УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕРАПИИ Российский патент 1997 года по МПК A61N5/02 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для лечения и профилактики различных заболеваний путем физиотерапевтического воздействия импульсными электромагнитными полями со спектром частот, лежащим в терапевтическом диапазоне (0-10¹² Гц) и содержащим, в частности, крайне высокие частоты (КВЧ) в диапазоне 30-300 ГГц, что соответствует длинам волн в свободном пространстве 1-10 мм.

Лечебный эффект подобных устройств обусловлен тем, что воздействующие на больной организм сигналы от этих устройств имитируют корректирующие сигналы, вырабатываемые самим организмом, помогая ему быстрее и эффективнее устранять нарушения.

КВЧ-сигналы, как и сигналы, содержащие частоты других участков терапевтического диапазона, приводят в действие механизмы, исправляющие возникающие в организме нарушения.

В организме КВЧ-сигналы генерируются клеточными мембранами с временными подструктурами, образующимися на их поверхности при нарушениях функционирования. Элементы подструктур состоят из белковых молекул, по крайней мере одна из резонансных частот которых совпадает с частотой генерируемого в клетке сигнала.

В зависимости от частоты КВЧ-сигналы ускоряют биохимические реакции, влияя на ферментативную активность, позволяют установить, усилить или ослабить межклеточную связь и взаимодействие.

Воздействие на организм внешних КВЧ-сигналов может существенно ускорить формирование указанных подструктур и содействовать увеличению размеров их элементов. После устранения нарушений белковые подструктуры постепенно расформировываются и входящие в них белковые молекулы вновь переходят в цитоплазму.

При профилактическом воздействии импульсных электромагнитных полей (электромагнитных импульсов) на здоровый организм наблюдается эффект тренировки, подготавливающий организм к последующим неблагоприятным воздействиям, например к побочным действиям лечебных химических препаратов или ионизирующей радиации, делающий организм менее восприимчивым к ним.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к изобретению является устройство микроволновой рефлексотерапии "Порог", описанное в а. с. СССР N 1611345, кл. А 61 N 5/02, 1990. Оно содержит генератор, систему формирования импульсов, фильтр верхних частот и систему излучения. Устройство включает также трансформатор типов волн. Генератор выполнен в виде источника КВЧ-шума и соединен своим входом с системой формирования импульсов, а выходом через фильтр верхних частот с трансформатором типов волн, включенным на входе системы излучения.

Подобное техническое решение позволяет значительно расширить функциональные возможности устройства, устраняя большее количество нарушений в организме, и повысить эффективность лечения.

Последнее возможно как за счет ускорения биологического эффекта в результате комплексного воздействия сразу на нескольких терапевтических частотах широкополосного выходного излучения устройства, так и за счет эксплуатационных преимуществ, заключающихся в уменьшении времени поиска резонансных частот, а также уменьшении времени необходимого воздействия сигнала. КВЧ-излучение импульсного характера более эффективно воздействует на организм, чем КВЧ-излучение в непрерывном режиме, что позволяет сократить время воздействия. Однако достигнуты в устройстве "Порог" повышение эффективности и уменьшение времени проведения лечебной процедуры недостаточны, что определяется хаотичностью воздействия шумового спектра сигнала на каждой из возможных терапевтических частот (хаотичными амплитудами и временами воздействия в пределах каждого шумового импульса) и невозможностью воздействовать на организм в том или ином заданном участке спектра терапевтических частот.

В основу изобретения поставлена задача создания устройства для импульсной электромагнитной терапии, в котором оптимизация воздействия на нарушения в организме обеспечивается специально создаваемыми упорядоченными электромагнитными импульсами (УЭМИ), и тем самым повышается эффективность проведения лечебной или профилактической процедуры и сокращается время ее проведения.

УЭМИ являются новым лечебным и профилактическим физическим фактором по сравнению с известными и характеризуются неизменными или изменяющимися от импульса к импульсу по заданному закону сплошным спектром плотности мощности, формой импульса, включая крутой фронт каждого импульса (определяемый условием соответствия полосе частот терапевтического диапазона, а также характером нарушения в организме, которое требуется устранить), и амплитудами, обеспечивающими максимальное лечебное и профилактическое действие.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для импульсной электромагнитной терапии, содержащем генератор, систему формирования импульсов, фильтр верхних частот и систему излучения, в соответствии с изобретением, генератор выполнен в виде источника УЭМИ, своим выходом подключенного через систему формирования импульсов и фильтр верхних частот к системе излучения. Система формирования импульсов выполнена коаксиальной из не менее чем двух каскадов. Вход каждого каскада, кроме первого, электрически соединен с выходом предыдущего. Каждый каскад содержит накопительно-передающую коаксиальную линию и обостряющий двухэлектродный разрядник с регулируемым кольцевым зазором, выполненным между торцами противостоящих электродов на стыке двух линий. При этом выполняются соотношения
2 ≅ Δ/d_max ≅ 100, (1)
d_max≅ r ≅ Δ2,
где 4 Δ ширина кольцевого межэлектродного зазора разрядника;
d_max максимальная длина межэлектродного зазора;
r радиус скругления краев торца.

Хотя бы один разрядник системы формирования образован стыком двух линий, удовлетворяющих соотношению
Z₂ ≥ 3•Z₁, (3)
где Z₁ волновое сопротивление линии, подключенной к данному обостряющему разряднику со стороны генератора;
Z₂ волновое сопротивление линии, подключенной к данному разряднику со стороны системы излучения.

В данном устройстве система излучения может быть выполнена в виде широкополосной ТЕМ-системы полеобразования, образованной двумя проводниками, каждый из которых представляет собой пространственно односвязную область, с подключенной к ее выходу нагрузкой.

Кроме того, в данном устройстве система излучения может быть выполнена в виде широкополосного ТЕМ-излучателя.

В изобретении между выходом фильтра верхних частот и входом системы излучения может быть включен широкополосный аттенюатор.

Выполнение генератора в виде источника УЭМИ обеспечивает частичное расширение спектра и увеличение эффективности терапевтического действия, сокращение времени проведения процедуры за счет того, что каждый из генерируемых импульсов содержит сплошной неизменный (или изменяющийся по определенному закону) от импульса к импульсу спектр плотности мощности с частотами, находящимися в терапевтическом диапазоне, и за счет регулировки частоты следования импульсов в том числе возможности генерирования одиночных импульсов. Расширение спектра терапевтического действия за счет генератора является частичным, поскольку генератор не обеспечивает получения импульсов с короткими фронтами t_ф ≅ 1 нс.

Конструктивные особенности системы формирования импульсов в части выполнения разрядников позволяют получать минимально возможную и регулируемую длительность фронта импульсов и длительность импульсов, что обеспечивает как расширение полосы частот формируемых упорядоченных электромагнитных импульсов за счет увеличения верхней граничной частоты, а значит и дополнительное расширение спектра и увеличение эффективности терапевтического действия, так и регулируемый характер полосы частот, что приводит к увеличению избирательности воздействия на нарушения в организме. Возможность регулирования зазоров разрядников позволяет изменять ширину полосы формируемых УЭМИ за счет верхних частот и тем самым увеличить избирательность воздействия на нарушения в организме.

Выполнение накопительно-передающих линий в системе формирования импульсов коаксиальными позволяет использовать в устройстве другой по сравнению с прототипом тип волны в качестве рабочего, а именно поперечную электромагнитную волну (Т-волну, ТЕМ-волну). Последнее, с одной стороны, расширяет диапазон воздействия, спектр терапевтического действия за счет обеспечения сплошного спектра плотности мощности и за счет расширения полосы частот УЭМИ, а с другой стороны, позволяет увеличивать объемы, заполняемые электромагнитным полем, и создает принципиальную возможность построения системы излучения (полеобразования) в виде комфортабельных комнат, где пациенты могут принимать процедуры индивидуально или группами.

Наличие и место включения фильтра верхних частот позволяет регулировать нижнюю граничную частоту, в том числе обеспечивать равенство ее нулю.

Конструктивное выполнение системы излучения обеспечивает оптимальный в каждом конкретном случае лечения или профилактической процедуры вариант воздействия на организм сформированными УЭМИ. Этот вариант воздействия может быть точечным, локальным или глобальным в зависимости от того на точку, участок поверхности тела или на весь организм (группу пациентов) оказывается воздействие при помощи УЭМИ. Вариант воздействия может быть контактным или бесконтактным, а также может быть осуществлен на кожные покровы или слизистые оболочки. Тот или иной вариант воздействия осуществляется при помощи соответствующих ТЕМ-системы полеобразования или широкополосного ТЕМ-излучателя. Система полеобразования, образованная двумя проводниками, каждый из которых представляет собой пространственно-односвязную область, обеспечивает распространение поперечной электромагнитной волны.

Условия, накладываемые на волновые сопротивления линий и геометрические характеристики разрядников, позволяют минимизировать длительность фронта формируемых УЭМИ, за счет чего сплошной спектр плотности мощности каждого из УЭМИ может содержать частоты КВЧ-диапазона, что существенно расширяет спектр и увеличивает эффективность терапевтического действия УЭМИ, сокращает время проведения процедуры.

Таким образом, отличительные признаки изобретения характеризуют как выполнение конкретных функциональных блоков устройства (генератор, система формирования импульсов, система излучения), так и новые взаимосвязи между ними.

Заявителю неизвестны устройства для КВЧ-терапии, основным типом волны в которых является Т-волна. Более того, в применяемых КВЧ-приборах невозможно распространение Т-волны.

Т-волны характеризуются тем, что они
не имеют критической частоты (конечной критической длины волны);
имеют только поперечные составляющие поля;
не обладают дисперсией (т.е. фазовая скорость волны не зависит от частоты колебаний).

Именно использование Т-волны в изобретении позволяет ему работать не только в диапазоне крайне высоких частот, но и в любом более низкочастотном диапазоне в полосе частот любой требуемой ширины, в том числе используя весь сплошной спектр частот
0 ≅ ω ≅ 2,2/t_ф.min
где t_ф.min минимальная длительность фронта импульса (t_ф.min 10^-12 с).

Системы формирования, подобные описываемой, применяются в ускорительной технике (см. например, Желтов К. А. Коробков С. А. Петренко А. Н. Шалиманов В. Ф. Пикосекундный сильноточный ускоритель электронов // ПТЭ. 1990, N1, с. 37-41).

Эти системы формирования так же, как в изобретении, выполнены из нескольких каскадов, содержащих накопительно-передающие коаксиальные линии и двухэлектродные разрядники. Однако в изобретении, в отличие от известных устройств, каждый разрядник выполнен с регулируемым кольцевым микрозазором (d_max<1 мм) между торцами противостоящих электродов на стыке двух линий, причем соблюдаются соотношения (1) и (2). Кольцевая форма торцов электродов каждого разрядника в изобретении обеспечивает минимизацию межэлектродной емкости и, следовательно, уменьшение длительности фронта УЭМИ. Хотя бы один разрядник образован стыком двух линий, удовлетворяющих соотношению (3).

Рассмотрено выполнение системы формирования в изобретении делает ее более быстродействующей чем известные и менее высоковольтной, позволяет формировать электромагнитные импульсы с Т-волной, содержащие в своем сплошном спектре все возможные терапевтические частоты от 0 до 10¹² Гц, что и открывает возможность использования изобретения в медицинских целях.

Заявителям неизвестны примеры конструктивного выполнения системы формирования импульсов, аналогичные описанному в изобретении (в части обостряющих разрядников с регулируемым зазором на стыках накопительно-передающих линий).

Описанное выполнение системы формирования как функционального блока привело к возникновению нового эффекта, заключающегося в формировании упорядоченных электромагнитных импульсов с длительностью фронта, которая может не превышать единицы пикосекунд, и со сплошным спектром частот, который может содержать любые требуемые терапевтические частоты в диапазоне 0-10¹² Гц. Этот новый эффект отличен от эффекта, обусловленного наличием подобных функциональных блоков устройства в других совокупностях признаков, и характерен для предлагаемого устройства в целом.

Заявителям также неизвестны примеры применения для лечения и профилактики в медицине системы излучения предлагаемого устройства в виде системы полеобразования, обеспечивающей распространение поперечной электромагнитной волны.

На фиг.1 изображено устройство в целом; на фиг.2 вариант выполнения системы полеобразования, вид справа; на фиг.3 то же, вид сверху; на фиг.4 - спектры плотности мощности УЭМИ на выходе системы излучения и спектр возможных терапевтических частот.

Устройство для импульсной электромагнитной терапии содержит генератор 1, выполненный в виде источника упорядоченных электромагнитных импульсов, выход которого подключен при помощи отрезка 2 коаксиального кабеля к входу системы 3 формирования. Последняя выполнена также коаксиальной, состоящей не менее чем из двух каскадов (на фиг.1 представлены три каскада). Каждый из каскадов содержит широкополосную накопительно-передающую коаксиальную линию 4 (5, 6) и обостряющий двухэлектродный разрядник 7 (8, 9) с регулируемым (возможность регулировки на фиг.1 обозначена стрелками) кольцевым межэлектродным зазором 10 (11). Вход каждого каскада, кроме первого, электрически соединен с выходом предыдущего каскада. Выходной каскад системы 3 формирования подсоединен при помощи отрезка 12 гибкого широкополосного коаксиального кабеля через фильтр 13 верхних частот к входу системы 14 излучения. Хотя бы один обостряющий разрядник (например разрядник 9) расположен на выполненном коаксиальном стыке двух линий 6 и 12 с различными волновыми сопротивлениями соответственно Z₁ и Z₂, удовлетворяющими неравенству (3), межэлектродный зазор 10 (11) каждого обостряющего разрядника 7 (8, 9) выполнен в форме кольца между торцами противостоящих электродов, причем соблюдаются соотношения (1) и (2), величины Δ d и r из которых (D ширина кольца, d длина межэлектродного зазора, d_min ≅ d ≅ d_max, где d_min, d_max соответственно минимальная и максимальная длины межэлектродного зазора, r радиус скругления краев торца электрода) на фиг.1 приведены с цифровыми индексами: D₁, d₁ и r₁ для зазора 10 и Δ₂, d₂ и r₂ для зазора 11, поскольку в общем случае эти размеры различны для каждого зазора. Разрядник 8 данного устройства иллюстрирует вариант выполнения разрядника, расположенного на стыке двух линий с одинаковыми волновыми сопротивлениями. Выполнение разрядника 8 удовлетворяющим неравенствам (1) и (2) позволяет уменьшить межэлектродную емкость разрядника при сохранении однородным поля в межэлектродном зазоре 10, увеличить пробивное напряжение разрядника 8, достичь многоканального пробоя зазора 10 и, следовательно, уменьшить длительность фронта формируемого импульса. Любой из разрядников 7, 8, 9 может быть выполнен с газообразным диэлектриком. Тогда минимальная длительность t_ф.min (нс) фронта импульса, формируемого каждым из обостряющих разрядников 7, 8, 9, а, следовательно, и верхняя границы полосы частот, содержащихся в спектре импульса, определяется временем τ_к (нс) коммутации разрядника

где N число искровых каналов при разряде;
Z, Ом суммарное волновое сопротивление линий, примыкающих к разряднику;
E, кВ/мм пробивная напряженность электрического поля между электродами разрядника;
ρ плотность используемого газа;
r_o плотность воздуха при нормальных условиях (температуре и давлении).

Расположение обостряющего разрядника на стыке двух линий с соотношением волновых сопротивлений Z₂/Z₁≥3 позволяет увеличить амплитуду напряжения в линии с Z₂ и уменьшить τ_к в данном разряднике за счет увеличения Z (см.(4)), поскольку Z= Z₁+Z₂, а Z₂/Z₁≥3 из-за того, что линия после разрядника выполнена с волновым сопротивлением Z₂, хотя бы в три раза большим, чем у линии до разрядника, а также позволяет уменьшить время коммутации последующего (или последующих) разрядника (ов), если этот разрядник не выходной, из-за увеличения напряжения в линии с Z₂ и увеличения скорости нарастания напряжения, а следовательно, и увеличения напряженности E в (4).

Обостряющие разрядники 7, 8, 9 выполнены с межэлектродными зазорами d_max<1 мм, что обеспечивает дополнительное повышение пробивной напряженности электрического поля в межэлектродном зазоре (а значит дополнительное уменьшение длительности фронта формируемого импульса), поскольку в микрозазорах пробивная напряженность возрастает.

В соотношении (1) 2 ≅ Δ/d_max ≅ 100, так как при Δ/d_max > 100 существенно возрастает межэлектродная емкость в разряднике 7 (8, 9), а при Δ/d_max < 2 существенно возрастает степень неоднородности поля в межэлектродной зазоре, в том числе в зазоре 10 (11). И то, и другое ведет к увеличению длительности фронта формируемого импульса и невозможности решить поставленную задачу.

В соотношении (2) d_max ≅ r ≅ Δ/2 так как и при r < d_max и при r > Δ/2 существенно возрастает степень неоднородности поля в межэлектродном зазоре, в том числе зазоре 10 (11), что ведет к увеличению длительности фронта формируемого импульса и невозможности решить поставленную задачу.

В соотношении (3) Z₂ ≥ 3•Z₁, так как при 1 < Z₂/Z₁ < 3 импеданс (полное сопротивление, в данном случае суммарное волновое сопротивление) Z=Z₁+Z₂, амплитуда и скорость нарастания напряжения в линии с волновым сопротивлением Z₂ после срабатывания разрядника на стыке линий с Z₁ и Z₂ недостаточно возрастают, по сравнению с известным выполнением, когда Z₂=Z₁, для того, чтобы достичь длительностей фронта формируемых импульсов, соответствующих диапазону крайне высоких частот. При Z₂<Z₁ процесс обострения фронта формируемого импульса существенно ухудшается.

Предусмотренная в предлагаемом устройстве регулировка длительности t_и импульса позволяет регулировать амплитуду спектра плотности мощности в области низких частот УЭМИ и применяется при необходимости.

Регулировка длительности УЭМИ более длинных, чем наносекундные, осуществляется при помощи генератора 1.

Регулировка длительности наносекундных и более коротких УЭМИ осуществляется при помощи системы 3 формирования. Для регулировки длительности импульса система 3 формирования может содержать дополнительно короткозамкнутую линию или короткую линию, или срезающий разрядник.

Фильтр 13 верхних частот выполнен с возможностью регулировки нижней граничной частоты плоть до частоты, равной нулю, и, следовательно, регулировки полосы частот каждого формируемого импульса со стороны нижних частот. Одним из простейших вариантов фильтра 13 может служить фильтр 13 на базе безындуктивной переменной емкости, включенной в разрыв центрального проводника коаксиальной линии 12, выполненной (емкости) с возможностью замыкания разрыва этого центрального проводника.

Для формирования и передачи широкополосного импульсного сигнала в предлагаемом устройстве применяются широкополосные коаксиальные линии 4, 5, 6, 12 и система 14 излучения, основным типом волны в которых является поперечная электромагнитная волна (Т-волна, ТЕМ-волна).

Система 14 излучения может быть выполнена в виде ТЕМ-системы полеобразования (один из возможных вариантов системы полеобразования приведен на фиг. 2 и 3) или в виде ТЕМ-излучателя. Система полеобразования содержит вход 15, к которому подсоединен выход системы формирования (через фильтр верхних частот), рабочие объемы 16 и 17, в одном из которых находится пациент или часть его тела во время терапевтической процедуры, неподвижные наружные низковольтные электроды 18 и 20 одинаковой формы, подвижный внутренний высоковольтный электрод 19, нагрузку 21 с импедансом Z_Н, 0 ≅ Z_н ≅ ∞ Стрелками указаны направления движения электрода 19, за счет которого изменяются величины объемов 16 и 17 и напряженность поля в системе полеобразования. ТЕМ-система полеобразования позволяет заполнять импульсным электромагнитным полем различные объемы, в том числе существенно превышающие 1 м³.

ТЕМ-излучатель может быть выполнен в виде плавного перехода, ТЕМ-рупора, коаксиального соединителя. ТЕМ-излучатель может быть нагружен на участок поверхности тела пациента непосредственно, через воздушный зазор или через иную диэлектрическую вставку. ТЕМ-излучатель конструктивно может быть выполнен позволяющим осуществлять излучение на слизистые оболочки, а также может быть выполнен с площадью раскрыва, превышающей 1 м².

Каждый из вариантов выполнения системы 14 излучения обеспечивает распространение без нежелательных искажений импульсов, каждый из которых может содержать непрерывную полосу частот любой требуемой ширины в диапазоне частот 0 ≅ ω ≅ 2,2/t_ф.min.

Варианты системы 14 излучения предлагаемого устройства позволяют пациенту (или части его тела) находиться внутри системы 14 излучения (вариант с системой полеобразования), а также вне системы 14 излучения (варианты с излучателями).

Выполнение нагрузки системы полеобразования с импедансом Z_Н, который может изменяться в пределах 0 ≅ Z_н ≅ ∞, в том числе в виде согласованной нагрузки, позволяет получать в системе полеобразования при одном и том же сигнале (импульсе) на выходе системы 3 формирования широкий ряд разнообразных терапевтических воздействий и выбрать из этого ряда наиболее эффективное.

Для получения коротких фронтов в формируемых УЭМИ применены обостряющие разрядники 7, 8, 9, к электродам которых прикладывается высокое импульсное напряжение, получаемое при помощи генератора 1. В упорядоченных электромагнитных импульсах (УЭМИ) со сплошным широкополосным спектром плотность мощности распределена в широкой полосе частот (0 ≅ ω ≅ 2,2/t_ф). Распределение плотности мощности УЭМИ в широкой полосе частот может привести к тому, что интенсивность воздействия на терапевтических частотах окажется недостаточной при использовании низковольтных УЭМИ от низковольтного генератора. Поэтому для обеспечения достаточных для лечебного воздействия уровней плотности мощности УЭМИ должны быть высоковольтными. Высоковольтные УЭМИ позволяют также при помощи системы излучения заполнить плотностью мощности, достаточной для лечебного воздействия, объемы, существенно превышающие один кубический метр. Амплитуда УЭМИ может достигать десятков киловольт и более, а длительность десятков пикосекунд и менее. При необходимости амплитуда УЭМИ всегда может быть уменьшена до требуемого уровня при помощи широкополосного аттенюатора, который включается в качестве дополнительного элемента устройства между выходом фильтра 13 верхних частот и входом системы 14 излучения.

Устройство позволяет получать на выходе системы излучения УЭМИ, примеры спектров плотности мощности которых представлены на фиг.4. На фиг.4 кривая 22 представляет сплошной равномерный спектр плотности мощности каждого из упорядоченных электромагнитных импульсов, полученных при помощи предлагаемого устройства, t_ф.min минимальная длительность фронта импульсов, ω_с.min - минимальная частота среза, ω_с.min = 0; кривая 23 представляет спектр терапевтических частот ω_T1, ω_T2, ω_T3,..., ω_T4 и т.д. кривые 24 и 25 представляют полосы частот требуемой для конкретного лечебного воздействия ширины в различных участках спектра 22, которые могут быть получены при помощи предлагаемого устройства, ограниченные снизу частотами среза ω_c1 (для кривой 24) и ω_c2 (для кривой 25), а сверху - частотами 2,2/t_ф1 (для кривой 24) и 2,2/t_ф2 (для кривой 25), соответствующими длительностям фронта t_ф1 и t_ф2 сформированных импульсов. Как показано на фиг.4, изобретение позволяет воздействовать как во всем спектре терапевтических частот (кривые 22 и 23), так и в требуемом "вырезанном" участке спектра 23 терапевтических частот (кривые 24, 25 и 23), что означает избирательное воздействие именно на заданных терапевтических частотах.

Если известные КВЧ-приборы позволяют перестраивать частоты, заключенные в КВЧ-сигнале, в полосе, составляющей 10-20% от основной (несущей) частоты, то в предлагаемом устройстве, создающем УЭМИ, ограничений по изменению ширины полосы частот в рамках 0 ≅ ω ≅ 2,2/t_ф.min в принципе нет. Потому предлагаемое устройство позволяет сократить время проведения терапевтических процедур за счет отсутствия необходимости поиска резонансных терапевтических частот, а также расширить спектр и увеличить эффективность терапевтического действия.

Изобретение позволяет получать УЭМИ, близкие по форме к импульсной функции Дирака, единичному импульсу δ(t), имеющие короткие длительности. Единичный импульс имеет спектральную функцию , а следовательно, и спектральную плотность мощности, не изменяющуюся с изменением частоты .

Это означает, что изобретение позволяет получать упорядоченные электромагнитные импульсы, длительность которых может не превышать или ненамного превышать длительность их фронта, каждый из которых имеет сплошной спектр, равномерный во всем диапазоне частот 0 ≅ ω ≅ 2,2/t_ф, где t_ф длительность фронта импульса. Из этого спектра при необходимости может быть "вырезана" полоса частот любой требуемой ширины в нужном участке спектра посредством применения фильтра 13 верхних частот, не пропускающего низкочастотные составляющие спектра, и посредством регулировки длительности фронта импульсов и длительности импульсов, ограничивающих ширину полосы частот со стороны высоких частот.

Отличительной чертой УЭМИ, получаемых при помощи изобретения, особенно импульсов, близких по форме к δ(t)-функции, является увеличение мгновенной мощности в импульсе при неизменной энергии импульса по сравнению с известными КВЧ- и более длинноволновыми сигналами. Это приводит к увеличению эффективности терапевтического действия при использовании предлагаемого устройства.

Принципиальным отличием воздействия на организм УЭМИ, получаемых при помощи изобретения, от шумовых КВЧ-сигналов является одинаковость или упорядоченность процесса воздействия на данной частоте сплошного спектра УЭМИ от импульса к импульсу, тогда как при шумовом КВЧ-сигнале процесс воздействия на данной частоте от импульса к импульсу изменяется случайным образом. Упорядоченные электромагнитные импульсы оказывают более эффективное терапевтическое действие на организм чем шумовые.

Генератор 1 и система 3 формирования выполнены портативными, система 14 излучения в виде ТЕМ-системы полеобразования может быть выполнена разборной. ТЕМ-система полеобразования и ТЕМ-излучатели могут иметь любые заданные размеры.

Устройство работает следующим образом.

Высоковольтные широкополосные электромагнитные импульсы от генератора 1 подаются через отрезок 2 коаксиального кабеля на вход (входной каскад) системы 3 формирования. Энергия импульсов от генератора 1 до выхода из системы 14 излучения передается посредством основного типа волн поперечной электромагнитной волны (ТЕМ-волны, Т-волны). Импульсы могут подаваться в частотном режиме с плавной регулировкой частоты следования (повторения), а также в режиме одиночных импульсов. Переключение режимов с частотного на режим одиночных импульсов и обратно, а также задание и регулировка частоты следования (повторения) импульсов осуществляется при помощи генератора 1. Одиночный импульс можно получить на выходе предлагаемого устройства в любой заданный момент времени. Диапазон регулировки частот следования импульсов от 0 до 300 Гц и более. Линия 4 от генератора 1 заряжается высоковольтным электромагнитным импульсом, который распространяется по ней к разряднику 7 со скоростью , где c скорость света в вакууме, e относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего линию 4. Дойдя до разрядника 7, ЭМИ приводит к импульсному нарастанию напряжения на разряднике 7 до пробивного напряжения, после чего происходит коммутация разрядника 7 с временем, меньшим, чем длительность фронта импульса, падающего на разрядник 7, то есть происходит обострение фронта импульса. Величина пробивного напряжения и время коммутации разрядника 7 регулируются величиной межэлектродного зазора в разряднике 7. После коммутации разрядника 7 формируемый ЭМИ подается в линию 5 следующего каскада системы 3 формирования. По линии 5 формируемый импульс распространяется к разряднику 8, на котором происходит дальнейшее обострение фронта импульса и достигается многоканальный пробой зазора 10. Разрядник 8 иллюстрирует вариант наиболее эффективного обострения фронта ЭМИ в случае его выполнения на стыке двух линий с одинаковыми волновыми сопротивлениями. Наиболее эффективное обострение происходит вследствие выполнения зазора 10 разрядника 8 кольцевым с регулируемой длиной (величиной) зазора d_1min≅d₁≅d_1max, шириной кольца D₁, радиусом r₁ скругления торцов электрода, удовлетворяющих неравенствам (1), (2). После коммутации разрядника 8 ЭМИ подается на последующие каскады системы 3 формирования, где осуществляется регулировка длительности импульса и регулировка длительности фронта импульса. Регулировка длительности фронта импульса осуществляется изменением длины d межэлектродных зазоров обостряющих разрядников. При этом длительность фронта импульса может как уменьшаться (в случае приближения длины d зазора к оптимальной величине), так и увеличиваться (в случае удаления длины d зазора от оптимальной величины). Регулировка длительности импульса, если она необходима, осуществляется при помощи короткой накопительной линии или короткозамкнутой линии, или срезающего разрядника (на чертежах не приведены). Далее формируемый ЭМИ подается на линию 6 выходного каскада системы 3 формирования, после прохождения которой поступает на выходной разрядник 9. Выходной разрядник 9 обеспечивает формирование электромагнитного импульса с предельно короткой длительностью фронта t_ф.min, составляющей единицы пикосекунд благодаря ряду факторов, в том числе:
предельно высокой скорости нарастания падающего (поступающего) на разрядник 9 импульса, превышающей 10¹⁵ В/с;
многоканальному разряду, близкому к диффузному, неконрагированному, в разрядном зазоре (промежутке) 11;
использованию в качестве разрядного зазора 11 кольцевого микрозазора с однородным полем и пробивной напряженностью, превышающей 10⁹ В/м;
благодаря возможности регулирования межэлектродного зазора 11 разрядника 9, в том числе во время работы предлагаемого устройства.

После срабатывания (коммутации) разрядника 9 импульс подается в линию 12, которая может быть выполнена в виде отрезка гибкого коаксиального широкополосного кабеля, далее на фильтр 13 верхних частот, не пропускающий нежелательные низкочастотные составляющие спектра. С выхода фильтра 13 верхних частот сформированный импульс подается на вход системы 14 излучения. Система 14 излучения в зависимости от варианта ее выполнения позволяет обеспечить при помощи сформированного импульса глобальное воздействие (воздействие на весь организм пациента или на нескольких пациентов), локальное воздействие (на участок поверхности тела), точечное воздействия, а также контактное и бесконтактное воздействия, воздействие посредством свободных волн (от излучателя), воздействие посредством связанных и свободных волн (от системы полеобразования). По такой системе полеобразования сформированный электромагнитный импульс от входа 15 распространяется между наружными неподвижными низковольтными электродами 18 и 20 и внутренним подвижным высоковольтным электродом 19 к рабочим объемам 16 и 17 и далее в нагрузку 21 с импедансом 0 ≅ Z_н ≅ ∞, в которой в зависимости от величины импеданса Z_Н ЭМИ может быть полностью или частично поглощен, отражен. При этом (0 ≅ Z_н ≅ ∞) в системе полеобразования при одном и том же импульсе на выходе системы 3 формирования получается широкий ряд импульсов, обеспечивающих разнообразные терапевтические воздействия.

После прохождения системы 14 излучения сформированный импульс имеет спектр плотности мощности, варианты которого представлены на фиг.4 (кривые 22, 24, 25). Конкретная форма спектра плотности мощности определяется длительностью фронта сформированного импульса (t_ф.min для кривой 22, t_ф1 для кривой 24, t_ф2 для кривой 25), частотой среза фильтра 13 верхних частот ω_c.min = 0 для кривой 22, ω_c1 для кривой 24, ω_c2 для кривой 25), формой сформированного импульса и содержит требуемые терапевтические частоты из спектра 23 терапевтических частот (ω_T1, ω_T2 и т.д.).

Предлагаемое устройство может работать как в режиме одиночных импульсов, так и в частотном режиме с частотой следования импульсов от 0 до 300 Гц и более. Это позволяет расширить возможности устройства при выборе оптимального режима воздействия для конкретного пациента.

Предлагаемое устройство работает от сети 220 В, 50 Гц, потребляет мощность порядка 10 Вт, выполнено удобным для применения в медицинских учреждениях и на дому. При этом процедуры проводятся квалифицированными специально подготовленными медицинскими работниками.

Таким образом изобретение обеспечивает решение поставленной задачи. Оно также позволяет обойтись без трансформатора типов волн, поскольку работает на волне основного типа (Т-волне) и, в результате упростить конструкцию. При этом следует подчеркнуть, что изобретение может с успехом заменить целый ряд физиотерапевтических приборов, работающих в субмиллиметровом, миллиметровом (КВЧ-приборы), сантиметровом, дециметровом и более длинноволновых диапазонах, увеличив эффективность терапевтического действия и сократив время проведения процедур, что приведет к снижению стоимости оборудования, процедур, лечения и профилактики в целом.

Применение предлагаемого устройства при лечении ряда заболеваний показало его высокую эффективность. Так, например, для группы пациентов из 25 человек с сильными болями в области плечевых суставов, с поражением периартикулярных тканей, с ограничением движений в суставах (диагноз плечелопаточный периартроз) был проведен один курс лечения при помощи предлагаемого устройства с системой полеобразования по 12 сеансов. Длительность сеанса 8^oC15 мин. Эффективность лечения оценивалась по степени снижения болевого синдрома, изменения объема активных и пассивных движений, улучшения психологического статуса. Значительное улучшение отмечено у 82% больных (пациентов) с почти полным исчезновением боли и восстановлением объема движений в суставе.

Кроме того отработаны разовые и курсовые терапевтические дозы, определены лечебные методики для больных с патологией органов опоры и движения, а также с заболеванием сосудов и сердца. В частности, был установлен четкий гипотензивный эффект при наличии у больных гипертензии, особенно I и II стадии гипертонической болезни. В этой связи предлагаемое устройство возможно применять для лечения больных гипертонической болезнью I II стадии, а также при ряде симптоматических гипертоний.

Учитывая благоприятное влияние УЭМИ от предлагаемого устройства на сосудистый тонус, оно может быть использовано для улучшения состояния коронарного и миокардиального резерва. Это позволяет задействовать его при лечении больных с атеросклеротическими поражениями сосудов мозга, сердца, конечностей, что значительно расширяет возможности реабилитации больных ишемической болезнью. УЭМИ от предлагаемого устройства оказывают благоприятное влияние на сердечно-сосудистую систему, обладают трофическим, обезболивающим действием.

Широкий спектр благоприятного терапевтического действия упорядоченных электромагнитных импульсов от предлагаемого устройства можно объяснить тем, что УЭМИ устраняют полностью или частично причины, вызвавшие те или иные нарушения в организме.

Область использования: к медицинской технике и предназначено для лечения и профилактики различных заболеваний путем проведения физиотерапевтических процедур. Сущность изобретения: устройство позволяет оптимизировать воздействие на нарушения в организме за счет упорядоченных электромагнитных импульсов (УЭМИ) со сплошным спектром, в том числе импульсов с возможно более коротким (пикосекундным) фронтом. УЭМИ с коротким фронтом увеличивают эффективность лечебных или профилактических процедур и уменьшают время их проведения. Устройство содержит генератор, систему формирования импульсов, фильтр верхних частот и систему излучения. В соответствии с изобретением генератор выполнен в виде источника упорядоченных электромагнитных импульсов и может работать на любую нагрузку. Система формирования выполнена коаксиальной, состоящей не менее чем из двух каскадов, каждый из которых содержит широкополосную накопительно-передающую коаксиальную линию и обостряющий двухэлектродный разрядник с регулируемым кольцевым межэлектродным зазором. Хотя бы один обостряющий разрядник расположен на выполненном коаксиально стыке двух линий с существенно различными волновыми сопротивлениями. Межэлектродный зазор каждого обостряющего разрядника выполнен обеспечивающим минимальное время коммутации, для чего соблюден ряд соотношений между размерами элементов разрядника. Фильтр верхних частот включен между системой формирования и системой излучения. Система излучения выполнена широкополосной, в том числе в виде ТЕМ-системы полеобразования или в виде ТЕМ-излучателя. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для импульсной электромагнитной терапии, содержащее генератор, систему формирования импульсов, фильтр верхних частот и систему излучения, отличающееся тем, что генератор выполнен в виде источника упорядоченных электромагнитных импульсов, подключенного через систему формирования импульсов и фильтр верхних частот к системе излучения, система формирования импульсов выполнена коаксиальной из не менее, чем двух каскадов, вход каждого каскада, кроме первого, электрически соединен с выходом предыдущего каскада, каждый каскад содержит накопительно-передающую коаксиальную линию и обостряющий двухэлектродный разрядник с регулируемым кольцевым зазором, выполненным между торцами противостоящих электродов на стыке двух линий, при этом соблюдаются соотношения
2 ≅ Δ/d_max 100,
d_max ≅ r ≅ Δ/2,
хотя бы один разрядник образован стыком двух линий, удовлетворяющих соотношению
Z₂ ≥ 3 • Z₁,
где Δ - ширина кольцевого межэлектродного зазора разрядника;
d_m a x максимальная длина межэлектродного зазора;
r радиус скругления краев торца электрода;
Z₁ волновое сопротивление линии, подключенной к разряднику со стороны генератора;
Z₂ волновое сопротивление линии, подключенной к разряднику со стороны системы излучения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система излучения выполнена в виде широкополосной ТЕМ-системы полеобразования, образованной двумя проводниками, каждый из которых представляет собой пространственно односвязную область с подключенной к ее выходу нагрузкой. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система излучения выполнена в виде широкополосного ТЕМ-излучателя. 4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что между выходом фильтра верхних частот и входом системы излучения включен широкополосный аттенюатор.