяться в базу даних. Для забезпечення ефективності процесу електромагнітної взаємодії й одержання адекватної оцінки діагностики в систему вводиться модель користувача, що представляється формально у вигляді об'єкта: 30 Cz   v S  D, a1,  p _ a1 , a 2 ,  p _ a 2 ,..., S z1, S z 2 ,...,S z , v v vm v   де ID - ідентифікатор, а1, а2, аi - імена полів, р_а1, р_а2, р_аi значення полів. Як імена полів виступають статичні характеристики користувача, а значення полів цифровані оцінки цих характеристик. У системі БД втримується набір функцій перетворення, що забезпечує формування безлічі вимог, пропонованих при діагностиці:   35 f   z z z  S z   S11, S12 ,...,S1m 1  p _ a  z i S   S z    , S z C1  S z C2 z z z , 21 , S 22 ,..., S 2m2  Cz v z z z v1, S v 2 ,..., S vm m .   Оцінка рівня досягнутих параметрів при електромагнітному впливі в межах одного розділу виконується відповідно до критерію: z  40 1 V v C mv  mv  mv v 1 v m1  S mv , де V - число підрозділів; Cv - показник значимості для підрозділу; mv - число завдань у підрозділі; Tmv - міра труднощів завдання; Smv - булева перемінна, дорівнює 1 у випадку досягнення позитивного ефекту при електромагнітному впливі і 0 - у протилежному випадку. 3 UA 71148 U Умовою успішного проведення сеансу електромагнітного впливу є виконання наступної нерівності: z min   z , 5 10 15 20 25 30 35 40 z де  min - задане в режимі формування вимог мінімально припустиме значення критерію успішної оцінки стану параметрів для даного розділу. Тобто стан організму в цілому не повинен перевищувати попередньо заданих параметрів. В протилежному випадку вважається, що сеанс електромагнітного впливу шкодить організму в цілому. В результаті виробляється сигнал на другий вхід управління блока 7 режимів роботи і пристрій виключається. Це захищає біооб'єкти від несприятливих режимів електромагнітної терапії. Контроль стану пацієнтів в динаміці та ефективність лікування, що провадилось, виконувались з використанням комплексу показників (див. табл.), які характеризують загальний стан серцево-судинної системи, центральну кардіо- і гемодинаміку, периферичний кровообіг. З цією метою було задіяне аналіз фазової структури серцевого ритму. Крім цього визначався ряд похідних показників на основі циклу між зубцями Q двох сусідніх шлуночкових комплексів електрокардіограми. Для оцінки брались наступні показники: довжина загальної систоли (S0), довжина механічної систоли (Sm), період вигнання (Е), фаза синхронного скорочення (АС), фаза ізоволюмічного скорочення (1С), хвилинний обсяг крові (ХОК), загальний периферичний опір (ЗПО), систолічний обсяг крові, період напруги (Т). Похідні показники: внутрішній цикловий показник вигнання (ВЦПВ) - відношення періоду . вигнання до довжини серцевого циклу в відсотках (ВЦ11B=E/R 100 %), початкова швидкість . підвищення внутрішнього шлуночкового тиску (Vi або ШПВТ)-(Рd-5) IС, де Pd- діастолічний тиск в мм рт. ст., 5 - умовна величина діастолічного тиску в лівому шлуночку в мм рт.ст., внутрішньо систолічний показник (ВСП) - відношення довжини періоду вигнання до довжини механічної . систоли - (Е/Sm 100 %), індекс напруги міокарда (ІНМ) в відсотках - відношення довжини періоду . напруги (Т) до довжини механічної систоли (Т/Sm 100 %), механічний коефіцієнт Блюмбергера (МК) - відношення довжини періоду вигнання (Е) до довжини періоду напруги(Т)-(Е/Т), який займає фазу від початку електричної активації шлуночків до початку вигнання крові із лівого шлуночка, середня швидкість вигнання крові (V1) - відношення систолічного обсягу крові (СО) до періоду вигнання - (СО/Е). НВЧ корекція доповнювалась магнітною та поєднаною магніто-НВЧ корекцією. Ряд показників в таблиці розподіляють на так звані статичні та динамічні. До статичних відносять показники, значення яких незначно залежать від частоти серцевих скорочень і складають в нормі наступне: АС=0,04-0,07 с, ІС=0,02-0,05, період напруги, як вираз АС+ІС=0,060,11 с. Для дослідження ефектів від роздільної та поєднаної магніто-НВЧ корекції параметрів серцево-судинної системи та гемодинаміки організму було підібрано 62 хворих з ішемічною хворобою серця (ІХС) з 1-го по 3-ій функціональний клас (ФК) ІХС, а саме, стабільна стенокардія на фоні гіпертонічної хвороби (ГХ). З цієї групи було відібрано 46 пацієнтів, які при тесті на струм в БАТ перикарду показали підвищену активність на вплив МП та НВЧ. Для цих пацієнтів було призначено поєднану магніто-НВЧ корекцію параметрів серцево-судинної системи та гемодинаміки організму. Результати, що були при цьому одержані, наведено в таблиці. 4 UA 71148 U Таблиця Динаміка показників серцево-судинної системи при поєднаній магніто-НВЧ корекції з використанням електроакупунктури зони перикарда Вид корекції Магнітна корекція Показник Норма ХОК ЗПО АС ІС Τ Ε Sm S0 IHM ВСП МК V1 ВЦПВ Vi 5 10 15 20 25 5,5 2200 0,04 0,02 0,06 0,244 0,280 0,334 25 90 4 350 40 1,6 Після корекції 3,3±0,3 4,2±0,35 2770±95 2410±105 0,04±0,005 0,05±0,007 0,03±0,003 0,035±0,01 0,11±0,006 0,09±0,007 0,24±0,005 0,23±0,002 0,284±0,008 0,28±0,005 0,35±0,017 0,353±0,02 28,6±1,2 31,5±1,15 85±1,5 82±1,1 2,18±0,7 2,56±0,9 262±23,7 287±25,9 32±1,6 34±1,7 1,8±0,15 2,74±0,35 До корекції Поєднана НВЧ-магніто корекція Після Після До корекції корекції корекції 4,7±0,3 4,2±0,25 5,75±1,2 2250±95 2550±120 2120±105 0,05±0,003 0,04±0,002 0,055±0,003 0,03±0,015 0,032±0,01 0,04±0,005 0,113±0,005 0,1±0,008 0,14±0,006 0,24±0,005 0,239±0,01 0,225±0,007 0,268±0,006 0,285±0,007 0,273±0,009 0,352±0,016 0,35±0,013 0,362±0,016 33,2±1,25 27,1±0,9 34±1,35 90±1,4 84±1,8 82±0.9 2,12±0,55 2,39±0,7 1,61±0,45 345±29,2 290±26,1 350±27,2 35±1,6 31±1,3 32,5±1,4 3,15±0,3 2,2±0,2 3,4±0,32 НВЧ корекція До корекції 4,1±0,25 2660±87 0,045±0,004 0,02±0,008 0,108±0,01 0,255±0,006 0,273±0,003 0,346±0,015 30,5±1,1 93±1,8 2,36±0,75 320±27,2 32±1,3 2,1±0,25 В контрольній групі 16 пацієнтів отримували тільки коронаролітики та гіпотензивні препарати без магніто-НВЧ терапії. На початку вивчення явищ, що супроводжують експеримент, головною скаргою пацієнтів були загрудинні болі. Кожний сеанс по довжині досягав 30 хвилин, магнітна індукція постійного магніту на браслеті складала близько 5 мТл за паспортом сертифікації, потужність НВЧ сигналу 2 на виході випромінювача була порядку 0,1…0,3 мВт/см з частотою в діапазоні 2,7…3 ГГц. Частота для кожного пацієнта уточнювалась по інтенсивності зміни струму в БАТ. Ефективність корекції по 12 сеансах оцінювалась по наступних критеріях: систематичне зниження артеріального тиску (АД), послаблення болю в серці, нормалізація сну, пульсу, зменшення задишки при навантаженнях, суб'єктивне судження пацієнтів про покращення свого стану. На фоні загальних критеріїв (див. табл.) одержані також дані про зниження систолічного АД в середньому по групі на 16,8 %, діастолічного - на 14 %. Обстеження на ЕКГ виявило деяку динаміку характеристик. Так відхилення на ЕКГ на початку курсу магніто-НВЧ впливу спостерігались у 38 пацієнтів. Вони вказували на зниження інтенсивності метаболічних процесів в шлуночках міокарда у 10 пацієнтів, на розвиток гіпоксії міокарда у 6 пацієнтів, а у трьох пацієнтів була визначена синусова тахікардія. В відповідній контрольній групі порушення на ЕКГ були відмічені у вигляді гіпоксії міокарда у 2 чоловік, синусова тахікардія - у трьох чоловік, зниження метаболічних процесів в шлуночках міокарда - у 6 чоловік. Покращення цих показників, навіть до їх нормалізації, після магніто-НВЧ сеансів досягнуто в дослідній групі у 37 чоловік (80 %), в контрольній групі - у 7 пацієнтів (44 %). Джерела інформації: 1. Патент СІЛА № 4877024, кл A61N 5/04, опубл. 1989. 2. Патент Росія № 1831343, кл. A61N 5/02, S/04, A01G 7/04, 7/00, А01С 1/00. 3. Патент Україна № 52491, кл. A61N 5/02, A01G 7/04, А01С 1/00, А01K 29/00. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Пристрій для стимуляції та корекції функціонального стану біологічного об'єкта, що містить модулятор, підключений до генератора надвисокої частоти, антенний тракт, виконаний у вигляді спрямованого відгалужувача з N виходами, з кожним з яких зв'язані відповідні послідовно включені фазообертач і випромінювач, блок керування фазообертачами, виходи якого підключені до установчих входів фазообертачів, блок задання режимів робіт, відповідний вихід якого пов'язаний із входом модулятора та блока керування фазообертачами, випромінювачі розташовані з можливістю створення фазованої антенної решітки, датчик фізіологічного стану 5 UA 71148 U 5 вибраної структури біологічного об'єкта, вихід якого підключений до першого входу блока порівняння, другий вхід блока порівняння пов'язаний з блоком підпірної напруги, а його вихід підключений до першого входу управління блока задання режимів робіт, який відрізняється тим, що він оснащений блоком датчиків первинних сигналів організму, шиною пов'язаний з блоком автоматичної обробки даних, вихід якого пов'язаний з другим входом управління блока задання режимів роботи. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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 6