УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТИМУЛЯЦИИ И/ИЛИ КОРРЕКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА Российский патент 1995 года по МПК A61N5/02 A01G7/04 A01C1/00 A01K29/00 A61N5/04 

Изобретение относится к средствам электромагнитного воздействия на биологические объекты или их элементы, составляющие, например, на растения, семена, клетки птиц, млекопитающих и т.д.

Электромагнитные поля низкой интенсивности, так называемой нетепловой интенсивности, широко применяются на практике. Развитие электроники сверхвысоких частот и микроэлектроники позволяет изготавливать устройства различной функциональной направленности. Данный класс устройств объединяет то, что диапазон электромагнитного воздействия включает частоты от сотен мегагерц до десятков гигагерц. Интенсивность полевого воздействия такова, что даже в результате длительного воздействия на клетку или живой организм не происходит теплового воздействия или какого-либо изменения в клетках организма, связанного с тепловым воздействием внешнего электромагнитного поля, в данном случае изменения в функциональном состоянии объекта воздействия происходят в результате воздействия на информационном уровне, следствием чего является изменение мембранных потенциалов, с чем связан внутриклеточный метаболизм. Важно подобрать именно тот вид полевого воздействия, который приведет к желаемому результату, поскольку для одного и того же объекта воздействия, находящегося в различных исходных состояниях, одно и то же внешнее воздействие может давать противоположный результат, и о стимуляции в ряде случае не может быть и речи. Вот почему стоит задача создания устройства для стимуляции и/или коррекции функционального состояния биологического объекта для всех случаев его исходного (перед стимуляцией) состояния, т.е. устройства, применение которого эффективно для широкого класса как биообъектов, так и практически для любого исходного состояния этих биообъектов. Это позволит исключить в существенной мере какую-либо перестройку выходных параметров устройства, сделает его универсальным и пригодным для использования при широком ряде диагнозов.

В настоящее время такого рода устройства включают генератор сверхвысоких частот, который связан с излучателем посредством антенного тракта. Однако такие устройства малоэффективны, поскольку параметры генератора СВЧ в основном стабильны, что позволяет осуществлять стимуляцию или коррекцию в узком классе биообъектов и диагнозов.

Наиболее близкими устройствами к заявленному являются устройства для стимуляции и/или коррекции функционального состояния биологического объекта, содержащие последовательно включенные модулятор, генератор СВЧ, антенный тракт и излучатель. Модулятор известных устройств позволяет осуществлять воздействие в определенной полосе частот, т.к. такого типа воздействие является более эффективным, чем воздействие на конкретной полосе или ряде полос.

Недостатки данных устройств низкая эффективность, необходимость достаточно сложной настройки на данный вид объекта воздействия с учетом исходного состояния данного объекта, небольшое число диагнозов, при которых имеет место стимуляция или коррекция функционального состояния объекта воздействия.

За прототип заявленного устройства принято устройство для стимуляции и/или коррекции функционального состояния биологического объекта, содержащее последовательно включенные модулятор, генератор СВЧ, антенный тракт, излучатель, блок формирования управляющего напряжения. Генератор СВЧ включает управляемый реактивный элемент и усилитель мощности.

Данное устройство более эффективно, чем упомянутые устройства, оказывает воздействие на объект, однако модуляционные параметры, обусловливающие степень воздействия, недостаточно оптимальны и задаются непосредственно с пульта управления режимами, что усложняет работу устройства.

Цель изобретения повышение эффективности стимуляции и/или коррекции функционального состояния биологического объекта за счет более избирательного действия на него, т.е. адаптация полевого воздействия к конкретному объекту и автоматического регулирования модуляционных параметров стимулирующего воздействия.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено и блоком формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов, первый выход которого связан с установочным входом модулятора. Управляющий вход последнего сообщен с первым выходом блока формиpования управляющего напряжения, к установочному, счетному и входу выбора режима работы которого подключены второй, третий и четвертый выходы блока формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов, первый вход которого связан с выходом тактового генератора. Устройство снабжено таймером, подключенным к соответствующему входу генератора СВЧ, а также дополнительным блоком формирования управляющего напряжения, выход которого связан с соответствующим входом генератора СВЧ. Оно снабжено датчиком и индикатором излучения. Второй вход блока формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов связан со вторым выходом блока формирования управляющего напряжения. Последний выполнен в виде последовательно включенных реверсивного счетчика и цифроаналогового преобразователя, выход которого является первым выходом упомянутого блока. Выход "перенос" счетчика связан со входом "разрешение" его же и является вторым выходом данного блока, установочный, счетный и вход выбора режима которого соответствуют аналогичным входам реверсивного счетчика.

Блок формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов выполнен в виде генератора псевдослучайной последовательноcти, регистра оперативного запоминающего устройства и перестраиваемого генератора прямоугольных импульсов, выход которого является третьим выходом блока формирования, вход генератора псевдослучайной последовательности является входом данного блока, а выход является выходом блока и связан со входом регистра оперативного запоминающего устройства, вход "разрешение" которого является вторым входом упомянутого блока, а соответствующие счетные выходы являются первым выходом упомянутого блока, другие подключены к установочному входу перестраиваемого генератора прямоугольных импульсов, вход которого является четвертым выходом блока формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов.

В другом случае блок формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов выполнен в виде двух генераторов псевдослучайной последовательности, регистра оперативного запоминающего устройства и перестраиваемого генератора прямоугольных импульсов, выход которого является третьим выходом блока формирования. Вход каждого из генераторов псевдослучайной поcледовательноcти является первым входом данного блока и подключен к выходу тактового генератора. Выход первого генератора псевдослучайной последовательности связан со входом регистра оперативного запоминающего устройства. Выход второго является вторым выходом упомянутого блока и связан с установочным входом перестраиваемого генератора прямоугольных импульсов, выход которого является четвертым выходом данного блока. Соответствующие выходы регистра оперативного запоминающего устройства (разрядные выходы) являются первым и третьим выходами упомянутого блока, а вход "разрешение" вторым входом этого блока. Антенный тракт выполнен в виде частотно-избирательного тракта. Компенсация потерь в контуре осуществляется за счет внешней положительной обратной связи и в результате внутренних процессов в усилителе мощности.

Поиск, проведенный по патентной и научно-технической литературе, показал, что заявленная совокупность неизвестна, т.е. изобретение соответствует критерию "новизна".

Поскольку имеется потребность в такого типа устройствах и они выполнены на основе известных элементов и узлов, то заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Так как получаемый результат использования данного устройства превышает все известные эффекты от использования упомянутых устройств, то изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". Данный результат был получен после многочисленных экспериментов и использования новых физиологических и биологических эффектов от воздействия электромагнитными полями нетепловой интенсивности при конструировании данного устройства, о чем свидетельствует оригинальность схемного решения устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 и 3 схемы выполнения блока формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов; на фиг.4 частный случай выполнения устройства.

Устройство для стимуляции и/или коррекции функционального состояния биологического объекта содержит тактовый генератор 1, блок 2 формирования импульсных квазислучайных управляющих импульсных сигналов, модулятор 3, генератор 4 сверхвысокой частоты, включающий управляемый реактивный элемент 5 и усилитель мощности 6, которые связаны контуром обратной связи. В качестве элемента 5 может использоваться варикап или переход транзистора и т.д. Выход генератора СВЧ 4 посредством антенного тракта 7, который может быть выполнен частотно-избирательным (в виде набора соответствующих контуров) сообщен с излучателем или излучателями 8. В данном случае тракт 7 может дополнительно включать направленный ответвитель (не показан). Число выходов которого соответствует числу излучателей 8. Для контроля работы устройство снабжено датчиком излучения 9 и индикатором излучения 10, которые инициируют включенное состояние устройства. Блок формирования управляющего напряжения 11 включает реверсивный счетчик 12 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13. Счетчик 12 преимущественно выполнен в виде двоичного счетчика. Модулятор 3 в частном случае может быть выполнен в виде перестраиваемого генератора треугольных импульсов, установочный вход которого является первым входом и связан с выходом блока 2. Управляющий вход модулятора 3 подключен к выходу блока 11, а именно ЦАП 13. Блок 2 в различных вариантах выполнения (фиг.2 или 3) имеет один генератор 14 псевдослучайной последовательности или два таких генератора 14 и 15, регистр оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и перестраиваемый генератор 17 прямоугольных импульсов.

В ряде случаев устройство снабжено таймером 18 и дополнительным блоком 19 формирования управляющего напряжения, выходы которых подключены к соответствующим входам генератора 4 СВЧ.

Генератор 1, блоки 2 и 11, модулятор 3 образуют автоматический формирователь напряжения треугольной формы. Выход тактового генератора 1 подключен к первому входу блока 2, т.е. ко входам генераторов 14 или 14 и 15, выходы которого или которых в виде шины данных подключены к соответствующим входам регистра ОЗУ 16, информационные выходы ОЗУ 16 (часть разрядов) подключены к информационным входам перестраиваемого генератора 17 прямоугольных импульсов, перестраиваемого генератора 3 треугольных импульсов (модулятору) и ко входу изменения направления счета счетчика 12, что является третьим выходом блока 2, это может выть выход ОЗУ 16 "наличие записи" или "перенос", или выход одного из младших (младшего) разрядов. Выход генератора 17 связан со счетным входом счетчика 12 и является четвертым выходом блока 2, выход сигнала переноса счетчика 12 может быть подключен ко входам разрешения записи информации счетчика 12 и регистра ОЗУ 16, этот вход является вторым входом блока 2. Информационные выходы счетчика 12 подключены в систему входов ЦАП 13, выход которого является первым выходом блока 11 и связан с управляющим входом модулятора 3, установочный вход которого, как уже указывалось, связан с группой информационных (разрядных) выходов регистра ОЗУ 16, которые и являются первым выходом блока 2, второй выход которого является выходом с генератора 14 или 15 (это установочный выход блока 2 и информация с него позволяет установить случайное число на установочном входе счетчика 12). Выход модулятора (генератора) 3 связан с управляемым реактивным элементом 5 и по закону со случайной начальной фазой и случайными коэффициентами управляет частотой генератора 4 СВЧ.

Устройство работает следующим образом.

Импульс с тактового генератора 1 синхронизируют формирование псевдослучайной последовательности (или последовательностей) с генератора 14 (или генераторов 14 и 15). Выходы с генератора 14 подключены ко входной шине регистра ОЗУ 16 и к установочным входам реверсивного двоичного счетчика 12. В частном случае эти входы счетчика 12 связаны с выходом генератора 15. Дискретная перестройка диапазона частот генератора 17 прямоугольных импульсов и генератора треугольных импульсов (модулятора) 3 осуществляется в зависимости от двоичных кодов, поступающих с выходной шины регистра 16. С этой же выходной шины поступает сигнал на вход управления направлением счета (- или +) реверсивного двоичного счетчика 12. Прямоугольные импульсы изменяющейся частоты, формируемые на выходе генератора 17, поступают на счетный вход счетчика 12. Запись двоичной информации в регистре 16 и в самом счетчике 12 осуществляется по сигналу на выходе переноса счетчика 12, хотя данная запись может инициироваться в зависимости от сигналов с тактового генератора 1. Двоичный код с выхода счетчика 12 поступает на вход ЦАП 13, в котором преобразуются в аналоговый сигнал, который поступает на вход управления плавным изменением частоты генератора 3 треугольных импульсов (модулятора), в каждом диапазоне перестройки частоты и на выходе генератора 3 формируются треугольные импульсы переменной частоты.

Работа модулятора 3 осуществляется следующим образом. В начале цикла при появлении сигнала на выходе переноса счетчика 12 производится запись информации в виде случайной последовательности в регистр 16 и счетчик 12. Скорость счета счетчика 12 определяется частотой генератора 17, а направление счета-кодом сигнала на входе (+ или -) счетчика 12. Частота выходного сигнала генератора 3 плавно изменяется. При переполнении или обнулении реверсивного двоичного счетчика 12 цикл завершается и по сигналу переноса с выхода переноса с выхода переноса счетчика 12 в регистр 16 и счетчик 12 записывается новая последовательность случайных посылок. Осуществляется скачкообразное изменение частоты генераторов 3 и 17, т.е. начинается новый цикл. В результате на выходе генератора 3 формируется треугольное напряжение изменяющейся частоты, которое используется для модуляции колебаний СВЧ- генератора 4.

Цифровые элементы, применяемые в данном устройстве, широко известны (Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. Челябинск: Металлургия, 1989. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике. Справочник /Под ред. Б.Н.Файзулаева, Б.В.Тарабрина, М. Радио и связь, 1987; Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение. М. Радио и связь, 1989 ).

Генераторы прямоугольных 17 и треугольных 3 импульсов известны из тех же источников и их перестраиваемость может быть реализована в зависимости от параметров времязадающих цепочек, подключаемых в них через мультиплексорные элементы в зависимости от кода на входах данных генераторов.

Управляемый реактивный элемент 5, усилитель мощности 6, контур 7 образуют частотно-модулируемый генераторный блок. Возможно в данном случае использовать генератор СВЧ. (Верещагин Е.М. и др. Транзисторно-варакторные генераторы. Киев: Техника, 1979; Колосов М.В. Перегонов С.А. СВЧ-генераторы и усилители на полупроводниковых приборах. М. Сов. радио, 1974). В данном случае используется излучение СЧВ -диапазона от 100 МГц до 10-12 ГГц, плотность потока энергии от антенного тракта не превышает 10-15 мВт/см², а время экспозиции, задаваемое таймером 18, не превышает 10-15 мин, что существенно меньше уровня в 100 мВт/см² при облучении в течение часа, обусловленному ГОСТ 12.1.006-84. Подобные электромагнитные излучения низкой интенсивности используются, например, при лечении дерматозов млекопитающих (Электронная промышленность, 1991, N 3, с.74).

Эффективность воздействия заявленного устройства проверялась в экспериментах на животных при прямой регистрации биоэлектрической активности в периферических и стволовых образованиях вегетативной нервной системы. Установлена высокая тропность воздействия формируемых устройством электромагнитных излучений. Так, простудные заболевания в сравнении с применением известных СВЧ- средств при стимуляции заявляемым устройством проходили со средним сроком, на 20% меньшим. Астматические явления, на которые ранее СВЧ- воздействие не оказывало существенного влияния, в 89% случаев полностью проходили, всегда наступало достаточно быстрое значительное улучшение. Проведенные эксперименты с растительными объектами показали, что по сравнению с известными стимулирующими средствами СВЧ (Макаров В.Н, и др. О влиянии СВЧ- облучения на рост плодово-ягодных культур // Электронная обработка материалов, 1986, N 4, с.61-63) заявляемое устройство на 10-18% более эффективно. Обработка зерна позволила на 5-12% по сравнению с известными устройствами аналогичного действия увеличить эффективность воздействия. Воздействие на птиц и яйца также выявило устойчивый стимулирующий эффект.

Указанные примеры применения показывают, что заявленное стимуляционное и корректиpующее воздействие имеет отчетливо выраженный характер и может применяться для воздействия на растения, млекопитающих, например коров, собак, а также людей.

Использование: в качестве средства электромагнитного воздействия на биологические объекты или их элементы, составляющие, например на растения, семена, клетки птиц, млекопитающих и т. д. Сущность изобретения: управление модулятором осуществляется посредством задания в каждом цикле начальной частоты и задания скорости изменения этой частоты. Сигнал с модулятора поступает на генератор СВЧ и далее через антенный тракт - на излучатель. Излучаемое электромагнитное поле сверхвысокой частоты и нетепловой интенсивности эффективно воздействует на биологический объект. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТИМУЛЯЦИИ И/ИЛИ КОРРЕКЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА, содержащее последовательно включенные модулятор, генератор сверхвысокой частоты, антенный тракт и излучатель, а также блок формирования управляющего напряжения, при этом генератор сверхвысокой частоты включает управляемый реактивный элемент и усилитель мощности, отличающееся тем, что оно снабжено тактовым генератором и блоком формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов, первый выход которого связан с установочным входом модулятора, а управляющий вход последнего сообщен с первым выходом блока формирования управляющего напряжения, к установочному, счетному и входу выбора режима работы которого подключены второй, третий и четвертый выходы блока формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов, первый вход которого связан с выходом тактового генератора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено таймером, подключенным к соответствующему входу генератора сверхвысокой частоты. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным блоком формирования управляющего напряжения, выход которого связан с соответствующим входом генератора сверхвысокой частоты. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком и индикатором излучения. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй вход блока формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов связан с вторым выходом блока формирования управляющего напряжения. 6. Устройство по пп.1 и 5, отличающееся тем, что блок формирования управляющего напряжения выполнен в виде последовательно включенных реверсивного счетчика и цифроаналогового преобразователя, выход которого является первым выходом упомянутого блока, выход "Перенос" счетчика связан с входом "Разрешение" его же и является вторым выходом данного блока, установочный, счетный и вход выбора режима работы которого соответствуют аналогичным входам упомянутого реверсивного счетчика. 7. Устройство по пп.1 и 5, отличающееся тем, что блок формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов выполнен в виде генератора псевдослучайной последовательности, регистра оперативного запоминающего устройства и перестраиваемого генератора прямоугольных импульсов, выход которого является третьим выходом упомянутого блока формирования, вход генератора псевдослучайной последовательности является первым входом данного блока, а выход является вторым выходом блока и связан с входом регистра оперативного запоминающего устройства, вход "Разрешение" которого является вторым входом упомянутого блока, а соответствующие счетные выходы являются первым выходом упомянутого блока и подключены к установочному входу перестраиваемого генератора прямоугольных импульсов, при этом один из выходом регистра оперативного запоминающего устройства является четвертым выходом блока формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов. 8. Устройство по пп.1 и 5, отличающееся тем, что блок формирования импульсных квазислучайных управляющих сигналов выполнен в виде двух генераторов псевдослучайной последовательности, регистра оперативного запоминающего устройства и перестраиваемого генератора прямоугольных импульсов, выход которого является третьим выходом упомянутого блока формирования, вход каждого из генераторов псевдослучайной последовательности подключен к выходу тактового генератора, а выход первого генератора связан с входом регистра оперативного запоминающего устройства, выход второго является вторым выходом упомянутого блока и связан с установочным входом перестраиваемого генератора прямоугольных импульсов, при этом соответствующие выходы регистра оперативного запоминающего устройства являются первым и четвертым выходами упомянутого блока, вход "Разрешение" является вторым входом этого блока. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что антенный тракт выполнен в виде частотно-избирательного тракта.