Способ получения импульсных переменных магнитных полей различной интенсивности для контролируемой магнитотерапии Российский патент 2023 года по МПК A61N2/12 

Изобретение относится к области магнитотерапии, иначе называемой безэлектродной электротерапией, осуществляемой за счет создания импульсных переменных магнитных полей постоянными магнитами, приводимыми в движение механическим способом, что соответствует квалификации по МПК в редакции от 2020 года как A61N 2/12.

На момент подачи данного заявления были известны как различные способы, так и различные устройства для генерации импульсных переменных магнитных полей. При патентном поиске в указанной рубрике были обнаружены следующие аналоги настоящего изобретения:

– заявка на изобретение RU 2007117446 A;

– патент на полезную модель RU 101929 U1;

– заявка на изобретение RU 2009101814 A;

– заявка на патент WO2010067180;

– заявка на патент WO2019164903.

Помимо вышеуказанных заявок и патентов, основанием для данного изобретения также послужило изобретение по патенту RU 2632443, относящееся непосредственно к излечению конкретного заболевания методом магнитотерапии.

Для получения положительного эффекта излечения заболевания по патенту RU 2632443, применяемая методика предполагает последовательное увеличение силы используемого магнитного поля и времени его экспозиции от сеанса к сеансу.

Согласно заявке на патент WO2019164903, имеются достаточные основания полагать, что методики лечения других заболеваний методом магнитотерапии импульсными магнитными полями также будут иметь специфические требования по силе используемых магнитных полей, их конфигурации, частоте импульсов и времени воздействия.

Реализация подобных требований по заявке на патент RU 2007117446 A представляется достаточно затруднительным, поскольку предлагаемое по нему решение имеет относительно сложную электромеханическую конструкцию. Точно таким же образом решение по патенту на полезную модель RU 101929 U1 тоже представляет собой весьма сложную механическую конструкцию.

Заявка на патент WO2010067180 относится к стационарному устройству с применением концентраторов магнитного поля, что усложняет конструкцию и его реализация в компактном исполнении не представляется возможным.

В отличие от способов воздействия по заявке на патент WO2019164903, электрическое поле в теле пациента по предлагаемому способу возникает само по себе в силу действия закона Фарадея, что в значительной мере упрощает его реализацию.

С целью устранения указанных недостатков и достижения точных дозированных воздействий импульсным переменным магнитным полем различной интенсивности, а также с целью проведения индивидуализированных программируемых процедур магнитотерапии предлагаются следующие решения, изложенные ниже.

В качестве основного прототипа была выбрана заявка на изобретение RU 2009101814 A, относящаяся к портативному устройству для проведения сеансов магнитотерапии и совпадающая по максимальному числу признаков, но обладающая существенным недостатком – неравномерностью распределения плотности магнитного потока в радиальном направлении, создаваемого вращающимися магнитами заявленной формы.

Как следует из пунктов формулы заявки на изобретение RU 2009101814 A:

«1. Переносной прибор для создания переменного магнитного поля для лечения с помощью магнитного поля, включающий

a) по меньшей мере два имеющих форму кругового или кольцевого сектора постоянных магнита (5), расположенных на кругообразном основании (3) в его окружном направлении и равномерно распределенных по нему, и...

d) между двумя расположенными в окружном направлении по соседству друг с другом постоянными магнитами (5) в каждом случае предусмотрен не занятый свободный сегмент (5а), имеющий примерно ту же форму кругового или кольцевого сектора, что и постоянные магниты (5).».

При применении подобного способа получения импульсного магнитного поля невозможно создать поле с равномерным распределением магнитной индукции в зоне действия магнитов вышеупомянутой формы.

Известно, что ЭДС индукции ε является производной изменения магнитного потока Φ во времени.

В свою очередь магнитный поток Φ равен скалярному произведению

где B – магнитная индукция поля;

S – площадь поверхности, пронизываемая магнитным потоком;

α – угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости  S.

В рассматриваемом случае, когда направление (вектор) магнитного поля совпадает с нормалью (перпендикуляром) к поверхности S, угол α составляет 0 градусов и
cos α = 1.

Таким образом, выражение (1) может быть заменено упрощённым выражением

где d S – элемент площади магнита или под магнитом на расстоянии R от центра вращения, поскольку для наводимой ЭДС важна только относительная скорость перемещения магнита и поверхности.

Из выражения (3) следует, что для системы с вращающимися магнитами наводимая ЭДС зависит как от площади поверхности, пронизываемой магнитным полем элемента поверхности магнита d S, так и от линейной скорости этого элемента магнита.

Линейная скорость точки окружности V (элемента поверхности магнита d S) определяется выражением

где R – радиус удаления от центра вращения;

f – частота вращения.

т.е. линейная скорость вращения возрастает по мере удаления от центра диска вращения пропорционально радиусу удаления.

Таким образом, из-за того, что магниты в прототипе имеют заявленную форму секторов или усечённых секторов, при которой площадь элемента d S увеличивается по мере удаления от центра вращения, в результате получается некая квадратичная зависимость распределения плотности магнитного потока и индуцируемой ЭДС от радиуса удаления от центра опорного диска вращения.

Следовательно, при заявленной форме магнитов невозможно достичь равномерного воздействия импульсов магнитного поля на ткани человека в зоне действия магнитов.

Для устранения указанного недостатка предлагается изменить форму используемых магнитов по заявке на изобретение RU 2009101814 A в виде круговых или усечённых секторов (Фиг. 1) таким образом, чтобы они имели вид подобный усечённому сектору, который ограничен внешней и внутренней дугами, а вместо отрезков радиусов – симметричными отрезками гипербол, при этом отношение длины внешней дуги к длине внутренней дуги обратно пропорционально отношению радиусов внешней и внутренней дуг (Фиг. 2). Причем отношение длин образующих дуг, ограничивающих магниты, должно соответствовать пропорции

где L_R – длина дуги окружности внешнего радиуса R, ограничивающей кольцо диска вращения;

L_r – длина дуги окружности внутреннего радиуса r, ограничивающей кольцо диска вращения.

При этом должно выдерживаться соотношение

В этом случае при применении магнитов заявляемой формы достигается одинаковое воздействие импульсов магнитного поля на ткани человека в зоне действия магнитов, т.к. элементарная площадь магнита d S уменьшается по мере увеличения радиуса, тем самым компенсируя увеличение линейной скорости при увеличении радиуса удаления от центра опорного диска вращения.

Точное регулирование силы воздействия по предлагаемому способу магнитотерапии возможно тремя путями:

– 1-й способ предусматривает изменение скважности импульсов магнитного поля за счет изменения соотношения внутренних дуг магнитов и секторов из немагнитных материалов, устанавливаемых в картриджи;

– по 2-му способу регулировка осуществляется установкой в картриджи парного числа магнитов (N ≥ 2*n, где n - числа натурального ряда) с различными значениями остаточной индукции;

– по 3-му способу регулировка силы воздействия осуществляется за счёт изменения и/или поддержания на заданном значении скорости вращении опорного диска с предустановленными магнитами заявляемой формы и возможностью их замены на другие, имеющие отличные значения остаточной магнитной индукции.

Для реализации первого и второго способов вышеупомянутые магниты заявляемой формы устанавливаются в сменные картриджи таким образом, чтобы полярность полюсов магнитов чередовалась. В свою очередь магниты в картриджах чередуются с секторами из немагнитных материалов.

Для получения скважности следования импульсов магнитного поля Q равной 2 длины внутренних дуг магнитов равны длинам внутренних дуг секторов из немагнитных материалов (Фиг. 2):

где L_s – длина внутренней дуги сектора из немагнитного материала;

L_r – длина внутренней дуги магнита.

Для получения других значений скважности импульсов Q выдерживается соотношение

Скорость вращения опорного диска регулируется электронным блоком управления (Фиг. 3), в состав которого входят:

– бесколлекторный двигатель постоянного тока;

– контроллер бесколлекторного двигателя, управляемый частотой;

– генератор тактовой частоты, управляемый напряжением (ГУН);

– управляющий микроконтроллер с цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) и интервальным таймером (ИТ);

– датчик Холла для обратной связи;

– микросхемы контроллера связи с сетями Wi-Fi.

Точность силы воздействия импульсного магнитного поля в этом случае зависит от скорости вращения опорного диска, а она – от частоты ГУН, частота тактовых импульсов ГУН – от разрядности ЦАП применяемого управляющего микроконтроллера; время воздействия и его точность – от разрядности ИТ и частоты следования счетных импульсов, получаемых от датчика Холла. При использованных компонентах технической реализации разрядность ЦАП составила 1024, переключение между 2-мя генераторами удваивало это значение до 2048. Совместно с применением картриджей, несущих различное число магнитов с различными значениями остаточной индукцией, лежащей в диапазоне от 100 мкТл до 1200 мТл, число возможных вариантов воздействия магнитным полем превышает 500 000.

Разрядность применённого ИТ составляла 14 с частотой следования счётных импульсов 4 мсек, что позволяло получать большой диапазон времени воздействия с высокой точностью. Это дало возможность варьировать интенсивность и время проведения процедур магнитотерапии, выбирая наиболее подходящие значения для данного органа или заболевания.

Блок управления также обеспечивает возможность задания определённых последовательностей скоростей вращения в течение сеанса контролируемой магнитотерапии путём дистанционной загрузки новых значений регистра ЦАП и программируемых выходов управляющего микроконтроллера, воздействующих на ГУН, что расширяет функциональные возможности предлагаемого способа.

Помимо аппаратной части, при реализации способа получения импульсных переменных магнитных полей различной интенсивности для контролируемой магнитотерапии возможно использование соответствующего программного обеспечения, размещаемого как на отдельном смартфоне, так и на удаленном сервере. Такое решение в условиях стационара позволит медперсоналу индивидуализировать лечение для каждого пациента, выбирая утверждённые параметры лечения, рекомендованные соответствующими методиками, а также повысить загрузку имеющегося оборудования.

Сменные картриджи позволяют в автономном режиме автоматически выдерживать рекомендуемые параметры воздействия для конкретного заболевания, а в режиме дистанционного управления – в известных пределах корректировать силу воздействия и длительность процедур магнитотерапии. Идентификация установленных картриджей с магнитами предотвращает нежелательные режимы их использования, блокируя их. Информация по картриджам отражается дисплеем как непосредственно на устройстве, реализующем данный способ, так и на смартфоне пользователя и/или на дисплее удалённого сервера.

Применение заявляемого способа на дому в условиях пандемии позволит избежать нежелательных личных контактов и сократить число визитов пациента в лечебные учреждения, а лечащему врачу даст возможность дистанционной корректировки проводимого лечения.

В совокупности предлагаемый способ получения импульсных переменных магнитных полей различной интенсивности для контролируемой магнитотерапии обладает рядом достоинств:

– расширяет функциональные возможности по данному методу лечения;

– позволяет существенно повысить качество лечения за счет его индивидуализации;

– сокращает расходы на проведение лечения;

– существенно сокращает количество посещений пациентами лечебных учреждений, что немаловажно в условиях эпидемий и пандемии.

Изобретение относится к медицинской технике, к способу получения импульсных переменных магнитных полей различной интенсивности для проведения магнитотерапии. Способ предполагает применение магнитов специальной формы, устанавливаемых на опорный диск вращения комплектно в картриджах. Постоянные магниты в картриджах размещаются в картриджах через промежутки свободных секторов, чередуясь полюсами. Закон изменения площади магнитов в радиальном направлении обуславливает форму постоянных магнитов и позволяет выравнивать или задавать плотность индукции магнитного поля в зоне воздействия магнитов для любых скоростей вращения опорного диска. Магниты имеют форму, подобную усеченному сектору, который ограничен внешней и внутренней дугами, а вместо отрезков радиусов - симметричными отрезками гипербол, при этом отношение длины внешней дуги к длине внутренней дуги обратно пропорционально отношению радиусов внешней и внутренней дуг. Использование предлагаемого способа позволяет применить его к широкому спектру заболеваний, индивидуализировать лечение методами магнитной терапии и проводить его дистанционно. Это значительно снижает риски заражения пациентов в условиях пандемий при необходимости прохождения процедур магнитотерапии. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения импульсных переменных магнитных полей различной интенсивности для магнитотерапии, осуществляемый за счет установки на опорный диск вращения постоянных магнитов с формой, имеющей вид, подобный усечённому сектору, который ограничен внешней и внутренней дугами, а вместо отрезков радиусов – симметричными отрезками гипербол, при этом отношение длины внешней дуги к длине внутренней дуги обратно пропорционально отношению радиусов внешней и внутренней дуг, причем магниты устанавливаются в сменные картриджи таким образом, чтобы полярность полюсов магнитов чередовалась, при этом магниты в картриджах чередуются с секторами из немагнитных материалов, а число устанавливаемых в картриджи магнитов равно или больше и кратно 2.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения различных значений скважности следования импульсов магнитного поля, длины внутренних дуг магнитов отличаются от длин внутренних дуг секторов из немагнитных материалов.

3. Способ по п.1 для получения значения скважности, равной 2, длины внутренних дуг магнитов равны длинам внутренних дуг секторов из немагнитных материалов.

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что для варьирования силы воздействия остаточная индукция магнитов в картриджах находится в пределах от 100 мкТл до 1200 мТл, при этом значения остаточной индукции магнитов в одном картридже равны или отличаются друг от друга.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что для получения ненулевого результирующего действия положительных и отрицательных импульсов поля угол между осями магнитов отличается от 180°.

6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что частота следования импульсов магнитного поля задаётся сменой картриджей с разным числом магнитов.

7. Способ по пп.1-6, отличающийся тем, что частота следования импульсов магнитного поля задаётся изменением скорости вращения опорного диска и лежит в пределах от 1 до 100 Гц.

8. Способ по пп.1-7, отличающийся тем, что время воздействия импульсного магнитного поля задаётся аппаратным или программным интервальным таймером.

9. Способ по пп.1-8, отличающийся тем, что частота следования импульсов магнитного поля и время его воздействия программируются дистанционно с использованием соединений с сетями Wi-Fi для загрузки данных сеанса лечения.

10. Способ по пп.1-9, отличающийся тем, что в течение сеанса процедуры магнитотерапии частота следования импульсов магнитного поля и время его воздействия с данными параметрами меняется по заданному закону.