СПОСОБ АКУСТОТЕРАПИИ Российский патент 2000 года по МПК A61H23/00 

Изобретение относится к медицине, а конкретнее к лечению путем акустических воздействий на человеческий организм.

Предлагаются способы воздействия на организм человека, повышающие эффективность физической терапии, в частности вибротерапии.

Известны способы ультразвуковой терапии (В.С.Улашик, А.А.Чиркин, Ультразвуковая терапия. - Мн.: "Беларусь", 1983.-239 с). Эти способы используются для локального лечения отдельных больных органов человека.

Известны способы вибротерапии (А.В.Никандров, В.С.Копысов. Вибрационный массаж в подготовке тяжелоатлетов. -М.: Физкультура и спорт, 1981, - 92 с; С. Н. Романов. Биологическое действие механических колебаний. -Л.: Наука, 1983. - 208 с). Однако вибрационная терапия не заняла лидирующего места в арсенале физикотерапевтических средств, в частности, из-за трудности дозирования процедур и несовершенства вибрационных устройств (А.А.Радионченко, А. Я.Креймер. Вибротерапия в акушерстве и гинекологии. - Томск: изд-во Том. ун-та. 1987, - 252 с).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ вибротерапии в ваннах (А. А. Радионченко, А.Я.Креймер, Вибротерапия в акушерстве и гинекологии. - Томск: ТУ, - 1987, - с. 75-85), согласно которому пациента помещают в ванну пресную, хвойную, минеральную или др. в удобной для него позе, вибратор приставляют направляющей насадкой к нужному участку в рефлексогенной зоне тела и производят возбуждения на частотах от 10 Гц до 250 Гц с амплитудой смещения от 0,1 мм до 1,5 мм и ускорением от 5q до 50q, где q = 9,81 н/с² - ускорение силы тяжести, при продолжительности процедур в начале курса 8-10 мин, которые затем постепенно удлиняются до 15 мин, причем вибрационные процедуры назначаются ежедневно или через день, а затем в зависимости от общего состояния и ответной реакции организма - по 4 - 5 процедур в неделю, причем дозировку уточняют путем опроса пациента, добиваясь приятного ощущения.

К недостатку способа - прототипа следует отнести возможность воздействия только на рефлексогенные зоны, а не на весь организм в целом. Этот способ неэффективен также при лечении ряда заболеваний.

Реализация способа-прототипа осуществляется устройством (А.А.Радионченко, А. Я. Креймер. Вибротерапия в акушерстве и гинекологии. - Томск: Томский университет, - 1986. - с. 23-25) типа "Волна", содержащим вибратор, блоки управления и питания и трансформатор, который через штепсельный разъем соединен с блоком управления, который содержит переключатель, соединенный токоведущим кабелем с обмоткой электромагнитного вибратора и регулирующий напряжение на обмотке вибратора. Вибратор состоит из корпуса, электромагнита с сердечником и катушками, направляющей насадки, излучателя, содержащего пластмассовый диск, резиновую пружину, стальной якорь, резиновую прокладку, стальную арматуру и винт.

Задачей изобретения является повышение физиотерапевтического эффекта, в частности создание тонизирующего акустотерапевтического воздействия на организм человека и его органы, а также использование лечебного воздействия низкочастотного ультразвука.

Предлагается два варианта способа акустотерапии, которые основаны на едином изобретательском замысле: облучение звуковыми или ультразвуковыми колебаниями пациента, находящегося в ванне.

Предлагаемый способ акустотерапии (первый вариант) содержит помещение пациента в удобном для него положении лежа или сидя в пресную, хвойную, минеральную или другую ванну с жидкой средой, при продолжительности процедур в начале курса 8-10 мин и затем при постепенном увеличении продолжительности до 15 мин, причем процедуры назначаются ежедневно или через день, дозировку уточняют путем опроса пациента, добиваясь приятного ощущения. В ванне создают акустические колебания на частотах fo.p в районе общих резонансов человеческого тела и его органов с уровнем звукового давления от 90 дБ до 100 дБ.

Частоты fo.p в районе общих резонансов человеческого тела и его органов выбирают из ближайших частот музыкального звукоряда.

В пределах одной или нескольких критических музыкальных полос создают прерывистые акустические колебания в воде, в том числе так, чтобы образовывалась та или иная мелодия, мажорного или минорного плана, в зависимости от индивидуальных качеств пациента. При этом минимальные интервалы между импульсами акустических колебаний в воде выбирают так, чтобы реверберационные эффекты в ванне снизились бы на 60 дБ.

Из соотношения

где β - коэффициент потерь, обусловленный потерями в воде, в стенках ванны и в теле пациента. Минимальную длительность импульсов выбирают из соотношения

а используемую длительность выбирают в долях 2^-n, где n = 1,2,3... от музыкальной единицы в 3 - 4 секунды.

В предлагаемом способе существенным признаком является выбор частоты акустических колебаний fo.p в районе общих резонансов человеческого тела и его органов. Выбор частоты из ближайших к резонансу тела частот музыкального звукоряда, создание мелодий в виде импульсов выбранной длительности с интервалами после затухания реверберации являются частными признаками.

Использование частоты fo.p в районе общих резонансов человеческого тела и его органов обеспечивает общее тонизирующее действие на человеческий организм. Исполнение мелодии повышает комфортность действия.

Изобретение не следует явным образом из известного уровня медицины и не могло быть заранее предсказанным.

Второй вариант предлагаемого способа акустотерапии также содержит помещение пациента в удобном для него положении лежа или сидя в пресную, хвойную, минеральную или другую ванну с жидкой средой, при продолжительности процедур в начале курса 8-10 мин и затем при постепенном увеличении продолжительности до 12 - 15 мин, причем процедуры назначают ежедневно или через день, дозировку уточняют путем опроса пациента, добиваясь приятного ощущения. Во втором варианте способа в ванне создают акустические колебания f_рел на частотах релаксации мышечных тканей человека в области низкочастотного ультразвука с интенсивностью от 0,05 до 0,5 Вт см^-2.

В предлагаемом втором варианте способа существенным признаком является выбор низкочастотного диапазона ультразвуковых колебаний на частотах релаксации мышечных тканей.

Использование низкочастотного ультразвука на частоте релаксации мышечных тканей обеспечивает повышенный терапевтический эффект.

Изобретение не следует явным образом из известного уровня медицины и не могло быть заранее предсказанным.

Предлагаемое устройство в первом варианте содержит блоки управления и питания. В него введен электронный генератор и последовательно соединенный с ним гидроакустический преобразователь, геометрия которого выбирается для обеспечения в воде частоты f_o.p или f_рел.

Существенным признаком является введение генератора и гидроакустического преобразователя с геометрией, обеспечивающей в воде частоты f_o.p или f_рел, что обеспечивает реализацию предлагаемого способа.

Предлагаемое устройство во втором варианте содержит блоки управления и питания. В него введен электронный генератор и последовательно соединенный с ним электроакустический преобразователь, механически соединенный с наружным корпусом ванны, причем геометрия которого выбирается с учетом соколеблющейся массы и упругости корпуса ванны для обеспечения в воде частоты f_o.p или f_рел.

Существенными признаками второго варианта устройства являются введение генератора и электроакустического преобразователя механически соединенного с наружным корпусом ванны, а также выбор его геометрии таким образом, что в воде обеспечиваются частоты колебаний или f_o.p или f_рел.

На фиг. 1 приведены альтернативные позы пациента, помещаемого в ванну.

На фиг. 2 приведена блок-схема устройства, обеспечивающая реализацию способа.

На фиг. 3 приведены некоторые возможные варианты мелодии.

Ниже приводится обоснование первого варианта предложенного способа, использующего тот факт, что биологический эффект низкочастотных акустических колебаний проявляется ответной реакцией целостного организма, в которой участвует преимущественно нервная, сердечно-сосудистая и дыхательная системы организма (В. О. Самойлов и др. Низкочастотная биоакустика.-С-Пб: Реверс. 1994. - с. 79).

Человек испокон веков живет в мире звуков и вибраций. В природе редко встречаются высокочастотные и низкочастотные акустические колебания с высокими уровнями звуковых энергий. При штормах они составляют 50 - 90 дБ, относительно порога слышимости 2 10^-5• Па, при сильных землятрясениях - 90 - 100 дБ (Е. Е. Новогрудский, А.И.Шульгин, А.А.Вашулин, Инфразвук: враг или друг? - М.: Машиностроение, 1989. - 63с). Максимальные уровни звукового давления, создаваемые промышленными и транспортными источниками, не превышают 100 - 100 дБ (Н.И. Карпова, Э.Н.Малышев. Низкочастотные акустические колебания на производстве. - М.: Медицина, 1981. - 191с).

Человеческий организм также является источником акустических колебаний: первый и второй тоны сердца от 22,5 до 1400 Гц, второй тон сердца, везикулярное дыхание от 45 до 2800 Гц (И.П.Замотаев и др. Спектральный анализ важнейших аускультативных признаков// клиническая медицина. - 1974, N 5, - с. 97-101). Зарегистрированные на поверхности тела уровни звукового давления, возникающие при сокращении сердца, достигают 80-94 дБ (С.Г. Одинцов, Г.И.Хейфиц. К вопросу об измеряемой величине и динамическом диапазоне в фонокардиографии// Проблемы измерений в медицине и биологии. - М.: Б.И., 1981, - с. 68-70). При этом природа позаботилась о том, чтобы имелись флуктуации сердечного и дыхательного ритмов, которые делают практически невероятными интерференционные максимумы и резонансные явления колеблющихся органов человека за счет внешних акустических возбуждений (В.О.Самойлов, Г.Н.Пономаренко, Л.Д.Енин. Низкочастотная биоакустика. - С-Пб.: Реверс, 1994. - 215 с. ).

Лечебное действие звуковых колебаний, используемых в физиотерапии, основано на том, что акустическая чувствительность имеет очень большое значение. Причем в зависимости от интенсивности акустического воздействия различают реакцию тревоги, активную фазу защиты, а при длительных и сильных воздействиях, когда эти воздействия не компенсируются, начинается фаза истощения. Воздействие акустического раздражителя на организм имеет критические пределы, за которыми наступают патологические изменения. Эта реакция играет роль защитной функции биологической системы, действие которой направлено на восстановление адапционных способностей организма (С.Ничков, Г.Н.Кривицкая. Акустический стресс и церебро-висцеральные нарушения. - М.: "Медицина", 1969, - 231 с).

Небольшие, но превышающие окружающий фон уровни высокочастотной и низкочастотной ультразвуковой энергии активизируют, стимулируют физиологические процессы; более высокие уровни оказывают угнетающие действие и могут вызвать патологические изменения в организме человека (А.С.Мелькумова, З.С.Лисичкин. С. И. Горшков. Ультразвук. Гигиена труда и профессиональная патология. - М.: "Медицина", 1975, - с. 82).

Резонансные частоты органов человеческого тела и всего организма в целом определяются механическим импедансом тела человека и зависят от тонуса его мышц (А. Я.Креймер. Механизмы физиологического и лечебного действия механических вибраций// Вопр. курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. - 1986. - N 6. - с. 5-11). Частотные зависимости удельных акустических импедансов определяются массой тела и его линейными размерами (г. Братаев. Основы биомеханики. -М.: Мир, 1981. - 254с). Из-за невысокой добротности биологических колебательных систем наблюдаемые на опытах резонансные кривые имеют нерезкие максимумы (Р.Александер. Биомеханика. - М.: Мир. 1970, - 340 с; В.И.Арабаджи. Инфразвук и биоритмы мозга человека// Биофизика. - 1992. - Т. 37, вып. 1. - с. 150-151; N.Broner The effects of low frequency noise on people// J.Sound Vibr. - 1978. - Vol. 58 N 4. - p. 483-500).

В работе В.О.Самойлов, Г.Н.Пономаренко, Л.Д.Енин. Низкочастотная биоакустика. - С-Пб.: "Реверс". 1994. - с. 175, отмечается, что низкочастотные акустические колебания распространяются в мягких тканях с малым затуханием и охватывают все тело человека. Обширная область распространения этих колебаний приводит значительному увеличению числа возбуждаемых механорецепторов, количество которых только в коже человека достигает 10⁷. Акустические колебания низкой частоты вызывают выраженные изменения сердечной и дыхательной деятельности. Низкочастотные акустические колебания при действии на механорецепторы могут вызывать наряду с вегетативными рефлексами и выраженные изменения двигательной активности организма (Р.С.Персон. Спинальные механизмы управления мышечным сокращением. - М.:Наука. 1985. - 184с).

Таким образом, установлено, что действие низкочастотных акустических колебаний малой интенсивности на механорецепторы обуславливает возникновение ответных реакцией организма, характер и интенсивность которых связаны с параметрами акустических стимулов (В. О.Самойлов и др. Низкочастотная биоакустика. - С-Пб.: "Реверс", 1984, - с. 178). При этом биологическое действие низкочастотных акустических колебаний малой интенсивности проявляется в эффектах возбуждения. Но при больших интенсивностях наблюдается подавление, разрушение и повреждения. При этом за верхнюю границу эффектов возбуждения можно принять значение плотности уровня акустического давления 90 - 100 дБ. В работе В.О.Самойлов; Г.Н.Пономаренко. Актуальные проблемы низкочастотной биоакустики// Военная медицина. - М. : Воен. изд-во. 1994, - с. 121), со ссылкой на метериалы коллоквиума в Париже в 1974 г. предлагается нижняя граница уровня звукового давления 120 дБ (смотрите также В.О.Самойлов и др. Низкочастотная биоакустика. -С-Пб.: Реверс, 1994, -с. 180, последний абзац). Этот пороговый уровень звукового давления, где за ноль децибелл принят порог слышимости 2 • 10^-5 Па, приведен для воздушной среды. Если учесть, что на границе воздух - тело человека теряется 20 - 30 дБ звукового давления, то целесообразно для пациента, находящегося в ванне давления, то целесообразно для пациента, находящегося в ванне принять 96 - 100 дБ. При этом следует иметь в виду, что при уровне в 150 дБ наблюдается разрушение биологических тканей.

Учитывая важность выбора правильной дозировки, произведем сопоставление с международной нормой шума на судах (О.П.Ломов. Судовая гигиена. - С-Пб.: "Медицина", 1993. - с. 128), которая при длительности 15 мин составляет 116 дБ. Таким образом, "терапевтическая" доза в 96 - 100 дБ в воде может считаться оправданной.

Таким образом, природа позаботилась о том, чтобы резонансы были размытыми, что обеспечивает безопасность организма. Однако на общих для организма резонансах наблюдается наибольшая чувствительность, тем более при сенсорном воздействии на организм. В качестве частоты общего резонанса целесообразно принять:
f_o.p = C_ж/2_l
где C_ж - скорость звука в жидкости ванны или в органе человека,
l - характерный размер тела или органа пациента.

В качестве l, в частности, может быть принято расстояние от копчика до шейного позвонка человека, на что обращено внимание в работах: Б.В.Гладков. Мера всех вещей или гармония познания. - Вестник ЛАЭС, N 6, 1991; В.А.Синкевич. Воздействие объемного акустического поля на человека - психологический аспект (музыкальная психотерапия). - Тольятти, Волжский институт прикладной психологии, - 1992, - 60 с. При этом не следует забывать, что где λ_ж - длина волны в жидкости в ванне, примерно в пять раз длиннее акустической волны в воздухе. Нетрудно заметить, что f_o.p лежит в пределах от 1000 Гц до 6000 Гц (в зависимости от позы пациента и от того, на какой орган намериваются воздействовать).

Если известны модуль упругости скелета E и его плотность ρ, то, например, для позвоночника можно применить формулу резонанса стержня

Резонанс легких при нахождении человека в ванне может быть грубо оценен по формуле для сферической оболочки диаметром

где ρ - коэффициент Пуассона.

Звуковой диапазон частот воздействия вынуждает предохранять слуховой аппарат человека. Это можно обеспечить, создавая звуковые колебания в жидкости. В этом случае в воздушную среду будет проникать очень небольшая часть энергии звука (порядка 0,1% от энергии в водной среде), которая не может травмировать слуховое восприятие. Однако эта энергия все-таки будет слышна и для комфортности целесообразно сделать так, чтобы пациент слушал музыку, пусть и в очень ограниченной пропорции по частоте, диапазону и др. Минимальная длительность Δt_min обусловлена тем, что спектр импульса не должен быть слишком широким (Б. П. Асеев. Колебательные цепи. - М.: Связьиздат, 1955). Выбранные длительности импульсов обусловлены музыкальными соображениями. Паузы должны быть не менее послезвучания в ванной.

Второй вариант способа основан на физиотерапевтическом воздействии на человека низкочастотных ультразвуковых колебаний. Так, например, низкочастотный ультразвук положительно влияет на обмен веществ (Ф.М.Никольская. Влияние низкочастотного ультразвука на биохимические показатели интенсивности обмена веществ. Автореф. дис. кандидата медицинских наук. - М.: 1966). Облучение низкочастотным ультразвуком снижает уровень сахара в крови (А.С.Мелькумова, З.С.Лисичкина, С.И.Горшков. Ультразвук. - М.: "Медицина", 1975. - с. 109) и др.

Как известно, на частоте порядка 31 кГц и на 40 кГц наблюдается релаксация мышечных тканей человека (под ред. К.Хила. Применение ультразвука в медицине. Физические основы. - М.: Мир, 1989, - с. 211). При этом звуковая энергия поглощается мышечными тканями человека наиболее интенсивно. Кроме того, инициируются сегнетоэлектрические явления в тканях. Поэтому предлагается использовать для терапевтического воздействия низкочастотный ультразвук на частотах f_рел релаксации мышечных тканей.

Следует особо подчеркнуть, что на границе вода - тело человека почти не происходит отражения звука, так как скорость звука в воде и в теле человека, а также удельная плотность воды и тела человека мало отличаются друг от друга.

Выбор интенсивности звука произведен согласно рекомендаций книги А.С.Мелькумова и др. Ультразвук. - М.: "Медицина", 1975, - с. 64, второй абзац сверху (при этом сохранено соотнесение к см²).

Таким образом, оба варианта способа имеют высокую физиотерапевтическую значимость и они полностью решают указанную ранее задачу изобретения.

Пример 1. В соответствии с операциями первого варианта способа (фиг. 1) пациент 1 располагался в ванне 2 в лежачем положении в пресной жидкости 3. С помощью гидроакустического излучателя создавали акустические колебания в воде в районе частоты 2200 Гц.

Выбор частоты был осуществлен следующим образом по формуле

где величина l была принята равной длине позвоночника порядка 0,75 м.

Для костной ткани E = (20 - 30) • 10⁹ Па, ρ = 1600-1900 кг•м^-3 (В.О. Самойлов и др. Низкочастотная биоакустика. -С-Пб.: Реверс, 1994, - с.43). Если принять для позвоночника E = 2 • 10¹⁰ Па, ρ = 1800 кг•м^-3 , то f_o.p = 2222 Гц.

Очень грубая оценка f_o.p может быть получена по формуле

если использовать модель легких в виде сферы с d 0,25 м, обтянутой плеврой с E = 10⁹ Па, коэффициенты Пуассона σ = 0,55 и плотность ρ = 1050 кг/м^-3. Тогда f_o.p = 2620 Гц. Конечно это очень грубые оценки. Однако размытость общих резонансов человеческого тела не требует более строгих расчетов.

Была выбрана четвертая октава музыкального равномерно-темперированного строя с тонами "До" f_o.p (C'') = 2093 Гц; "Ре" (d'') = 23,49,32 Гц и "Ми" f_o.p (l'') = 2637,02 Гц, т.е. в пределах 14 и 15-й частоты критических полос (смотрите, например, Л.А.Кузнецов. Акустика музыкальных инструментов. -М.: Легпромбытиздат, 1989. - с. 49-62). Уровень звукового давления первоначально был выбран 96 дБ. Была выбрана простейшая мелодия мажорного ряда: тон - тон - полутон - тон - тон - тон - полутон (фиг. 3). Первую неделю продолжительность процедур составляла 8 мин, вторую неделю - 10 мин со звуковым давлением в ванной 100 дБ; третью неделю - 12 мин со звуковым давлением в ванной 106 дБ. Было отмечено повышение тонуса и работоспособности пациента, а также значительное улучшение общего состояния.

Пример 2. В соответствии с операциями второго варианта способа пациент 1, больной диабетом, располагается в пресной ванне 2 в лежачей позе. С помощью гидроакустического излучателя в ванне создаются акустические колебания на частоте 31 кГц с интенсивностью 0,01 Вт• см^-2. Процедуры в первую неделю производились через день по 10 минут. Во вторую неделю интенсивность была увеличена до 0,1 Вт• см^-2. На третью неделю интенсивность была увеличена до 0,15 Вт• см^-2 и длительность процедур увеличена до 15 мин. Было отмечено уменьшение сахара в крови.

В настоящее время еще нет большого статистического обзора действия. Как отмечается в книге А.С.Мелькумовой, З.С.Лисичкиной, С.И.Горшкова. Ультразвук. - М.: Медицина, 1975, - с. 109-110, уменьшение сахара в крови указывает на природу повышения окислительных процессов.

Устройство для реализации способа содержит (фиг. 2) последовательно соединенные электронный генератор 4, усилитель 5, гидроакустический излучатель 6, также содержит блок управления 7, синхровыход которого соединен с синхровыходом генератора, также содержит блок питания 8, выходы которого соединены с генератором 4 и усилителем 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Генератор 4 создает импульсы напряжения, частота заполнения которых выбирается блоком 7 для создания мелодии в выбранном частотном диапазоне. Блок 5 усиливает электрические колебания, которые подаются на гидроакустический излучатель 6, возбуждающий колебания в воде. Питание в блоке 8 осуществляется от сети.

Таким образом, обеспечивается реализация предложенного способа.

Создание устройства не требует изобретательского творчества. Построение генератора 4, усилителя 5, блока управления 7, и блока питания 8 известны из техники физиотерапевтических устройств. Построение гидроакустических излучателей 6 описано, например, в книге Г.М.Свердлин. Гидроакустические преобразователи и антенны. -Л. : Судостроение, 1980, - 232 с. Для звуковых частот 2-3 кГц целесообразно применить цилиндрический армированный гидроакустический преобразователь (смотрите, например, рис. 6.13 и 6.14 упомянутой книги), на частоту 13 кГц целесообразно применить стержневой гидроакустический преобразователь (смотрите, например, рис. 6.13, 6.11 и 6.12 упомянутой книги).

Гидроакустические преобразователи 6 могут либо опускаться в воду, либо крепиться к корпусу ванной. В первом случае колебания создаются непосредственно в жидкости 3 колеблющимся излучателем, во втором - колебания сообщаются стенке ванны 2, которая возбуждает колебания в воде.

Изобретение относится к физиотерапии. Способ включает помещение пациента в удобном для него положении лежа или сидя в пресную, хвойную, минеральную или другую ванну с жидкой средой. Продолжительность процедур в начале курса 8-10 мин, а затем постепенно увеличивают до 15 мин. В ванне создают акустические колебания. На выбранных частотах музыкального звукоряда создают прерывистые акустические колебания в воде так, чтобы образовывалась та или иная мелодия мажорного или минорного тона. Способ позволяет повысить эффективность физиотерапии. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ акустотерапии, содержащий помещение пациента в удобном для него положении лежа или сидя в пресную, хвойную, минеральную или другую ванну с жидкой средой при продолжительности процедуры в начале курса 8 - 10 мин и затем при постепенном увеличении продолжительности до 15 мин, при проведении их ежедневно или через день с уточнением дозировки по результатам опроса пациента, добиваясь приятного ощущения у пациента, отличающийся тем, что в ванне создают акустические колебания на частотах 1000 - 6000 Гц, а уровень звукового давления выбирают 96 - 100 дБ. 2. Способ акустотерапии по п.1, отличающийся тем, что частоты выбирают из ближайших частот музыкального звукоряда. 3. Способ акустотерапии по п.1 или 2, отличающийся тем, что на выбранных частотах музыкального звукоряда создают прерывистые акустические колебания в воде так, чтобы образовывалась та или иная мелодия мажорного или минорного тона, в зависимости от индивидуальных особенностей пациента, при этом минимальные интервалы между импульсами акустических колебаний в воде выбирают так, чтобы реверберационные эффекты в ванне снизились бы на 60 дБ, минимальную длительность импульсов выбирают так, чтобы она составляла не менее 10 периодов, а используемую длительность импульсов выбирают в долях от музыкальной единицы, равной 3 - 4 с.