Светодиодное устройство со стабилизированной дозой облучения

Разработано фототерапевтическое устройство - соска светодиодная со стабилизированной дозой облучения и большим ресурсом (2000 сеансов облучения); представлена схема периодического вычисления количества электричества, протекающего через светоизлучающий диод.

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к фототерапевтическим устройствам, в которых применяются светодиодные источники излучения. Оптическое излучение как лазерных так и нелазерных источников света широко используется в терапевтических целях [1]. С появлением на рынке мощных светоизлучающих диодов стали разрабатываться на их основе современные компактные, автономные фототерапевтические приборы [2, 3]. С использованием этих приборов были созданы методики светолечения острых респираторных вирусных инфекций (ОРВИ) и ЛОР-заболеваний [4].

В патенте RU 2260459 C [4] описан способ лечения острых респираторных вирусных инфекций, в котором используют оптическое облучение слизистой оболочки полости рта и глотки в спектральном диапазоне (410-480) нм, в дозе 0,1 Дж для новорожденных и детей раннего возраста и в дозе облучения 0,04 Дж на килограмм массы тела для детей среднего, старшего возраста и взрослых. В течение суток проводят 4 сеанса облучения; курс лечения при этом составляет от 4 до 20 сеансов облучения, в зависимости от тяжести заболевания. Для лечения новорожденных и детей раннего возраста используют фототерапевтическое устройство, описанное в [2]; для лечения детей среднего и старшего возраста, а также взрослых используют устройство, описанное в [4].

Под дозой облучения в данных методиках понимают суммарное энергетическое воздействие оптического излучения на пациента в течение сеанса, измеряемое в единицах энергии (Джоулях). В частности, для определения дозы облучения используют следующее выражение:

Где T - длительность сеанса облучения, P(t) - зависимость мощности источника излучения от времени. В случае, если в качестве источника излучения используется светодиод, справедливо выражение:

P(t)=kI(t)

где I(t) - зависимость тока, протекающего через светодиод от времени, а k - параметр светодиода.

Тогда для общей дозы облучения получим выражение:

где Q - заряд, протекший через светодиод за время сеанса.

В фототерапевтическом устройстве с автономным источником питания и фиксированной длительностью процедуры доза облучения за время эксплуатации уменьшается по мере истощения источника питания из-за увеличения его внутреннего сопротивления. Поэтому актуальной является задача поддержания постоянства дозы облучения. В ближайших прототипах [2] и [3] постоянство дозы облучения обеспечивается существенным ограничением количества сеансов облучения. Это приводит к тому, что устройство выводится из эксплуатации тогда, когда источник питания достиг только лишь умеренной степени разряда и его энергоемкость используется не полностью. Например, устройство, описанное в [3], - светодиодная соска-пустышка работает без замены элемента питания и количество сеансов облучения ограничено 200 сеансами по 3 минуты каждый. Это надежно гарантирует постоянство дозы облучения, т.к. степень разряда источника питания невелика, однако существенно снижает срок службы всего устройства.

В полезной модели предлагается техническое решение этой проблемы с помощью устройства, принципиальная схема которого приведена на фиг. 1, на которой цифрами отмечены: (1) - микроконтроллер, (2) - токоизмерительный резистор, (3) - светоизлучающий диод, (4) - микропереключатель (геркон в случае герметичного исполнения), (5) - источник питания.

Стабилизация дозы облучения в устройстве достигается следующим способом: в состав устройства вводят токоизмерительный резистор (2), включенный последовательно со светоизлучающим диодом (3). Падение напряжения на этом резисторе, однозначно определяющееся величиной протекающего тока, измеряют с помощью АЦП, встроенного в микроконтроллер (1), который вводится в состав устройства. В процессе сеанса облучения микроконтроллер (1) производит периодическое измерение напряжения на токоизмерительном резисторе (2), и вычисляет количество электричества, прошедшего через светоизлучающий диод (3) с момента предыдущего измерения по одной из формул:

где U_i - i-й результат измерения падения напряжения на токоизмерительном резисторе (2); R - сопротивление этого резистора (2); t - время между измерениями.

Далее производится вычисление полного количества электричества, прошедшего через светоизлучающий диод (3) по формуле:

где n - номер измерения.

Поскольку доза облучения линейно связана с количеством электричества, прошедшего через светоизлучающий диод (3), это дает возможность вычислить дозу облучения по формуле:

D_n =kQ_n

где k - параметр светодиода.

Микроконтроллер (1) программируют так, что после запуска сеанса облучения он периодически вычисляет выданную с начала сеанса дозу облучения. По достижении заданной величины, микроконтроллер (1) выключает светоизлучающий диод (3).

По мере истощения источника питания (5) его напряжение падает. Одновременно с этим уменьшается ток, протекающий через светоизлучающий диод (3), соответственно уменьшается и мощность излучения. Однако, доза облучения будет оставаться постоянной в каждом сеансе за счет увеличения длительности сеанса.

Во избежание эксплуатации устройства с сильно истощенным источником питания (5) принимают следующие меры: при достижении длительности сеанса до установленной заранее в программе величины, источник питания (5) считается разряженным. В память микроконтроллера (1) при этом записывают признак разряда батареи (5).

При попытке следующего запуска сеанса облучения, светоизлучающий диод (3) не включается, вместо этого микроконтроллер (1) сообщает пользователю, что батарея (5) разряжена. При замене батареи (5) признак разряда батареи из памяти стирается.

Были проведены испытания устройства - соски светодиодной, аналогичной ближайшим прототипам [2, 3], но со стабилизированной дозой облучения - D=0,1 Дж/сеанс.

Микроконтроллер "Устройства-соски светодиодной" был запрограммирован на поддержание дозы облучения D=(0,1±0,01)Дж, которая создается при протекании тока 1,16 мА через светодиод в течение 3 минут, что составляет Q=0,21 А*с.

За время испытаний "Устройство - соска светодиодная" автоматически включалось с периодичностью один раз в час; при этом было осуществлено 2094 сеанса облучения со стабилизированной дозой, с точностью стабилизации дозы ±10%. Была достигнута максимальная, заданная длительность сеанса облучения - 360 секунд, после чего Устройство прекратило работать. Результаты испытаний представлены на Фиг. 2.

Таким образом, в полезной модели продемонстрирована возможность увеличения ресурса устройства на порядок величины при сохранении терапевтической дозы облучения в пределах (0,1±0,01) Дж.

Использованная литература.

[1] В.И. Карандашов, Е.Б. Петухов, В.С. Зродников «Квантовая терапия», Учебное пособие для слушателей системы послевузовского профессионального образования врачей, Москва, Медицина, 2004 г.

[2] RU 28035 U1

[3] ТУ 9444-003-18898190-2003 «Устройство-соска светодиодная кратковременного облучения полости рта и гортани спектром синего света у детей раннего возраста для профилактики и лечения легких и среднетяжелых острых форм респираторных заболеваний У-Ссд "Доктор Свет" в комплекте с карточкой-ключом магнитным». Организация-разработчик ООО "Поиск TP", Москва, ОКПО 188898190

[4] RU 2260459 C1

Светодиодное устройство со стабилизированной дозой облучения, включающее в себя соску-пустышку, светоизлучающий диод, автономный источник питания с микроконтроллером и герметичным контактом, отличающееся тем, что последовательно со светоизлучающим диодом подключен резистор, а в микроконтроллер встроен АЦП, с помощью которого измеряется падение напряжения на указанном резисторе, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью суммирования прошедшего через светоизлучающий диод количества электричества и отключения последнего по достижении заданной дозы облучения.

РИСУНКИ