УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ КВЧ-ВОЗДЕЙСТВИЕМ Российский патент 1998 года по МПК A61B5/02 A61N5/00 

Изобретение относится к технике анализа и может быть использовано как для исследования физических, химических и других образований, тел, объектов, так и медико-биологических объектов, например для исследования органов, установления их патологии и устранения ряда их, а также может быть использовано в ветеринарии, в фармацевтической и пищевой отраслях промышленности, технике, технологии, метрологии и экологии.

Известны КВЧ-устройства различных типов для воздействия электромагнитным излучением (ЭМИ) на живые биологические объекты - человека и микроорганизмы [1].

Эти устройства включают генератор миллиметровых (ММ) радиоволн, излучающую антенну и индикаторы работоспособности.

Недостатком этих устройств является отсутствие в них приемного устройства для исследования воздействия ЭМИ КВЧ, что не позволяет вести оперативный контроль степени воздействия и поиск активных частот. Контроль за КВЧ-воздействием ведется пост-фактум по результатам биохимических и медицинских анализов. Кроме того, эти устройства принципиально не позволяют контролировать КВЧ-воздействие на неживые биологические и физические объекты.

Известно устройство для КВЧ-терапии, состоящее из широкодиапазонного генератора ЭМИ КВЧ, излучателя и в качестве анализатора КВЧ-воздействия в него включен электроэнцефалограф и фильтр α-Δ -ритма [2].

Устройство работает следующим образом. На пациента производят КВЧ-воздействие под постоянным контролем электроэнцефалограммы в интервале длин волн 3,8 мм (78,9 ГГц) - 5,7 мм (52,6 ГГц) при плотности потока мощности на выходе излучателя, не превышающей 100 мкВт/см². КВЧ-воздействие осуществляют нарастающими по частоте сигналами продолжительностью 10-120 с, с последующим сканированием частоты, и по смене на электроэнцефалограмме β - ритма на α-Δ -ритм, характеризующий переход кортикальных элементов коры головного мозга человека в спокойное состояние, определяют индивидуальную, строго фиксированную частоту, обеспечивающую возникновение биологического эффекта.

Недостатком устройства служит неприменимость его для исследования микробиологических и физических объектов, а также невозможность контроля КВЧ-воздействия на другие органы, реакция которых неадекватна энцефалограммам мозга.

Известно также устройство для КВЧ-воздействия, состоящее из КВЧ-генераторов, которые связаны с двумя каналами, один из которых соединен с облучателем суспензии клеток, эксплантированных из организма, другой - с облучателем тела пациента, причем в последний канал включен модулятор амплитуды или частоты колебаний [3].

Устройство работает следующим образом. КВЧ-сигнал от каждого из генераторов воздействует на отдельную порцию суспензии клеток пациента in vitro, а потом после выбора нужной частоты, которая определяется биохимическим анализом по восстановлению свойств клеток в зависимости от частоты КВЧ-облучения, проводят облучение организма пациента in vivo.

Недостатком способа является отсутствие прямого анализатора КВЧ-воздействия на организм человека. В связи с этим для исследования воздействия применяется пост-фактум косвенный биохимический анализ КВЧ-воздействия на организм человека, при котором возможно получение недостоверной информации.

Наиболее близким к заявляемому устройству является установка для исследования воздействия ЭМИ КВЧ на культуру микроорганизмов, состоящая из генератора ЭМИ, ослабителя, измерительной линии, волномера, детекторной головки, стрелочного прибора, измерителя мощности падающего ЭМИ КВЧ, электромотора, перемешивающего биосреду, рупоров излучательной и приемной антенн, корректирующих линз и трансформаторов, кроме того, в установку в качестве приемника, прошедшего через биосреду ЭМИ КВЧ, включены термисторная головка и измеритель мощности [4].

Однако установка не применима к объектам большого объема - человеку и животным. Она сложна и не способна осуществлять исследование воздействия ЭМИ КВЧ на состояние и свойства в целом всего объема объекта, так как она чувствительна только к изменениям свойств биосред в тонком слое, не превышающем толщину 500 мкм. Установка также принципиально не применима для исследования неживых и физических объектов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при повышении информативности и упрощении исследований объекта КВЧ-воздействием.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для исследования объектов КВЧ-воздействием, включающее генератор миллиметрового диапазона электромагнитных волн и приемник радиоотклика объекта, излучающую и приемную антенны, соединенные через объект посредством радиоволновой связи, введен контактирующий с исследуемым объектом поршневой узел, образованный приемной антенной-аппликатором приемника, служащей поршнем, и полым цилиндром из радиопрозрачного материала с длиной по образующей не меньше поперечного размера приемной антенны-аппликатора, со сменным вкладышем в нем из несмачиваемого радиопрозрачного материала, преимущественно, в форме стакана, а приемник выполнен в виде радиометра длинноволновой части СВЧ- и/или радиодиапазона.

Предложенное устройство является комплексным устройством, включающим генератор миллиметровых радиоволн с рупорной антенной, а в качестве радиоприемника - радиометр СВЧ-и/или радиодиапазона с контактной антенной-апликатором и полым цилиндром, образующих между собой поршневой узел для размещения анализируемого объекта.

Выполнение антенны-аппликатора в виде поршневого узла дает возможность приема радиоволнового отклика объекта в непосредственном контакте с ним. Поскольку глубина радиозондирования объекта, например, в сантиметровом диапазоне радиоволн
1 λ/vε, ,
где
λ - длина волны принимаемых радиоволн, см;
ε - диэлектрическая проницаемость анализируемого объекта,
то перемещением антенны-аппликатора в цилиндре устанавливается оптимальный объем для каждого объекта.

Применение сменного вкладыша, преимущественно, в форме стакана, в который помещается объект, позволяет избежать остаточных примесей от проведенного эксперимента при смене анализируемого объекта, т.е. обеспечить чистоту анализа.

Использование КВЧ-генератора (ММ-диапазон) и СВЧ-радиометра, например, сантиметрового диапазона означает проведение воздействия на объект и приема радиоотклика от него в разных диапазонах, что дает новое качество, так как принимается радиоотклик на КВЧ-воздействие не с поверхности, а из глубины объекта. При этом радиоотклик принимает характер острорезонансного, характеристического амплитудно-частотного спектра, индивидуального для различных объектов. Эффект заключается в том, что ММ-радиоволны в узких интервалах резонансных частот свободно проникают в объект, в котором происходит в объекте естественное преобразование частот ММ-диапазона в длинноволновый участок, например сантиметровый диапазон. Следовательно, исследуемый объект выполняет активную радиофизическую функцию по преобразованию КВЧ-волн в более длинноволновую часть диапазона радиоволн - сантиметровую, дециметровую, метровую и/или радиодиапазон. Применение устройство дает возможность анализировать свойства живых и неживых биологических объектов, а также физических путем воздействия на них КВЧ-волнами.

Необходимо отметить, что резонансные эффекты и контроль КВЧ-воздействия возможны только в сочетании КВЧ-генерации и глубинного приема в СВЧ- и/или радиодиапазоне. В случае приема на частоте КВЧ-генерации эти возможности исключаются.

При проведенном патентном поиске авторами не обнаружены устройства со сходными признаками отличительной части. Поэтому авторы считают, что предлагаемое решение отвечает критерию "Новизна".

На фиг. 1. представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для исследования объектов КВЧ-воздействием содержит генератор 1 миллиметровых радиоволн, блок 2 управления эксплуатационными параметрами, излучающую рупорную антенну генератора, радиометр 4, приемную антенну-аппликатор 5 радиометра, блок 6 регистрации экспериментальных параметров объекта, полый цилиндр 7, вкладыш 8, исследуемый объект 9, защитный электромагнитный экран 12.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи. Вход генератора 1 внешней перестройки частоты соединен с выходом блока 2 управления, излучающая рупорная антенна 3 генератора 1 соединена с выходом волноводного тракта генератора, вход радиометра 4 соединен с приемной антенной-аппликатором 5, выход радиометра 4 соединен с входом блока 6 регистрации, приемная антенна-аппликатор 5 введена в полый цилиндр 7, вкладыш из радиопрозрачного материала, помещен в цилиндр 7 на торцевую часть приемной антенны-аппликатора 5, объект 9 помещен во вкладыш 8, генератор 1, радиометр 4 и объект 9 находятся между собой с радиоволновой связи через падающую КВЧ-волну 10 и принимаемую СВЧ-волну 11 радио- отклика. Все элементы радиоволнового анализатора, за исключением блока 2 управления и блока 6 регистрации, размещены в защитном электромагнитном экране 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Антенна-аппликатор 5 устанавливается в цилиндре 7 в положение, соответствующее заданному объему исследуемого объекта 9. Вкладыш 8 помещается в цилиндр на торцевую часть приемной антенны-аппликатора 5 и заполняется объектом 9 исследования. Подается напряжение электропитания на все радиотехнические элементы устройства. Далее миллиметровые радиоволны 10 от генератора 1 через излучательную рупорную антенну 3 направляются на исследуемый объект 9. С блока управления эксплуатационными параметрами 2 подается сигнал, обеспечивающий перестройку частоты генератора 1 в одном из диапазонов 30 - 60 ГГц, 60 - 90 ГГц, 90 - 120 ГГц, а также фиксирования частот вблизи 50,0 ГГц ± 2%, 52,0 ГГц ± 2%, 65,0 ГГЦ ± 5%, 100,0 ГГц ± 10% или других комбинационных частот, с шагом прохождения диапазона не более 0,1 ГГц, с экспозицией не более 5 с, мощностью не более 10 мкВт. Сигнал радиоотклика объекта 9 на воздействие миллиметровыми радиоволнами снимается с помощью приемной антенны-аппликатора 5, подается на радиометр 4 и далее на блок 6 регистрации экспериментальных параметров и проводится запись характеристического резонансного радиоволнового амплитудно-частотного спектра исследуемого объекта.

На фиг. 2 показаны примеры характеристических радиоволновых резонансных спектров: воды (H₂O) при 25^oC и тканей организма человека в трех указанных выше диапазонах, воды-льда при 0^oC, насыщенного раствора соли хлористого натрия (NaCl) при 25^oC, этилового спирта (C₂H₅OH) при 25^oC, воды при 40^oC, воды при 25^oC в магнитном поле H=5 мТл, гидродисперсной смеси соли фтористого лития (LiF) при 25^oC, гидродисперсной смеси кварца (SiO₂) при 25^oC.

Технико-экономический эффект изобретения заключается в повышении информативности анализа и возможности контроля степени КВЧ-воздействия на объекты. Таким образом, степень воздействия на живые объекты наблюдается непосредственно в динамике, и это позволяет предотвратить излишнее воздействие как по времени так, и по другим накапливаемым параметрам.

Достоверность контроля проверяется другими косвенными способами, существующими до настоящего времени, и результаты не расходятся с ними. Однако способ по применению заявляемого устройства проще, позволяет работать с ним персоналу в условиях, исключающих необходимость высокой квалификации и профессиональную вредность, благодаря использованию сверхмалых мощностей (менее 10 мкВт) и контролируемого малого времени КВЧ-воздействия (в пределах 10 - 20 мин).

Устройство применимо в силу технологичности освоения выпуска узлов в отдельности многими предприятиями, новый узел антенно-поршневой не вызывает сложности в изготовлении.

Экспериментальный образец устройства проходит апробацию в Саратовском филиале Института радиотехники и электроники РАН и в Саратовском государственном медицинском университете и получил высокую оценку.

Качество исследования заявляемым устройством превосходит аналогичное исследование устройствами и прототипом, потому что данное устройство способно получить информацию с глубины исследуемых объектов, регистрируя, таким образом, аномалии и свойства как живых, так и неживых и физических объектов, что чрезвычайно ценно, причем получаемая информация позволяет наблюдать за всем объемом исследуемого объекта и воздействовать на него дозированно без излишней передозировки.

Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого радиоволнового анализатора позволяет по сравнению с прототипом проводить анализ состава и состояния объекта, в том числе и биологической природы, в ММ-диапазоне радиоволн с регистрацией радиоотклика объекта на воздействие ММ-волн в виде характеристических острорезонансных амплитудно-частотных спектров.

Изобретение относится к технике анализа и может быть использовано как для исследования физических, химических и других образований, тел, объектов, так и медико-биологических объектов, например исследование органов, установление их патологии и устранения ряда их, а также может быть использовано в ветеринарии, в фармацевтической и пищевой отраслях промышленности, технике, технологии, метрологии и экологии. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при повышении информативности и упрощении исследований объекта КВЧ-воздействием. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для исследования объектов КВЧ-воздействием, включающее генератор миллиметрового диапазона электромагнитных волн и приемник радиоотклика объекта, излучающую и приемную антенны, соединенные через объект посредством радиоволновой связи, введен контактирующий с исследуемым объектом поршневой узел, образованный приемной антенной-аппликатором приемника, служающей поршнем, и полым цилиндром из радиопрозрачного материала с длиной по образующей не меньше поперечного размера приемной антенны-аппликатора, со сменным вкладышем в нем из несмачиваемого радиопрозрачного материала, преимущественно, в форме стакана, а приемник выполнен в виде радиометра длинноволновой части СВЧ-диапазона - сантиметрового, дециметрового, метрового и/или радиодиапазона. 2 ил.

Устройство для исследования объектов КВЧ-воздействием, включающее генератор миллиметрового диапазона электромагнитных волн и приемник, соединенные с объектом посредством радиоволновой связи через излучающую и приемную антенны, отличающееся тем, что в него введен контактирующий с исследуемым объектом поршневой узел, образованный приемной антенной-аппликатором приемника, служащий поршнем, и полым цилиндром из радиопрозрачного материала, с длиной по образующей не меньше поперечного размера приемной антенны-аппликатора, со сменным вкладышем из несмачиваемого радиопрозрачного материала, преимущественно, в форме стакана, а приемник выполнен в виде радиометра длинноволновой части СВЧ и/или радиодиапазона.