СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЗИОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ СВЕТОМ Российский патент 1998 года по МПК A61N5/06 

Изобретение относится к медицине, в частности к физиотерапии, и касается способов и устройство для физиотерапевтического облучения светом органов и тканей человека.

Известен способ светотерапии, заключающийся в облучении рефлекторных зон или патологической области с помощью устройства, включающего блок излучения, блок питания и средство доставки светового излучения от блока излучения к биообъекту [1].

Недостатками этого способа являются относительно высокая стоимость оборудования, сложность доставки излучения в некоторые полые органы, например тонкий кишечник.

Наиболее близким по технической и медицинской сущности к изобретению является способ, заключающийся в облучении биообъекта с помощью устройства, включающего блок питания, блок управления, излучатель, причем излучатель находится на относительно небольшом расстоянии от биообъекта или в непосредственном контакте с ним [2].

Недостатками способа-прототипа являются большие габариты и масса устройства, используемого для облучения, необходимость в постоянном присутствии высококвалифицированного врача-специалиста в течение всего сеанса для контроля и управления процессом воздействия, необходимость в специальном помещении амбулаторного типа, где располагается оборудование.

Цель изобретения - повышение эффективности светотерапии.

Способ для физиотерапевтического облучения светом путем облучения биообъекта электромагнитными волнами в оптическом диапазоне посредством регулируемого по частотно-энергетическим параметрам излучателя, дополнен тем, что облучение биообъекта осуществляется путем размещения излучателя в автономной капсуле, устанавливаемой непосредственно перед объектом, с диаграммой направленности излучения в диапазоне от 0,2 до 4 π стерадиан.

Капсулу размещают на внешней поверхности биообъекта с возможностью закрепления на ней. Возможно размещение капсулы в трубчатом органе биообъекте с возможностью ее продольного и вращательного перемещений. В заданном положении капсулу устанавливают в трубчатых органах посредством постоянного магнита, размещенного на поверхности биообъекта, или упругого элемента. Излучатель капсулы облучает в программируемом режиме от непрерывного до импульсного с изменяемой мощностью и длиной волны. Возможен вариант автономного включения капсулы посредством внешнего воздействия. Капсула снабжена элементами, регистрирующими параметры внешней среды, которые используются для управления параметрами излучения.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства для физиотепаревтического облучения светом, включающего источник питания, электрически соединенный через элемент управления с источником света, оптически связанным с формирующей оптической излучающей системой, при этом устройство выполнено автономным и снабжено корпусом в виде водонепроницаемой обтекаемой капсулы, корпус также имеет элементы из оптически прозрачного материала, напротив которых в нм установлена формирующая оптическая излучающая система.

Капсула дополнительно может быть снабжена устройством фиксации на биообъекте. Устройство фиксации на биообъекте выполнено в виде упругого элемента. Устройство фиксации может быть выполнено также в виде магнита. Корпус капсулы выполнен из материала, стойкого к воздействию агрессивной биосреды. В капсуле дополнительно размещены датчики состояния окружающей среды. Капсула дополнительно может быть снабжена устройством эвакуации ее с поверхности биообъекта или из органа биообъекта, например, в виде нити.

Источник питания капсулы может быть размещен вне ее. Кроме того, источник питания может быть совмещен с источником света и выполнен на основе химической или биохимической реакции. Элемент управления содержит программируемый таймер. Оптическая формирующая система представляет собой последовательно установленные в водонепроницаемом чехле собирающую линзу и оптическое волокно. Датчик состояния окружающей среды снабжен фотометром, оптическая ось которого совпадает с оптической осью источника света, включенным в электрическую цепь последовательно и/или параллельно излучателю. Датчик состояния окружающей среда может быть выполнен также в виде фотометра и зеркала, расположенных с возможностью попадания на зеркало части отраженного от биообъекта излучения и отражения ее на фотометр, который включен в электрическую цепь последовательно и/или параллельно излучателю. Корпус капсулы может быть снабжен дополнительно клеммами, соединенными с выводами источника питания, для возможности подзарядки.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1, (1 - корпус, 2 - элемент питания, 3 - элемент управления, 4 - источник света, 5 - оптически прозрачный элемент корпуса, 6 - оптическая формирующая система, 7 - устройство фиксации, 8 - устройство эвакуации, 9 - ограничитель); на фиг.3 -устройство при облучении трубчатого органа при перемещении в нем, общий вид (1 - постоянный магнит, 2 - биообъект, 3 - устройство для физиотерапевтического облучения светом, 4 - объект воздействия); на фиг.4 - устройство, облучающее трубчатый орган стационарно, общий вид (1 - устройство, 2 - трубчатый орган, 3 - упругий элемент); на фиг.5 - устройство с бесконтактным питанием от внешнего источника, общий вид (1 - устройство, 2 - источник переменного тока, 3 - излучатель-антенна, 4 - объект воздействия, 5 - выключатель); на фиг.6 - устройство, установленное на внешней поверхности биообъекта, общий вид (1 - источник питания, 2 - элемент управления, 3 - излучатель, 4 - корпус, 5 - оптически прозрачный элемент корпуса, 6 - область патологии, 7 - липкая лента или элемент фиксации); на фиг. 7 - устройство с обратной связью по мощности отраженного потока; общий вид: (а) с фронтальным расположением датчика состояния окружающей среды (1 - корпус, 2 - фотоприемник, 3 - элемент питания, 4 - источник света, 5 - оптически прозрачный элемент корпуса); (б) с оппозитным расположением датчика состояния окружающей среды (1 - корпус, 2 - оптически прозрачный элемент корпуса, 3 - элемент питания, 4 - элемент управления, 5 - излучатель, 6 - зеркало, 7 - фотоприемник); на фиг.8 - принципиальная электрическая схема устройства, использующего внешний источник питания, общий вид (1 - корпус (диэлектрик), 2 - оптически прозрачный элемент корпуса, 3 - приемная антенна электромагнитных волн, 4 - детектор, 5 - конденсатор, 6 - излучатель); на фиг.9 - оптическая схема устройства, имеющего диаграмму направленности излучателя, близкую к шаровой, общий вид (1 - оптически прозрачный корпус, 2 - элемент питания, 3 - элемент управления, 4 - излучатели); на фиг.10 - оптическая схема и общий вид устройства с гибким световолокном (1 - корпус, 2 - источник питания, 3 - элемент управления, 4 - излучатель, 5 - оптическая формирующая система, 6 - оптическое волокно, 7 - защитный чехол).

Корпус автономной капсулы представляет собой поверхность вращения: эллипсоид, сфера, цилиндр или цилиндр, сопряженный со сферой или с конусом, заполненную газом. Материал корпуса - пластмасса, например протакрил, стекло, прозрачные прозрачные природные и искусственные минералы, металл, например нержавеющая сталь. В первом случае корпус, как правило, выполняется неразъемным, во втором - разъемным. Излучатель света, состоящий из источника света и формирующей оптической системы, располагается в капсуле так, что оптическая ось излучения совпадает с осью симметрии эллипсоида корпуса. Часть корпуса обязательно имеет элементы из прозрачного для излучения материала, например органического стекла. Источник света представляет собой полупроводниковый светодиод, например АЛ 336, полупроводниковый лазер, например ИЛПН-101. Питание источника осуществляется от малогабаритных элементов питания, например N 379А, напряжением 1,5 В. Габаритные размеры капсулы зависят от используемой мощности излучения и площади облучаемого участка.

Указанный способ осуществляется следующим образом.

Автономная капсула (фиг.1 и 2), содержащая источник питания 1, элемент управления 2, источник света 3, линзу 5 в едином корпусе 4, включается перед началом сеанса с помощью воздействия на элемент управления 2. Затем капсула размещается в непосредственной близости к объекту воздействия 6 (фиг.6) (рефлексогенная зона или область патологии) и может быть также зафиксирована в этом положении с помощью, например, бинта или лейкопластыря. Дальнейшее световое воздействие изучающей капсулой идет в автономном режиме,
Подобная небольшая капсула может длительное время облучать область патологии размерами 1х1 см с мощностью 0,1 - 100 мВт в диапазоне длин волн 0,2 - 2,0 мкм. При подобных источниках света диаграмма направленности излучения имеет вид конуса с телесным углом не менее 0,2 π стерадиан. Также в качестве источника света может использоваться известное химическое соединение, обладающее эффектом флуоресценции, например соединения тетрациклинового ряда. При этом диаграмма направленности, выполненной с оптически прозрачным сферическим корпусом, становится шаровой (4π стерадиан). Аналогичной диаграммой обладает капсула, в которой используют электрически параллельно соединенные источники излучения, расположенные на поверхности сферы внутри прозрачной капсулы, также имеющей сферическую форму (фиг.10). Для того, чтобы излучение более равномерно распределялось по поверхности биообъекта, внешняя и внутренняя поверхности прозрачного корпуса капсулы могут быть выполнены не гладкими, с повышенной шероховатостью, для создания диффузного отражения и рассеяния света.

Для лечения ряда заболеваний, возникающих в полых трубчатых органах тела, в частности в тонком кишечнике, капсулу помещают в желудочно-кишечный тракт (проглатывается пациентом), далее она естественным путем проходит по желудочно-кишечному тракту и выводится наружу. За счет небольших размеров капсулы (25 мм) достигается высокая способность прохождения желудочно-кишечного тракта без повреждения. Проходя по трубчатым органам, капсула излучает свет заданной мощности и длины волны, воздействуя на область патологии. При лечении областей, доступных для эндоскопического исследования, следует применять капсулу, снабженную устройством эвакуации, в виде гибкой нити-проводника, с помощью которой капсула может быть удалена из органа обратным ходом.

Для повышения продолжительности облучения капсула со включенным облучателем 3 может удерживаться около области патологии 4, в частности в желудочно-кишечном тракте), с помощью постоянного магнита 1, который накладывается на область проекции облучаемой зоны 2 на поверхности тела (фиг.3). При этом дополнительный терапевтический эффект достигается за счет комбинированного воздействия светового потока и постоянного магнитного поля. Материал капсулы в этом случае ферромагнитный, например никель.

Другой вариант фиксации - при стационарном расположении капсулы 1 в полости органа 2, например в слуховом канале или в прямой кишке. При этом капсула закрепляется в трубчатом органе внутри с помощью упругого элемента 3 (фиг.4) за счет действия упругих сил на внутреннюю поверхность органа.

Капсула может быть снабжена датчиками, регистрирующими состояние окружающей среды, которые используются для управления параметрами излучения. Так, для повышения терапевтического эффекта возможна биосинхронизация светового воздействия с динамическими измеряемыми физиологическими параметрами человека, например, с пульсовой волной. Для этого используют известные регистраторы пульсовой волны. Капсулу включают посредством внешнего воздействия в момент максимума пульсовой волны, регистрируемой известными устройствами, и выключают после прохождения пульсовой волны. Может осуществляться также непрерывная модуляция мощности излучения динамическими физиологическими параметрами.

Для снижения влияния оптических свойств биообъекта на процесс воздействия излучения на патологии, возможна авторегулировка выходной мощности излучения по мощности отраженного светового потока. Для этого (фиг.6) капсула 1 дополнительно снабжается фотометром 2, включенным в электрическую цепь последовательно с элементом питания 3 и полупроводниковым излучателем 4. При этом мощность излучения на выходе определяется по формуле
P = β•W+P_o, (1) ,
где
β - коэффициент калибровки;
W - мощность отраженного светового потока;
P₀ - мощность излучения в неотражающее тело (постоянная).

Воздействие излучением может происходить в программируемом режиме, параметры которого задаются врачом или запрограммированы предварительно. Наиболее простой режим - постоянной мощности и длины волны. Доступны также импульсные режимы практически без ограничений на скважность импульсов. Это достигается включением в электрическую цепь одно- или мультивибратора, например таймера К1006ВИ1, и питанием излучателя от импульсов этого генератора, причем программирование режима излучения (изменение длительности и скважности импульсов) производится с помощью изменения номиналов резисторов и конденсатора, подключаемых к выводам микросхемы-таймера. Диапазон изменения частоты следования импульсов, возможный при использовании этой микросхемы-таймера, - от 0,001 до 100000 Гц. Использование импульсного режима дает возможность синхронизировать лечение с индивидуальными биологическими ритмами больного, что повышает эффективность лечения. При использовании светодиодных источников света длина волны излучения может периодически изменяться, например, с красной на зеленую, что расширяет спектр воздействия на биообъект. Также для расширения спектра воздействия могут использоваться несколько светодиодов с последовательным или параллельным включением с различными длинами волн - от ультрафиолетового до инфракрасного диапазонов.

Включение излучателя в капсуле может производиться как непосредственным контактом, так и путем внешнего воздействия. При непосредственном контакте капсулу снабжают известным устройством, замыкающим контакты излучателя. При включении посредством внешнего воздействия капсулу 1 (фиг.5) выполняют из неэлектропроводящего материала, снабжают известным электромагнитным прерывателем 2 и помещают во внешнее электромагнитное поле электромагнита 3. При включении внешнего электромагнита 3 происходит замыкание контактов электромагнитного прерывателя 2 в капсуле и включается источник излучения 4. Питание излучателя может производиться с помощью бесконтактного возбуждения электромагнитных колебаний волнами, например СВЧ-волнами). Электрическая цепь, необходимая для преобразования электромагнитных колебаний в постоянное напряжение питания излучателя, показана на фиг.5 и включает в себя приемную антенну электромагнитных волн, соединенную с детектором, который, в свою очередь, соединен с излучателем.

Для улучшения подвода светового излучения к патологической области может быть использована капсула, включающая герметизированное оптическое волокно, оптически соединенное с оптической системой и излучателей (фиг.10). Такое устройство может улучшить подвод излучения, в частности, к барабанной перепонке из-за значительной кривизны слухового прохода.

Стерилизация капсулы может быть проведена, например, 96%-ным спиртом или другим способом. Общий ресурс автономной работы составляет при использовании стандартных комплектующих до 24 ч. (не менее 3 ч). Дозировка светотерапевтического воздействия может осуществляться с помощью таймера, например, выполненного в виде микросхемы К1006ВИ1.

Конкретное выполнение устройства.

Автономная капсула для лечения воспалений среднего уха представляет собой корпус из протакрила, имеющий форму эллипсоида размерами осей 15 мм и 5 мм. В капсулу встроены два элемента питания N 379A напряжением 1,5 В каждый, последовательно соединенные между собой и полупроводниковым светодиодом АЛ336, излучающим в инфракрасной области спектра мощностью 5 мВт, диапазон длин волн 0,89-0,91 мкм.

Пример 1. Пациент С., 19 лет, парез ноги в области стопы, нагноение раны. Терапия антибиотиками в сочетании со светотерапией. Автономная капсула закреплена бинтовой повязкой над раной. Общая продолжительность сеанса 4 ч.; в режиме облучение 15 мин, далее пауза 45 мин. Длина волны 0,67 мкм, мощность излучения 3 мВт. Результат: нормальное заживление раны.

Пример 2. Пациентка В., 37 лет, воспаление в области десны после удаления премоляра нижнего зубного ряда. Светотерапия автономной капсулой, которую пациентка удерживает во рту под языком 3 ч. Режим терапии: излучение мощностью 1 мВт, длительность импульсов 10 мин, перерыв 30 мин. Длина волны 0,67 мкм. Результат: симптомы воспаления исчезли.

Пример 3. Пациент К., 52 лет, геморроидальные кровотечения. Лечение проводилось светотерапевтической автономной капсулой, установленной в прямой кишке на расстоянии 3 см от выхода. Закрепление на упругом элементе, эвакуация капсулы с помощью нити, конец которой находится снаружи. Режим лечения: облучение светом с длиной волны 0,63 мкм мощностью 5 мВт 20 мин, затем удаление пациентом капсулы 1 самостоятельно, 30 мин перерыв. Установка пациентом самостоятельно капсулы 2 и облучение светом 0,89 мкм мощностью 3 мВт, 10 мин. Удаление пациентом самостоятельно капсулы 2, перерыв 3 ч., затем повтор всей процедуры. Результат: прекращение кровотечений.

Предлагаемые способ и устройство могут применяться в гастроэнтерологии, в отоларингологии (облучение полостей носа, а также слухового канала, горла стационарно расположенными капсулами), в стоматологии (облучение полости рта стационарно расположенными капсулами или капсулой, который пациент удерживает во рту), в дерматологии (облучение стационарно установленными накожно капсулами), для длительного инкорпорального облучения крови стационарными вшитыми подкожно капсулами, в урологии (облучение стационарными установленными в области мочевого пузыря и мочеточника капсулами), в гинекологии (установленными стационарно в области матки и в трубах капсулами), в травматологии (облучение ран и ожогов, а также областей регенерации, трансплантации биотканей). Также возможно применение автономной капсулы в профилактических целях, прежде всего для снижения микробного обсеменения окружающей воздушной среды, а также жидкостей за счет использования ультрафиолетового излучения.

Источники информации.

1. Илларионов В.Е. основы лазерной терапии. М.: Респект, 1992, с.26.

2. Там же, с.45.

Изобретение предназначено для облучения органов и тканей человека в гастроэнтерологии, стоматологии, дерматологии, урологии, а также для длительного инкорпорального облучения крови, ран и биотканей. Способ осуществляют, облучая биообъект электромагнитными волнами в оптическом диапазоне, регулируемым по частотно-энергетическим параметрам излучателем. Излучатель размещают в автономную капсулу и устанавливают ее перед объектом воздействия. Диаграмму направленности излучателя выбирают в диапазоне от 0,2 до 4 π стерадиан. Автономная водонепроницаемая капсула содержит источник питания, соединенный через элемент управления с источником света. Формирующая оптическая излучающая система оптически связана с источником света. Корпус капсулы имеет элементы из оптически прозрачного материала. Автономность и капсулированность при физиотерапевтическом облучении позволяют повысить эффективность воздействия. 2 с. и 21 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ для физиотерапевтического облучения светом путем облучения биообъекта электромагнитными волнами в оптическом диапазоне посредством регулируемого по частотно-энергетическим параметрам излучателя, отличающийся тем, что облучение биообъекта осуществляют излучателем в автономной капсуле, устанавливаемой непосредственно перед объектом воздействия, а диаграмму направленности излучателя выбирают в диапазоне от 0,2 до 4 π стерадиан. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что капсулу размещают на внешней поверхности биообъекта с возможностью закрепления на ней. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что капсулу помещают в трубчатый орган биообъекта с возможностью ее продольного и вращательного перемещений. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что капсулу устанавливают в заданном положении в трубчатых органах посредством магнита, размещенного на поверхности. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что капсулу устанавливают в заданном положении в трубчатых органах посредством упругого элемента. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что излучатель капсулы облучает в программируемом режиме от непрерывного до импульсного с изменяемой мощностью и длиной волны. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что капсулу включают внешним воздействием. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что капсулу снабжают элементами, регистрирующими параметры внешней среды. 9. Устройство для физиотерапевтического облучения светом, включающее источник питания, электрически соединенный через элемент управления с источником света, оптически связанным с формирующей оптической излучающей системой, отличающееся тем, что устройство выполнено автономным и снабжено корпусом в виде водонепроницаемой обтекаемой капсулы, при этом корпус имеет элементы из оптически прозрачного материала, напротив которых в нем установлена формирующая оптическая излучающая система. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что капсула дополнительно снабжена устройством фиксации на биообъекте. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что устройство фиксации выполнено в виде упругого элемента. 12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что устройство фиксации выполнено в виде магнита. 13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что корпус капсулы выполнен из материала, стойкого к воздействию агрессивной биосреды. 14. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в капсуле дополнительно размещены датчики состояния окружающей среды. 15. Устройство по п.9, отличающееся тем, что капсула дополнительно снабжена устройством эвакуации ее с поверхности биообъекта или из органа биообъекта. 16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что устройство эвакуации капсулы выполнено в виде нити. 17. Устройство по п.9, отличающееся тем, что источник питания размещен вне капсулы. 18. Устройство по п.9, отличающееся тем, что источник питания совмещен с источником света и выполнен на основе химической или биохимической реакции. 19. Устройство по п.9, отличающееся тем, что элемент управления содержит программируемый таймер. 20. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что формирующая оптическая излучающая система выполнена в виде последовательно установленных в водонепроницаемом чехле собирающей линзы и оптического волокна. 21. Устройство по п.14, отличающееся тем, что датчик состояния окружающей среды содержит фотометр, оптическая ось которого совпадает с оптической осью источника света, включенный последовательно и/или параллельно источнику света. 22. Устройство по п.14, отличающееся тем, что датчик состояния окружающей среды снабжен фотометром и зеркалом с возможностью попадания на зеркала части отраженного от биообъекта излучения и отражения ее на фотометр, а фотометр подключен в электрическую цепь последовательно и/или параллельно излучателю. 23. Устройство по п.9, отличающееся тем, что корпус капсулы снабжен дополнительно клеммами, соединенными с выводами источника питания, для возможности подзарядки.