Устройство терапевтического воздействия на клеточные ткани живых организмов

 

Изобретение относится к физиотерапии, предназначено для локально-избирательного воздействия. Сущность: устройство терапевтического воздействия на клеточные ткани живых организмов, содержит СВЧ-генератор 1, волноводную линию передачи, пять линзовых фокусаторов 6 и 7, оптические разветвители 5 и сумматор, задающий одномодовый лазер 2, два синхронизируемых одномодовых лазера, источник накачки лазеров, микропроцессор управления и стабилизации частоты и два термоэлемента, при этом волноводная линия передачи выполнена в виде оптического волокна с оптическими ответвителями (N=0,1,...), равномерно расположенными по длине оптического волокна, с N фокусирующими наконечниками на концах. Цель: повышение удобства в эксплуатации и возможности индивидуального подбора частоты воздействия. 2 ил.

Изобретение относится к физиотерапии, предназначено для локально-избирательного терапевтического воздействия электромагнитным излучением низкой интенсивности миллиметрового (КВЧ) диапазона на клеточные ткани живых организмов и может быть использовано в рефлексотерапии для стимуляции биологически активных точек, в офтальмологии для ускорения процессов заживления после микрохирургического воздействия и для локальной иридотерапии, а также в отоларингологии, кардиологии, гастроэнтерологии, гинекологии, урологии и онкологии для восстановления процессов жизнедеятельности в живых тканях как на поверхности, так и в труднодоступных внутренних полостях живого организма.

Известно устройство терапевтического воздействия [1], содержащее лазер и волоконный световод. Недостатком такого устройства является невозможность резонансной стимуляции клеточных тканей живых организмов в КВЧ-диапазоне, что снижает эффективность терапевтического воздействия на клеточном уровне.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является устройство терапевтического воздействия, предназначенное для низкоинтенсивного СВЧ-воздействия на клеточные ткани живых организмов и содержащее СВЧ-генератор и волноводную линию передачи [2]. Недостатком этого устройства является низкая эффективность процесса восстановления жизнедеятельности биологической ткани на клеточном уровне, а также большая масса, габариты и ограниченные функциональные возможности устройства.

Целью предлагаемого изобретения является повышение удобства в эксплуатации и возможности индивидуального подбора частоты воздействия.

Цель достигается тем, что в устройство дополнительно вводятся 5 линзовых фокусаторов, оптические Y-разветвитель и Y-сумматор, задающий одномодовый лазер, два синхронизируемых одномодовых лазера, источник накачки лазеров, микропроцессор управления и стабилизации частоты и два термоэлемента, а волноводная линия передачи выполнена в виде оптического волокна с N оптическими ответвителями (N = 0,1,...), равномерно расположенными по длине оптического волокна, с N фокусирующими наконечниками на концах, при этом дополнительно введенные элементы кроме источника накачки лазеров помещены в отдельном корпусе так, что образуют три параллельных оптических канала, причем первый канал, разветвляющийся с помощью оптического Y-разветвителя на идентичные между собой второй и третий каналы, содержит задающий одномодовый лазер и линзовый фокусатор, в задней фокальной плоскости которого помещена входная апертура оптического Y-разветвителя, а во втором и третьем каналах вдоль их оптических осей последовательно установлены входной линзовый фокусатор, синхронизируемый одномодовый лазер и выходной линзовый фокусатор, при этом передние фокальные плоскости входных линзовых фокусаторов совмещены между собой и с выходными апертурами оптического Y-разветвителя, а задние фокальные плоскости выходных линзовых фокусаторов совмещены между собой и с выходными апертурами оптического Y-сумматора, при этом входные и выходные апертуры синхронизируемых одномодовых лазеров совмещены, соответственно с задними фокальными плоскостями входных линзовых фокусаторов и передними фокальными плоскостями выходных линзовых фокусаторов, причем синхронизируемые одномодовые лазеры установлены на термоэлементы (холодильники или нагреватели), а выходная апертура оптического Y-сумматора совмещена с входной апертурой оптического волокна, при этом источник накачки лазеров электрически связан с задающим и синхронизируемыми одномодовыми лазерами, выход СВЧ-генератора соединен с задающим одномодовым лазером, а микропроцессор управления и стабилизации частоты электрически соединен с каждым из термоэлементов.

Изобретение поясняется фиг. 1,2.

Устройство (фиг.1) содержит задающий одномодовый лазер 2, электрически связанный с СВЧ-генератором 1 и запитываемый от источника накачки 3 и линзовый фокусатор 4, которые образуют первый оптический канал, разветвляющийся с помощью Y-разветвителя 5 на два идентичных параллельных оптических канала, в каждом из которых содержатся входные линзовые фокусаторы 6, 7, синхронизируемые одномодовые лазеры 8, 9, установленные на термоэлементы 10, 11, электрически соединенные с микропроцессором 12 управления и стабилизации частоты, и выходные линзовые фокусаторы 13, 14, после которых установлен оптический Y-сумматор 15 и волокно 16 с оптическими разветвителями 17, заканчивающимися фокусирующими наконечниками 18, а все устройство кроме источника накачки 3, СВЧ-генератор 1 и волокна 16 помещено в общий корпус 19.

Предлагаемое устройство терапевтического КВЧ-воздействия работает следующим образом.

Излучения каждого из двух синхронизируемых одномодовых лазеров 8 и 9 на оптических частотах ₁ и ₂, отличающихся на частоту f, лежащую в КВЧ-диапазоне (фиг.2б,в) вводятся с помощью линзовых фокусаторов 13, 14 и оптического Y-сумматора 15 в оптическое волокно 16, по которому они независимо распространяются и выводятся из выходных торцов фокусирующих наконечников 18, совмещенных с участками клеточных структур, подлежащих КВЧ-воздействию. Большая инерционность молекул биологической ткани на оптических частотах приводит к тому, что клеточная среда испытывает электромагнитное воздействие на разностной частоте ₁-₂ биений двух оптических сигналов, лежащей в КВЧ-диапазоне.

Перестройка частоты f осуществляется путем изменения температуры синхронизируемых одномодовых лазеров 8, 9 с помощью термоэлементов 10, 11 (холодильников или нагревателей).

Сужение полосы КВЧ-сигнала происходит в результате оптической синхронизации одномодовых лазеров 8, 9, для чего СВЧ-генератор 1 модулирует задающий одномодовый лазер 2 гармоническим сигналом на частоте СВЧ-диапазона F, в результате чего в спектре выходного излучения задающего одномодового лазера 2 (фиг. 2а) появляются гармоники частоты F, а промодулированное излучение через оптический Y-разветвитель 5 и линзовые фокусаторы 6, 7 вводится в оба синхронизируемых одномодовых лазера 8, 9, при этом компоненты спектра выходного сигнала задающего одномодового лазера 2 на частотах nF, где n = 1,2, . . . номер гармоники частоты F, совпадают с частотами ₁ и ₂, обеспечивая режим захвата и взаимной синхронизации, что и приводит к сужению полосы КВЧ-сигнала на разностной частоте f.

Если используемые синхронизируемые лазеры 8 и 9 имеют сами по себе узкую полосу частот своего спектра, то элементы 1,2,4,5,6,7 на фиг.1 могут отсутствовать.

Устройство терапевтического КВЧ-воздействия может быть реализовано на газовых, твердотельных, полупроводниковых и других типов лазерах, излучающих в широком диапазоне длин волн электромагнитных колебаний.

Как показали расчеты, при использовании типовых термоэлектрических микрохолодильников, способных изменять температуру лазеров от 0^о до 60^оС с точностью 10^-3оС, два синхронизируемых одномодовых инжекционных полупроводниковых лазера типа ИЛПН-216, излучающие вблизи = 1,3 мкм и имеющие коэффициент температурной чувствительности частоты излучения 0,3 нм/^оС ( ~ 10 ГГц/^оС) могут быть расстроены по частоте на величину ₂-₁ = 1200 ГГц, т. е., полностью перекрывая КВЧ-диапазон (30...300 ГГц) и обеспечивая КВЧ-стимуляцию не только на КВЧ-частотах, но и на их гармониках, что существенно повышает эффективность процессов восстановления жизнедеятельности клеток.

Возможность получения КВЧ-сигнала биений после прохождения оптического волокна длиной единицы метров подтверждается анализом частотно-корреляционной функции волокна, которая в зависимости от типа волокна при указанной длине падает до уровня 0,5 от максимального при ₂-₁ = =500...1200 ГГц.

Внутренняя модуляция задающего одномодового инжекционного полупроводникового лазера принципиально возможна до частот F_max = 40...60 ГГц, поэтому применяя типовой СВЧ-генератор с частотами F = 5...30 ГГц и используя в спектре излучения задающего одномодового лазера гармоники этой частоты с номерами n = 3,..., 5 для синхронизации колебаний одномодовых инжекционных лазеров на частотах ₁ и ₂, разностная частота биений f может перекрыть весь КВЧ-диапазон (30-300 ГГц), при этом ширина полосы КВЧ-сигнала в зависимости от мощности СВЧ-генератора (3...10 мВт) составляет f = 10¹...10³ Гц, т. е. лежит в пределах, необходимых для четко выраженного резонансного КВЧ-воздействия на клеточную среду. Последнее обстоятельство, существенно повышает эффективность процесса восстановления жизнедеятельности клеточных тканей.

Таким образом, расчет параметров предлагаемого устройства показал, что: 1. Предлагаемое устройство обеспечивает более высокую эффективность процесса восстановления жизнедеятельности клеточных тканей, так как обеспечивает КВЧ-воздействия не только на КВЧ-частотах, но и на частотах их гармоник, и при этом сужение полосы КВЧ-сигнала резко усиливает резонансный характер воздействия.

2. Предлагаемое устройство имеет линию передачи КВЧ-воздействия в виде волоконного световода, т.е. более гибкую, с меньшими габаритами и массой и более удобную в эксплуатации.

3. Предлагаемое устройство имеет более широкие функциональные возможности, так как за счет возможности перестройки частоты в пределах всего КВЧ-диапазона и выше обеспечивает индивидуальный подбор частоты КВЧ-воздействия для каждого пациента; улучшает фокусировку КВЧ-поля, которая сводится к фокусировке оптического излучения в пятно диаметром ме- нее 1 мм; увеличивает количество пациентов, одновременно подвергающихся КВЧ-воздействию.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КЛЕТОЧНЫЕ ТКАНИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ, содержащее высокочастотный генератор и линию передачи, отличающееся тем, что, с целью повышения удобства в эксплуатации и возможности индивидуального подбора частоты воздействия, в него введены размещенные в корпусе задающий одномодовый лазер, соединенный с высокочастотным генератором, линзовый фокусатор, оптический разветвитель, входная апертура которого расположена в фокальной плоскости линзового фокусатора, два канала, каждый из которых содержит входной линзовый фокусатор, синхронизируемый одномодовый лазер, установленный на термоэлементе и выходной линзовый фокусатор, а также введены микропроцессор, соединенный с каждым термоэлементом, оптический сумматор и источник накачки, соединенный с лазерами, при этом передние фокальные плоскости входных линзовых фокусаторов совмещены между собой и с выходными апертурами оптического разветвителя, задние фокальные плоскости выходных линзовых фокусаторов совмещены между собой и с входными апертурами оптического сумматора, входные и выходные апертуры синхронизируемых одномодовых лазеров совмещены соответственно с задними фокальными плоскостями входных линзовых фокусаторов и передними фокальными плоскостями выходных линзовых фокусаторов, а линия передачи выполнена в виде оптического волокна с рядом оптических ответвителей с фокусирующими наконечниками, причем входная апертура волокна совмещена с выходной апертурой оптического сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2