УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ НА БИООБЪЕКТ Российский патент 2007 года по МПК A61N2/02 

Изобретение может использоваться в медицине, ветеринарии и биологии; относится к устройствам, используемым для воздействия импульсным вращающимся магнитным полем (МП) при проведении биофизических экспериментальных исследований.

Известно устройство для воздействия магнитным полем на биообъект (патент RU №2017509, МПК⁵ A 61 N 2/04. Магнитотерапевтический аппарат. // «Изобретения». 1994. №15), содержащее последовательно соединенные генератор импульсов тока, поканальный распределитель сигнала и индуктор из четырех плоских равносторонних треугольных обмоток, собранных в единую конструкцию в виде тетраэдра.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности изменения пространственно-динамической картины магнитного поля, а это ограничивает применение различных схем воздействия на биообъект магнитным полем.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для воздействия магнитным полем на биообъект, защищенное свидетельством на полезную модель RU №4680, МПК⁶ A 61 N 2/00 «Магнитотерапевтическая установка «Колибри»», опубл. 16.08.97, и патентом RU (патент RU №2088278, МПК⁷ A 61 N 2/04. Магнитотерапевтическая установка. // «Изобретения». 1997. №24), включающее генератор импульсов тока, блок управления и индуктор из трех катушек, подключенных каждый к своей фазе и с помощью соединительных элементов скомпонованных в виде правильной трехгранной призмы. Вращающееся магнитное поле создается за счет свободных затухающих синусоидальных колебаний, фазы которых сдвинуты относительно друг друга на 1/3 периода свободных колебаний, возникающих при подключении к катушкам предварительно заряженных конденсаторов.

Недостатками данного устройства, выбранного в качестве прототипа, являются:

- отсутствие возможности изменения конфигурации (пространственно-динамической картины) МП для данной геометрии индуктора;

- неравномерность вращения вектора индукции МП;

- существенное влияние явления взаимной индукции в катушках.

В связи с этим ожидаемый технический результат от изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства, предназначенного для воздействия вращающимся импульсным магнитным полем, за счет обеспечения многообразия схем воздействия такого магнитного поля на биообъект, снижения эффекта взаимной индукции, увеличения пространства рабочей зоны, где МП квазиоднородно.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве для воздействия магнитным полем на биообъект, содержащем генератор импульсов тока, индуктор из плоских катушек и блок управления, позволяющий поочередно, по одной, включать катушки в работу через временной интервал, катушки скомпонованы в виде правильной четырехугольной усеченной пирамиды, при этом катушки, представляющие собой боковые грани пирамиды, установлены с возможностью изменения угла их наклона к оси симметрии индуктора, а блок управления выполнен программируемым с возможностью изменения очередности включения в работу как части катушек индуктора, так и всех их, а также управления параметрами генератора.

Программируемый блок управления позволяет включать поочередно катушки, представляющие собой боковые грани пирамиды, по кругу или перекрестно.

Программируемый блок управления позволяет поочередно включать катушки, представляющие собой нижнее основание и две противолежащие боковые грани пирамиды.

Кроме того, программируемый блок управления позволяет изменять максимальную силу тока в катушках индуктора, частоту электрических колебаний, частоту следования импульсов тока.

Катушки, представляющие собой боковые грани пирамиды, выполнены круговыми или трапецеидальными.

Интервал изменения угла наклона катушек, представляющих собой боковые грани пирамиды, к оси симметрии индуктора лежит в пределах от максимально возможного до 0°.

Устройство, выбранное в качестве прототипа, обеспечивает лишь один вид пространственно-динамической картины поля в рабочей зоне индуктора. Под рабочей зоной индуктора понимается часть пространства внутри индуктора, где размещается объект биофизических исследований. Характерным здесь является то, что для точек пространства, расположенных в плоскости, проходящей через центры трех катушек, вектор магнитной индукции B(t) вращается в этой плоскости (годограф вектора B(t) - плоская закручивающаяся спираль). Однако по мере удаленности точки рабочей зоны от указанной плоскости появляется перпендикулярная к ней составляющая вектора B(t), много меньшая проекции этого вектора на эту плоскость. При этом годограф вектора индукции МП в произвольной точке рабочей зоны представляет собой пространственную спираль, закручивающуюся в пределах некоторого эллипсоида вращения.

Использование индуктора, состоящего из плоских катушек, скомпонованных в виде правильной четырехгранной усеченной пирамиды, позволяет разнообразить пространственно-динамическую картину МП за счет изменения очередности включения катушек в работу:

по одной по кругу, например, согласно номерам 1, 2, 3 и 4 (фиг.1);

по одной перекрестно, например, согласно номерам 1, 3, 2 и 4;

по одной, как в прототипе, т.е. «нижнюю» катушку и противолежащие «боковые» катушки, например, согласно номерам 5, 1 и 3, либо 5, 2 и 4.

Как известно, имея всего лишь три катушки, скомпонованные в виде призмы, невозможно путем различного порядка включения их в работу получить принципиально иное с точки зрения пространственно-динамической картины поле.

Расчетным путем определено, что годограф вектора B(t) магнитной индукции для любой точки рабочей зоны существенно зависит от порядка включения катушек в работу. При поочередном включении по кругу согласно номерам 1, 2, 3 и 4 годограф вектора B(t) имеет вид пространственной спирали, закручивающейся в пределах некоторого эллипсоида вращения (фиг.2). Для разных точек рабочей зоны могут меняться параметры указанного эллипсоида. При перекрестном включении наряду с областью рабочей зоны, где годограф имеет вид закручивающейся спирали, существует определенный объем пространства, где имеет место строго направленное действие МП (спираль вырождается в линию) (фиг.3). Это обстоятельство позволяет использовать при необходимости направленное воздействие магнитным полем на объект исследования.

В предлагаемом устройстве при круговой и перекрестной схемах включения «боковых» катушек в работу значительно снижается взаимная индукция в системе связанных катушек, поскольку смежные катушки расположены под углом, большим 90°, а расположенные под острым углом противолежащие катушки расположены достаточно далеко друг от друга благодаря особенностям конструкции индуктора.

Равномерность вращения вектора B(t) достигается увеличением количества «боковых» катушек с трех до четырех.

В предлагаемом устройстве предусмотрено изменение угла наклона «боковых» катушек к оси симметрии индуктора от максимально возможного до 0°. Максимально возможный угол определяется фактом касания боковых катушек друг другу, и его численное значение зависит от конкретных размеров индуктора. Уменьшение угла наклона плоских катушек к оси симметрии индуктора позволяет увеличить объем рабочей зоны, в каждой точке которой максимумы модуля магнитной индукции лежат в достаточно узком диапазоне значений (пространство, где МП квазиоднородно). При этом для сохранения максимальной величины воздействующего поля необходимо увеличить напряжение заряда конденсаторов.

На фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства (вариант компоновки индуктора из трапецеидальных катушек).

На фиг.2 представлен годограф вектора B(t) в фазовом пространстве Bx-By-Bz для точки с координатами (0.1, 0.1, 0.14) при включении в работу четырех «боковых» катушек индуктора вкруговую.

На фиг.3 представлен годограф вектора B(t) в фазовом пространстве Bx-By-Bz для точки с координатами (0.1, 0.1, 0.14) при перекрестном включении в работу четырех «боковых» катушек индуктора.

На фиг.4 показана схема одного из вариантов выполнения индуктора, состоящего из четырех одинаковых плоских круговых катушек, которые скомпонованы в виде правильной усеченной четырехугольной пирамиды (вид сверху).

Устройство для создания вращающегося импульсного магнитного поля включает в себя генератор импульсов тока, а также совмещенные в едином корпусе блок питания и блок управления 7, индуктор из плоских катушек 1, 2, 3, 4 и 5, подключенных с помощью соединительного кабеля 6 к блоку управления. Генератор импульсов тока выполнен в виде зарядно-разрядных контуров, каждый из которых связан с блоком питания и включает одну из катушек индуктора и соответствующую батарею конденсаторов.

Перед началом работы задается необходимый алгоритм функционирования устройства, включающий, в первую очередь, очередность последовательного включения катушек в работу, а также время воздействия и максимальную величину индукции формируемого поля. Работа устройства начинается с заряда батарей конденсаторов до определенного напряжения. Напряжение заряда на батарее должно соответствовать заданному максимуму магнитной индукции в центре рабочей зоны индуктора. Каждая батарея составлена из нескольких емкостей. Количество батарей конденсаторов соответствует числу катушек в индукторе.

Под управлением контроллера, входящего в состав блока управления 7, согласно программно заданной очередности происходит последовательная во времени с интервалом

коммутация предварительно заряженных батарей конденсаторов с соответствующими катушками индуктора. Здесь n - количество задействованных в работе устройства катушек; L, r - индуктивность и активное сопротивление катушки соответственно; С - емкость батареи конденсаторов.

Тот факт, что емкости выполнены в виде батарей конденсаторов, позволяет дискретно изменять частоту электрических колебаний.

В одном из вариантов предлагаемого устройства индуктор выполнен из четырех одинаковых плоских круговых катушек круглого сечения, скомпонованных в виде правильной усеченной четырехугольной пирамиды (фиг.4). Катушки вписаны в боковые грани воображаемой пирамиды, в которой соотношение между ее высотой Н и длиной стороны основания b выбрано следующее: Н=0.64b. При этом угол между плоскостью катушки и осью симметрии индуктора составляет 38°. Если b=0.77 м, то H=0.49 м и диаметр катушки 0.43 м.

Требование одновременного и одинакового для всех катушек изменения угла наклона в пределах 38°...0° обеспечено шарнирным соединением катушек к нижнему опорному кольцу и особой конструкцией их обвязки.

Каждая из катушек имеет следующие параметры: средний диаметр катушки 0.43 м, число витков - 100, диаметр провода 1.06 мм, длина провода 135 м, масса катушки 1.1 кг, индуктивность катушки 9.6 мГн, сопротивление постоянному току 2.7 Ом, коэффициент затухания гармонических колебаний 0.14·10³ c^-1.

Если емкость конденсатора равна 100 мкФ, то частота колебаний в LC-контуре равна 160 Гц, что соответствует периоду колебаний, равному 6.22·10^-3 с. При этом последовательное включение катушек осуществляется с интервалом ˜1.6·10^-3 с.

Область техники: изобретение может использоваться в медицине, ветеринарии и биологии; относится к устройствам, используемым для воздействия импульсным вращающимся магнитным полем при проведении биофизических экспериментальных исследований. Технический результат: расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения многообразия схем воздействия такого магнитного поля на биообъект, снижения эффекта взаимной индукции, увеличения пространства рабочей зоны, где магнитное поле квазиоднородно. В устройстве для воздействия магнитным полем на биообъект, содержащем генератор импульсов тока, индуктор из плоских катушек и блок управления, позволяющий поочередно, по одной, включать катушки в работу через временной интервал, новым является то, что катушки скомпонованы в виде правильной четырехугольной усеченной пирамиды. Блок управления выполнен программируемым с возможностью изменения очередности включения в работу как части катушек индуктора, так и всех их, а также управления параметрами генератора. Программируемый блок управления позволяет включать поочередно катушки, представляющие собой боковые грани пирамиды, по кругу или перекрестно, а также позволяет поочередно включать катушки, представляющие собой нижнее основание и две противолежащие боковые грани пирамиды. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для воздействия магнитным полем на биообъект, содержащее генератор импульсов тока, индуктор из плоских катушек и блок управления, позволяющий поочередно, по одной, включать катушки в работу через временной интервал, отличающееся тем, что пять катушек круглого сечения индуктора скомпонованы в виде воображаемой правильной усеченной пирамиды, при этом четыре одинаковые катушки служат его боковыми гранями, а блок управления выполнен программируемым с возможностью изменения очередности включения в работу как части катушек индуктора, так и всех их, а также управления параметрами генератора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что программируемый блок управления позволяет включать поочередно четыре одинаковые катушки по кругу или перекрестно.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что программируемый блок управления позволяет поочередно включать три катушки, одна из которых лежит в основании пирамиды, а две другие образуют противолежащие боковые грани пирамиды.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что программируемый блок управления позволяет изменять максимальную силу тока в катушках индуктора, частоту электрических колебаний, частоту следования импульсов тока.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катушки, образующие боковые грани пирамиды, выполнены круговыми или трапецеидальными.