Многодиапазонный генератор-формирователь импульсных последовательностей медико-биологического назначения

Полезная модель относится к области медицины и биологии и может быть использована в аппаратах медико-биологического назначения для формирования воздействий на биообъекты, включая человека, излучений различной природы: электромагнитных, акустических, оптических и др. с целью регулирования их функционального состояния. Полезная модель решает задачу расширения частотного диапазона генерируемых и формируемых в импульсные последовательности электромагнитных колебаний при упрощении перестройки режимов генерации. В заявляемой полезной модели многодиапазонного генератора-формирователя импульсных последовательностей медико-биологического назначения, содержащий генератор (2) электромагнитных колебаний, преобразователь (5) внешнего модулирующего сигнала, модулятор (3), аттенюатор (6) и излучатель (7), дополнительно введены микропроцессор (1) и амплитудный модулятор (4), а генератор (2) электромагнитных колебаний выполнен в виде многодиапазонного от инфранизких до высоких частот набора управляемых генераторов, входы которых соединены с микропроцессором (1), а их выходы с входом модулятора (3), формирующего импульсные последовательности, содержащие в качестве несущей любую более высокую из генерируемых частот, модулируемую электромагнитными колебаниями генераторов более низких частот порознь или в любом сочетании, при этом выход модулятора (3) параллельно с выходом преобразователя (5) внешнего модулирующего сигнала соединен с входом амплитудного модулятора (4), к выходу которого через аттенюатор (6) подключен излучатель (7).

Полезная модель относится к области медицины и биологии и может быть использована в аппаратах медико-биологического назначения для формирования воздействий на биообъекты, включая человека, излучений различной природы: электромагнитных, акустических, оптических и др. с целью регулирования их функционального состояния.

Известны различные медицинские устройства, излучающие электромагнитные колебания КВЧ-диапазона волн (см. например, Патент РФ 2099107, A61N 5/02, 1997). Устройство по указанному патенту содержит источник питания, генератор электромагнитных колебаний с перестраиваемой частотой, узел формирования управляющих сигналов и облучатель (излучатель).

Недостатком этого известного устройства является ограничение терапевтических возможностей вследствие перенесения спектра модуляции в область диапазона только ультразвуковых частот и не использование терапевтически значимой инфранизкочастотной модуляции.

Известно также устройство для миллиметрово-волновой терапии по Патенту РФ 2127616, A61N 5/02, 1999.03.20, содержащее источник питания, индикатор наличия питающего напряжения, индикатор наличия или отсутствия модулированного излучаемого сигнала, управляемый генератор сигналов и облучатель.

Недостатком данного устройства является ограниченность терапевтических возможностей жестко детерминированным диапазоном частот 0,01-0,1 Гц управляемого генератора. Известно, что биологически значимые инфранизкочастотные ритмы охватывают более широкий диапазон. Выбранный в известном устройстве диапазон 0,01-0,1 Гц важен для организма, однако утверждение авторов этого изобретения о том, что указанный диапазон является близким (или совпадает) к спектру сигналов, вырабатываемых клетками органов и систем организма, не совсем корректно, поскольку, из биофизики и цитологии хорошо известно, что процессы клеточного и макромолекулярного уровня характеризуются спектрами существенно более высокочастотного диапазона, включая МГц- и ГГц-диапазоны (см., например, Загускин С.Л. и др. О диапазоне периодов колебаний микроструктур живой клетки // Докл. АН СССР. - 1984. - Т.277, 6. - С.1468-1471).

Наиболее близким аналогом заявляемому техническому решению может служить физиотерапевтическое устройство по Патенту РФ 2293581, A61N 7/00, 20.02.2007, Бюл. 5. содержащее генератор электромагнитных колебаний, преобразователь внешнего модулирующего сигнала, модулятор и аттенюатор.

Основным недостатком этого устройства является отсутствие возможности оперативной вариации частотой генератора электромагнитных колебаний в широком спектре частот, поскольку частота генератора в диапазоне от сотен кГц до десятков МГц устанавливается при настройке устройства за счет использования сменных кварцевых резонаторов. Кроме того, из диапазона несущих частот выпадают низкие частоты (менее сотен кГц)

В основу настоящей полезной модели положено решение задачи расширения частотного диапазона генерируемых и формируемых в импульсные последовательности электромагнитных колебаний при упрощении перестройки режимов генерации.

Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что дополнительно введены микропроцессор и амплитудный модулятор, а генератор электромагнитных колебаний выполнен в виде многодиапазонного от инфранизких до высоких частот набора управляемых генераторов, входы которых соединены с микропроцессором, а их выходы с входом модулятора, формирующего импульсные последовательности, содержащие в качестве несущей любую более высокую из генерируемых частот, модулируемую электромагнитными колебаниями генераторов более низких частот порознь или в любом сочетании, при этом выход модулятора параллельно с выходом преобразователя внешнего модулирующего сигнала соединен с входом амплитудного модулятора, к выходу которого через аттенюатор подключен излучатель.

Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена: блок-схема заявленной полезной модели, на фиг.2-5 - примеры осциллограмм сформированных импульсных последовательностей в различных частотных диапазонах, полученных на цифровом осциллографе Tektronix TPS 2024 (США).

Устройство содержит: 1 - микропроцессор, 2 - многодиапазонный набор управляемых генераторов, 3 - модулятор, формирующий импульсные последовательности, 4 - амплитудный модулятор, 5 - преобразователь внешнего модулирующего сигнала, 6 - аттенюатор, 7 - излучатель.

Устройство работает следующим образом.

Оператор с помощью компьютера или клавиатуры программатора устанавливает программу работы микропроцессора 1. Микропроцессор 1 по установленной оператором программе задает частотные режимы работы набора управляемых генераторов 2, выходные сигналы которых поступают на вход модулятора 3, формирующего импульсные последовательности. При этом, импульсные последовательности в качестве несущей могут иметь любую более высокую из генерируемых частот, модулируемую электромагнитными колебаниями генераторов более низких частот порознь или в любом сочетании. Далее сигналы сформированных импульсных последовательностей поступают на вход амплитудного модулятора 4, который может дополнительно модулировать импульсную последовательность в соответствии с выбранным сигналом внешней модуляции, например, музыкальным или биологическим ритмом, поступающим на вход амплитудного модулятора 4 через преобразователь внешнего модулирующего сигнала 5. С выхода амплитудного модулятора сигнал импульсной последовательности поступает на аттенюатор 6, регулирующий уровень мощности выходного сигнала, и далее на излучатель 7, в качестве которого могут быть использованы различные типы излучателей медико-биологичесого назначения: антенные, ультразвуковые, оптоэлектронные и др. В случае отсутствия внешней модуляции сигнал импульсной последовательности, сформированной модулятором 3, без преобразований в амплитудном модуляторе 4 поступает на аттенюатор 6 и с его выхода на излучатель 7.

Примеры осциллограмм (цифровой осциллограф Tektronix TPS 2024) сформированных импульсных последовательностей, полученных на выходе экспериментального образца заявляемой полезной модели генератора-формирователя:

- фиг.2 - несущая частота 32.768 МГц, частота модуляции 8.3 кГц;

- фиг.3 - несущая частота 32.768 МГц, частота модуляции 0.25 Гц;

- фиг.4 - несущая частота 9.5 Гц, частота модуляции 0.25 Гц;

- фиг.5 - несущая частота 1.25 МГц, частота импульсной модуляции 100 кГц в совокупности с амплитудной модуляцией 16 кГц.

Пример реализации полезной модели.

В качестве излучателя 7 полезной модели был использован экспериментальный источник ультразвука на базе кристалла от кварцевого резонатора РГ-07. Несущая частота излучения - 8,75 МГц.

Для определения реакций целостного организма на модулированное низкоинтенсивное ультразвуковое излучение была проведена серия исследований на добровольцах. В качестве внешнего модулирующего сигнала использовали музыкальные ритмы, электрический сигнал которых через преобразователь 5 поступал на вход амплитудного модулятора 4. Сформированный сигнал представлял собой совокупность несущей частоты 8,75 МГц и модулирующего спектра частот музыкального произведения, причем воспроизведение в звуковом диапазоне исключалось.

Исследования проводили по следующей методике. За 1 час до начала исследований у пациента производили забор крови из пальца руки для спектрометрического анализа, который служил базовым для последующих измерений. Непосредственно перед началом исследования повторяли забор крови и определяли показатели состояния основных систем организма по методу ВРТ (вегетативный резонансный тест). Спектрометрию проводили на спектрофотометре СФ-2000 при характеристических длинах волн, отражающих основные метаболические системы организма по методике: «Способ экспресс-оценки динамики метаболизма системы крови», Патент RU 2315306 от 20.01.2008; ВРТ - в соответствии с методическими рекомендациями Минздрава 99/96 / Василенко A.M. и др. - М., 2000. - 28 с.;

Затем пациента располагали в удобной позе сидя, на ладонь его руки накладывали излучатель ультразвукового сигнала. Экспозиция воздействия ультразвука составляла 10 минут. После этого вновь производили забор крови для спектрометрии и затем дважды через 5 и 30 минут после окончания экспозиции повторяли измерения по методу ВРТ. Результаты представлены в виде диаграмм состояния исследованных систем организма после воздействия в сопоставлении с исходным состоянием (контроль). При этом на спектрограммах (фиг.6 и фиг.8) приведена разность оптической плотности относительно базовой величины, измеренной за 1 час до проведения исследований, которой на диаграмме соответствует нулевой уровень по оси ординат.

На фиг.6 и фиг.7 приведены результаты спектрометрии и ВРТ соответственно при воздействии немодулированным ультразвуковым сигналом несущей частоты (8,75 МГц).

На фиг.8 и фиг.9 - то же при совокупности несущей частоты 8,75 МГц и модулирующего спектра частот музыкального произведения, в качестве которого была выбрана Лунная соната (Бетховен).

На спектрограммах фиг.6 и фиг.8 отклонения оптической плотности проб крови от базового уровня до воздействия находятся на уровне погрешности измерений. После воздействия немодулированным ультразвуковым сигналом несущей частоты (8,75 МГц) наблюдается достоверный сдвиг во всех областях спектра, свидетельствующий об общем возбуждении системы крови. Модулированный ультразвук вызвал достоверный сдвиг только в диапазоне частот 410-415 нм, соответствующем полосе Соре, связанной электронным спектром поглощения гемоглобина. То есть наблюдается определенная избирательность.

В первом случае (немодулированное излучение) данные ВРТ (фиг.7) показали сдвиг функциональных систем в гиперфункциональное состояние (пределы нормы 55-65 единиц), во втором (модуляция) - небольшие колебание показателей с тенденцией к нормализации (фиг.9).

Приведенный пример демонстрирует существенные отличия реакции организма на модулированный и немодулированный ультразвук. Это лишь фрагментарно показывает действие заявляемого технического решения.

Для подтверждения принципиальной возможности применения заявляемой полезной модели для регулирования функционального состояния организма человека были проведены исследования на добровольцах (пациенты хирургической клиники). Для воздействия, как и в вышеприведенном примере, был выбран ультразвуковой сигнал, представляющий собой совокупность несущей частоты 8,75 МГц и модулирующего спектра частот музыкального ритма.

В исследовании приняли участие 28 добровольцев. Испытуемые были приблизительно одного возраста (49 лет ±5,6 лет), которые были разделены на две равные по численности и равноценные по числу мужчин и женщин группы: группа воздействия и группа плацебо. В последней группе проводили полную имитацию воздействия без подачи сигнала. Испытуемым проводили по 5 процедур длительностью 10 минут ежедневно с контролем функционального состояния до и после каждой процедуры.

Функциональное состояние испытуемых определяли по двум методикам: простая зрительно-моторная реакция (ПЗМР) и оценка текущего психического состояния по методу Б.С.Фролова (см.: Фролов Б.С., Овечкина И.В. Программно-аппаратный комплекс CMS для оценки психического состояния. - М.: Архангельск, 2002. - 99 с.), в которой за основной оценочный показатель была выбрана нозологическая шкала «Адаптивность».

Статистическую обработку полученных данных проводили методом вариационной статистики с определением величин М±m и по критерию знаков G (непараметрический критерий для связных выборок).

На фиг.10 приведены результаты изменения показателя работоспособности, а на фиг.11 изменения уровня адаптивности (Ad) в исследуемых группах после применения заявляемой полезной модели или плацебо (контрольное исследование) относительно исходных измерений (фоновое исследование).

В таблице 1 приведены нормативные уровни оценки работоспособности, относительно которых сопоставлялись результаты исследования обеих групп.

На фиг.10 видно, что исходный уровень работоспособности (фоновое исследование) был значительно снижен в равной степени в каждой группе добровольцев, что было характерно для обследуемого контингента хирургической клиники. Контрольное исследование, проведенное после воздействия с помощью полезной модели, показало увеличение работоспособности до уровня 1,9±0,4 «Незначительно сниженная» (см. табл.1), т.е. практически приблизилась к нормальному уровню оценки (результат статистически достоверен: уровень значимости Р<0,05), тогда как в группе плацебо значимых изменений не произошло.

Фоновые замеры Ad в двух группах (воздействия и плацебо) были практически равными (фиг.11). Контрольное исследование после завершения процедур показало увеличение уровня адаптации в группе воздействия до 63,1%, тогда как в группе плацебо достоверных изменений Ad не отмечено. Достигнутый показатель Ad (63,1%) еще ниже нормы, но уже существенно отличается от исходного уровня, что является статистически достоверным результатом по критерию знаков G (уровень значимости Р<0,05).

Таким образом, приведенные результаты подтверждают возможность достижения с помощью заявляемой полезной модели ее назначения по регулированию функциональных состояний человека.

Учитывая возможность создания с помощью заявляемой полезной модели множества сочетаний вариантов импульсных последовательностей и амплитудных модуляций данное устройство может быть использовано в различных физиотерапевтических приборах. Это обеспечивает заявляемой полезной модели соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость».

Эффективность полезной модели состоит в том, что она с помощью введения микропроцессора и многодиапазонного от инфранизких до высоких частот набора управляемых генераторов упрощает установку многообразных вариаций частотных спектров воздействующих на объект сигналов и их модуляций, позволяя тем самым выбирать оптимальные режимы воздействия на организм при физиотерапевтическом лечении (электромагнитном, ультразвуковом и др.). Кроме того, данная полезная модель представляет несомненный интерес для экспериментальных медико-биологических исследований, в том числе при разработке современной медицинской техники.

Многодиапазонный генератор-формирователь импульсных последовательностей медико-биологического назначения, содержащий генератор электромагнитных колебаний, преобразователь внешнего модулирующего сигнала, модулятор, аттенюатор и излучатель, отличающийся тем, что дополнительно введены микропроцессор и амплитудный модулятор, а генератор электромагнитных колебаний выполнен в виде многодиапазонного от инфранизких до высоких частот набора управляемых генераторов, входы которых соединены с микропроцессором, а их выходы с входом модулятора, формирующего импульсные последовательности, содержащие в качестве несущей любую более высокую из генерируемых частот, модулируемую электромагнитными колебаниями генераторов более низких частот порознь или в любом сочетании, при этом выход модулятора параллельно с выходом преобразователя внешнего модулирующего сигнала соединен с входом амплитудного модулятора, к выходу которого через аттенюатор подключен излучатель.