СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СВЕТО-ЛЕЧЕНИЯ ОТЕКОВ КОНЕЧНОСТЕЙ Российский патент 2003 года по МПК A61N5/06 

Изобретение относится к медицине, включая физиотерапию, хирургию и онкологию, и касается терапевтического воздействия светом на конечности с целью лечения отеков, возникших в силу микро- и макроциркуляционных расстройств кровообращения, а также вследствие возникновения лимфостаза.

Известен способ светотерапии, заключающийся в световом облучении зоны патологии на поверхности тела человека с использованием как лазерных, так и нелазерных источников электромагнитного излучения оптического диапазона [1-3].

Недостатком этого способа является невозможность равномерного распределения излучения от одного источника излучения по всей пораженной заболеванием поверхности биообъекта в каждый момент времени сеанса облучения.

Наиболее близким по технической сущности является способ светолечения и соответствующее устройство, состоящее из нескольких источников излучения, соединенных с блоком управления и блоком питания [4]. Этот способ заключается в облучении биообъекта пучком света от нескольких источников, расположенных в одной плоскости.

Недостатком этого способа при лечении отеков является невозможность облучения всей области патологических изменений, особенно с разных сторон конечностей.

Целью изобретения является повышение качества, эффективности и экономичности терапии больных, страдающих отеками мягких тканей различного генеза.

Поставленная цель достигается тем, что создается равномерная освещенность конечности со всех ее сторон путем формирования отдельных нормально ориентированных по отношению к облучаемой поверхности световых пучков, мощность каждого из них Р, общее их количество N и время экспозиции t_эксп определяются из системы взаимосвязанных соотношений:
P≥I•S_пат/N (1)
N_св≥k•S_пат/S_св (2)
t_эксп=D•S_пат/P•N (3)
где Р - мощность излучения одного светового источника;
I - заданная плотность мощности на поверхности биообъекта;
S_пат - общая площадь патологической зоны;
k - коэффициент, учитывающий степень перекрытия световых пучков на поверхности биообъекта;
N - требуемое количество светодиодов в облучателе;
S_св - площадь светового пятна на поверхности биообъекта от отдельного светодиода;
D - доза облучения [Дж/см²].

Воздействие осуществляют узкополосным излучением с шириной спектральной полосы излучения не более 20÷60 нм в диапазонах длин волн 620÷670 нм и 820÷950 нм как в непрерывном режиме со средней плотностью мощности в диапазоне от 0.5 до 20 мВт/см², так и в импульсном режиме с длительностью импульса 10^-3÷10^-7с и частотой повторения импульсов 5÷2000 Гц. Предусмотрен также режим модулированного облучения со скважностью 2÷10 и частотой модуляции 0.5÷100 Гц.

Ежедневные сеансы облучения продолжительностью 30÷60 мин проводятся в течение 9÷12-дневного периода с повторением курса, при необходимости, через 12÷14 недель.

Способ реализуется посредством оригинального устройства для облучения, включающего матрицу источников излучения, систему питания и управления, а также формирующую световые потоки отдельных излучателей оптическую систему, выполненного в виде полого полуразъемного цилиндра, по внутренней поверхности которого равномерно расположены источники излучения вместе с соответствующими оптическими системами, обеспечивающими необходимую плотность мощности и равномерность световой облученности на поверхности биообъекта. При этом диаметр цилиндра выбирают в диапазоне 15÷20 см.

В качестве источников излучения могут быть использованы как лазерные источники, например полупроводниковые, так и нелазерные источники, в частности светодиодные, а также их комбинации, в том числе с различными длинами волн.

Таким образом, предлагаемый способ светолечения выгодно отличается от прототипа [2], поскольку позволяет в ходе сеанса облучения под воздействием низкоинтенсивного квазимонохроматического светового излучения включить механизмы межтканевых взаимодействий, среди которых ведущая роль принадлежит системе микроциркуляции крови. Наряду с этим обеспечивается одновременное облучение протяженной области равномерно со всех сторон при сохранении средней мощности излучения, благодаря чему и достигается существенный лечебный эффект. Ни одно из известных технических устройств в целом не позволяет это сделать. В частности, при использовании одного или немногих традиционных источников (лазеров) распределение их излучения по всей поверхности конечности (5÷1000 см²) приводит к уменьшению плотности мощности примерно на два порядка, что является неприемлемым для принятых методик лечения.

Из литературы известно, что биологическое действие лазерных и светодиодных источников излучения примерно одинаково [1]. Это объясняется тем, что решающим фактором здесь является монохроматичность излучения и совпадение его длины волны с максимумом полосы стимуляции биообъектов. Поскольку ширина этой полосы в биосреде, находящейся преимущественно в конденсированном состоянии, достаточно велика и составляет не менее 40÷60 нм, то и монохроматичности излучения предъявляются не слишком жесткие требования. Это позволяет в ряде случаев использовать как лазерные источники излучения, так и более дешевые полупроводниковые светодиоды, превосходящие порой лазеры по энергетическим параметрам. Так для обеспечения средней плотности мощности 1 мВт/см² по поверхности патологии общей площадью 1000 см² (например, вся рука) при использовании типичного He-Ne-лазера мощностью 10 мВт, требуется применить, как легко подсчитать, одновременно 100 лазеров. Практически осуществить такую задачу очень сложно. В предлагаемом изобретении задача одновременного воздействия квазимонохроматическим световым излучением равномерно по протяженной поверхности при заданной плотности мощности достигается впервые, причем с применением более доступных, нежели лазерные источники, светодиодов. В частности, для достижения указанных в приведенном примере параметров облученности (1 мВт/см² по поверхности 1000 см²) требуется 200 светодиодов, что при миниатюрности и выгодных электрических параметрах последних достаточно легко осуществимо. Стоимость матрицы излучателей в описываемом случае при нынешнем уровне цен не превысит 200 долларов США, т.е. примерно в 500 раз ниже, чем в случае использования традиционных лазерных источников.

Список чертежей.

Фиг. 1. Пространственное распределение световых пучков в способе светолечения отеков конечностей:
а) поперечное сечение; б) продольное сечение;
1 - биообъект (рука); 2 - световые пучки; 3 - источники излучения; 4 - оптическая система.

Фиг.2. Принцип работы устройства:
а) внешний вид; б) поперечное сечение;
1 - биообъект (рука); 2 - корпус устройства; 3 - источники излучения; 4 - подвижный шарнир; 5 - разъем; 6 - система направляющих фиксаторов.

Фиг.3. Внешний вид разработанного устройства.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом (см. фиг.1). На биообъект 1 падает не один, как в прототипе, а сразу несколько световых пучков 2 от источников излучения 3. Необходимые параметры пучков (поперечный диаметр и расходимость) формируются с помощью оптических систем 4. Количество пучков N, площадь светового пятна на поверхности биообъекта от каждого из них S_св и время экспозиции t_эксп в зависимости от дозы облучения при заданной диаграмме направленности выбранного типа излучателя рассчитываются согласно (1-3) с учетом степени перекрытия световых пятен от них на поверхности биообъекта, определяемой коэффициентом k как отношение диаметра световых пучков к расстоянию между их центрами. Например, при касании отдельных пучков (указанное расстояние равно диаметру) k равен 1, при наложении пучков на величину их радиуса (расстояние равно половине диаметра) k равен 2 и т.д.

В процессе лечения площадь отека уменьшается, что в соответствии с выражением (3) требует корректирования времени экспозиции в сторону его уменьшения.

Способ реализуется с помощью устройства, показанного на фиг.2. Биообъект 1 (рука) помещается внутри цилиндра 2, по внутренней поверхности которого размещены источники 3. Для удобства размещения патологических конечностей большого диаметра, а также для обеспечения доступа при дезинфекции цилиндр выполнен полуразъемным, со створками, соединенными с помощью шарниров 4 и фиксируемыми в сведенном состоянии при помощи замка 5. Для поддержки конечности во время сеанса и для ориентации по оси цилиндра (в целях поддержания равномерной плотности мощности на облучаемой поверхности) применяется, в зависимости от варианта исполнения аппарата, система подпорок 6, либо надеваемая поверх корпуса аппарата матерчатая затяжка-муфта.

Покажем возможность технической реализации матричного светового облучателя на основе описанных принципов на примере облучения обширного отека плеча. Для отека плеча типичного размера с площадью S_пат, равной 700 см², и требуемой интенсивности I величиной 0.5 мВт/см², находим общую мощность как произведение S_пат и I; она равна в нашем случае 350 мВт. В случае применения современных сверхярких излучателей, обладающих световой мощностью излучения Р около 3 мВт, из (1) получаем, что требуется применить не менее 116 источников излучения, что технически легко реализуемо для переносного аппарата, оснащенного, в частности, светодиодными источниками. При заданных Р и N и из выражения (2) определяются требования к S_св с учетом коэффициента перекрытия k, что обеспечивается параметрами оптической системы при заданной геометрии объекта.

Пример конкретной реализации для лечения постмастэктомических отеков мягких тканей верхних конечностей у женщин.

Методика лечения с помощью фотоматричного аппарата (характеристики см. ниже) состоит в следующем. Светотерапию осуществляют в виде отдельных курсов, состоящих из 10 ежедневных сеансов. За один сеанс воздействуют излучением светотерапевтической установки на верхнюю конечность (плечо и предплечье). Экспозиция воздействия на каждое поле составляет 30 мин. Световое воздействие на плечо обеспечивает излучение длиной волны 650 нм общей мощностью 200 мВт. Плотность мощности излучения на коже плеча - 0.4 мВт/см², а на предплечье - 0.5 мВт/см². Доза светового облучения за сеанс составляет соответственно 0.72 Дж/см² и 0.9 Дж/см².

Аппарат обладает следующими техническими характеристиками:
Длина волны излучения - 650 нм
Ширина спектра излучения по уровню интенсивности I_max/2 - 20 нм
Общая световая мощность - 200 мВт
Режим излучения - Непрерывный
Максимальный спад интенсивности (неравномерность излучения) на плоскости, отстоящей от плоскости расположения источников света на 3.5 см - 20%
Максимальный диаметр конечности, входящей в зону облучения без разведения створок - 15 см
Максимальная длина облучаемого участка конечности - 19 см
Длительность непрерывной работы - Не более 18 ч
Допустимая рабочая температура окружающей среды - 0÷35^oС
Максимальная рабочая влажность воздуха - 80%
Питание - Сеть 220 В, 50 Гц
Потребляемая от сети мощность - Не более 20 Вт
Габариты, не более:
Диаметр - 19.5 см
Высота - 19 см
Вес - Не более 2 кг
В конструкции применены сверхяркие красные светодиоды L-1543 SRC-E "Kingbright" и импульсная схема питания, обеспечивающая аппарату легкость и компактность.

Аппарат выполнен по классу электробезопасности II типа BF и не требует защитного заземления. Излучение устройства не создает опасности при прямом попадании в глаза.

Применявшаяся в методе лечения светотерапевтическая установка показана на фиг. 3. Внутрь цилиндра, как было показано на фиг.2, на время сеанса помещалась отекшая область плеча или предплечья. Совмещение оси цилиндра с осью симметрии отекшей области конечности, а также фиксация цилиндра на конечности обеспечивалась видными на фиг.3 фиксаторами-подпорками, способными перемещаться в радиальных направлениях. Цилиндр выполнен полуразъемным (двустворчатым) для удобства размещения объекта облучения в зоне воздействия.

Уход за прибором представляет собой периодическую очистку от пыли и микрочастиц бытовой грязи марлевым тампоном, смоченным 0.5%-ным раствором нашатырного спирта и дезинфекции его внешних поверхностей при помощи 4%-ного раствора перекиси водорода по ГОСТ 177 с добавлением 0.5%-ного моющего средства типа "Лотос", "Астра" по ГОСТ 25644 или 3%-го раствора хлорамина по ТУ6-01-4689387-89.

Литература
1. Илларионов В.Е. Основы лазерной терапии. М: Респект, 1992, с. 35, 92.

2. N.B. Piller, A.Thelander. Treatment chronic postmastectomy lymphedema with low level laser therapy: a cost effective strategy to reduce severity and improve the quality of survival. Laser Therapy, V. 7, pp. 163-168, 1995.

3. N. B. Filler, A. Thelander. Treatment of chronic postmastectomy lymphedema with low level therapy: a 2,5 year follow-up, Lymphology, V.31, pp. 74-86, 1998.

4. Патент 2090224 от 20.09.97. В.Н. Дирин, В.П. Сушко. Фототерапевтический аппарат.

Изобретение касается способа и устройства светолечения пространственно протяженных патологий конечностей, включая отеки. Способ осуществляют путем равномерного облучения области патологии со всех сторон за счет использования отдельных световых пучков со спектральной полосой не более 20 нм в диапазоне 620÷670 нм и не более 60 нм в диапазоне 820÷950 нм. Облучение осуществляется как непрерывным, так и импульсным или модулированным облучением. Задаются продолжительность и периодичность предлагаемого способа светолечения. Устройство выполнено в виде полого полуразъемного цилиндра. По внутренней поверхности цилиндра равномерно расположены источники излучения, обеспечивающие необходимые параметры светолечения. Способ и устройство позволяют повысить качество и эффективность терапии больных, страдающих отеками мягких тканей различного генеза. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ светолечения отеков конечностей, включающий равномерное облучение конечности со всех ее сторон путем использования отдельных падающих нормально к поверхности этой конечности световых пучков, мощность каждого из которых Р, общее их количество N и время экспозиции t_эксп определяют из системы взаимосвязанных соотношений
Р ≥ IxS_пат/N (1)
N_св ≥ kxS_пат/S_св (2)
t_эксп = DxS_пат/РхN (3)
где Р - площадь излучения одного светового источника;
I - заданная плотность мощности на поверхности биообъекта;
S_пат - общая площадь патологической зоны;
k - коэффициент, учитывающий степень перекрытия световых пучков на поверхности биообъекта;
N - требуемое количество светодиодов в облучателе;
S_св - площадь светового пятна на поверхности биообъекта от отдельного светодиода;
D - доза облучения [Дж/см²] . 2. Способ по п. 1, включающий воздействие излучением с шириной спектральной полосы не более 20 нм в спектральном диапазоне 620÷670 нм. 3. Способ по п. 1, включающий воздействие излучением с шириной спектральной полосы не более 60 нм в спектральном диапазоне 820÷950 нм. 4. Способ по п. 1, включающий непрерывное облучение со средней плотностью мощности в диапазоне от 0,5 до 20 мВт/см². 5. Способ по п. 1, включающий импульсное облучение с длительностью импульса 10^-3÷10^-7 с и частотой повторения импульсов в диапазоне 5÷2000 Гц. 6. Способ по п. 1, включающий модулированное облучение со скважностью 2÷10 и частотой модуляции в диапазоне 0,5÷100 Гц. 7. Способ по п. 1, включающий продолжительность воздействия 30÷60 мин, ежедневно по одному сеансу в течение 9-12 дней с интервалом между отдельными курсами лечения 12-14 недель. 8. Устройство для светолечения отеков конечностей, включающее источники излучения, систему питания и управления и оптическую систему формирования светового потока, выполнено в виде полого полуразъемного цилиндра по внутренней поверхности которого равномерно по площади расположены источники излучения, при этом диаметр цилиндра выбирают в диапазоне 15-20 см. 9. Устройство по п. 8, включающее в качестве источников излучения полупроводниковые лазеры. 10. Устройство по п. 8, включающее в качестве источников излучения полупроводниковые светодиоды. 11. Устройство по п. 8, включающее в качестве источников излучения комбинацию лазерных и светодиодных источников с различными длинами волн.