Устройство для воздействия на биологические объекты

Устройство для воздействия на биологические объекты

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам, воздействующим на биологические объекты физическими факторами для нормализации в них биохимических и информационных процессов. Сущность изобретения состоит в том, что устройство для воздействия на биологические объекты содержит каскадно соединенные интерфейс, микропроцессор, к отдельному входу которого подключен кварцевый резонатор, перепрограммируемое запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, усилитель тока и подключаемый к выходу усилителя преобразователь тока в воздействующий на биологические объекты физический фактор. Описывается несколько входящих в состав устройства преобразователей тока в различные физические факторы. Сигналы для воздействия на различные биологические объекты записываются в память предлагаемого устройства с одного из последовательных портов персонального компьютера. Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - создание универсального, с расширенными и функциональными возможностями устройства для нормализации биохимических и информационных процессов в различных биологических объектах. 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам, воздействующим на биологические объекты физическими факторами с целью нормализации в них биохимических и информационных процессов. В качестве биологических объектов воздействия могут выступать: человек, животные, птицы, яйца птиц, рыбы, икринки рыб, насекомые (например, пчелы), растения. В медицине устройство может использоваться для лечения различных заболеваний, в том числе и хронических, и ускорения заживления ран, в том числе послеоперационных, в растениеводстве - для стимулирования роста и развития растений.

Известен магнитотерапевтический аппарат, содержащий каскадно соединенные блок управления, преобразователь тока и индуктивную катушку, при этом блок управления выполнен с возможностью формирования на его выходе многочастотного сигнала с тремя или более частотами, соответствующими короткопериодным биоритмам здорового человека, находящегося в спокойном состоянии, а преобразователь тока выполнен с возможностью подачи в индуктивную катушку токов, при которых амплитудные значения магнитной индукции в месте нахождения пациента не превышают 0,1 мТ [1]. Недостатком аппарата является то, что он не осуществляет нормализацию нарушенных сверхнизкочастотных процессов на клеточном уровне.

Известен прибор для электротерапии - электростимулятор желудочно-кишечного тракта, содержащий источник постоянного напряжения, импульсный генератор, соединенный с источником постоянного напряжения, и анодный и катодный электроды, соединенные с выходными клеммами импульсного генератора [2]. Генератор вырабатывает пачки импульсов, каждый из которых имеет длительность 5-7 мс и амплитуду тока в импульсе при соприкосновении электродов прибора со слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта около 10 мА. Недостатком устройства является то, что его воздействие на организм может осуществляться только через нервные окончания желудочно-кишечного тракта.

Известен также прибор [3], аналогичный описанному в [2], в котором рабочая поверхность анодного электрода покрыта слоем металлов-микроэлементов, необходимых организму человека. Такой прибор имеет тот же недостаток, что и прибор, описанный в [2].

Известен способ прединкубационной обработки яиц, размещенных в индуктивной катушке, импульсным магнитным полем [4]. Длительность каждого импульса выбирают в пределах 0,01-0,50 с, напряженность магнитного поля - в пределах 50-250 кА/м, при этом воздействие на яйца осуществляют 1-5 импульсами. Недостатком способа является его малая эффективность, обусловленная неадекватным характером спектра воздействующего на яйца сигнала и спектра колебательных процессов в структуре яиц.

Известны способ предпосевной обработки семян и устройство для его осуществления [5]. Способ заключается в том, что семена обрабатывают импульсным магнитным полем, при этом число воздействующих на семена импульсов выбирают в пределах 400-1000, напряженность магнитного поля в импульсе - в пределах 10-40 кА/м, а длительность импульсов - в пределах 10-40 мкс. Устройство для предпосевной обработки семян состоит из каскадно соединенных блока питания, формирователя импульсов тока, выполненного на основе токового ключа, и индуктивной катушки. Недостатком данных способа и устройства является слабая стимуляция процессов прорастания семян, обусловленная неадекватностью воздействующего на семена сигнала колебательным процессом в семенах.

Известно устройство для магнитосветовой терапии, содержащее корпус, выполненный из диэлектрика, с окном, пропускающим излучения в областях красного и инфракрасного диапазонов, матрицу излучающих в этих диапазонах диодов, расположенный в окне корпуса постоянный магнит и внешний источник питания, соединенный с матрицей излучающих диодов при помощи двухпроводного кабеля [6]. Недостатком прибора является то, что он имеет ограниченную область применения в качестве физиотерапевтического устройства.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству по числу существенных признаков является устройство для магнитотерапии, содержащее каскадно соединенные источник изменяющегося во времени напряжения, усилитель тока и катушку индуктивности (индуктор), а также источник питания, соединенный своими выходами с источником изменяющегося во времени напряжения и усилителем тока [7]. Источник изменяющегося во времени напряжения содержит генератор тактовых импульсов с частотой их повторения 50 Гц, цифровой генератор импульсов с псевдослучайной (шумоподобной) частотой их следования в диапазоне 0,2-3,0 Гц и различной длительностью импульсов, вход которого соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, первый фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом цифрового генератора импульсов, амплитудный модулятор, вход модулируемого сигнала которого соединен со вторым выходом генератора тактовых импульсов, а вход модулирующего сигнала - с первым выходом первого фильтра нижних частот, второй фильтр нижних частот, вход которого соединен с выходом амплитудного модулятора, и двухканальный переключатель, первый и второй входы которого соединены со вторым выходом первого и выходом второго фильтров нижних частот, при этом выход двухканального переключателя образует выход источника изменяющегося во времени напряжения. Устройство-прототип имеет два режима работы: первый режим, при котором на вход усилителя тока поступает аналоговый шумоподобный сигнал, занимающий полосу частотой 0,2-3,0 Гц, и второй режим, при котором на вход усилителя тока поступает амплитудно-модулированный шумоподобный сигнал, имеющий несущую частоту 50 Гц. Первый фильтр низкой частоты отсекает составляющие спектра сигнала, имеющие частоты более 3 Гц, второй фильтр нижних частот отсекает более высокие гармоники сигнала, имеющего несущую частоту 50 Гц. Переключение режимов работы устройства осуществляется двухканальным переключателем. Недостатком устройства-прототипа являются ограниченная область его применения и низкий терапевтический эффект при использовании его для целей терапии, что обусловлено узким диапазоном частот сигнала, воздействующего на организм человека.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - создание универсального, с расширенными функциональными возможностями устройства для нормализации биохимических и информационных процессов в различных биологических объектах, в частности, путем воздействия на клеточные структуры и нервную систему человека информационными сигналами и повышение эффективности информационного воздействия на биологические объекты.

Это достигается тем, что в устройстве для воздействия на биологические объекты, содержащем каскадно соединенные источник изменяющегося во времени напряжения и усилитель тока, источник питания, соединенный своими выходами с источником изменяющегося во времени напряжения и усилителем тока, и подключенную к выходу усилителя тока индуктивную катушку, источник изменяющегося во времени напряжения выполнен в виде каскадно соединенных интерфейса, микропроцессора, к отдельному входу которого подключен кварцевый резонатор, перепрограммируемого запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя, при этом внешний вход/выход интерфейса оканчивается приборной частью электрического разъема.

Это достигается также тем, что в устройстве для воздействия на биологические объекты источник изменяющегося во времени напряжения, усилитель тока, индуктивная катушка и стабилизированная часть источника питания или весь источник питания размещены в едином диэлектрическом корпусе, а названная часть электрического разъема размещена в нем полностью или частично, и в его состав дополнительно введены штепсельное гнездо, у которого внешний вывод соединен с источником питания и первым концом индуктивной катушки, а внутренний пластинчатый вывод соединен своим неподвижным концом с выходом усилителя тока, индикаторный светоизлучающий диод, контакт, нормально замкнутый с отгибаемой частью внутреннего пластинчатого вывода и соединенный с катодным выводом индикаторного светоизлучающего диода, анодный вывод которого соединен со вторым концом индуктивной катушки, и внешний, соединяемый со штепсельным гнездом модуль, содержащий штепсель, отрезок двухпроводного кабеля, соединенный своими первыми концами с выводами штепселя, и преобразователь тока в воздействующий на биологические объекты физический фактор, при этом выводы преобразователя тока соединены со вторыми концами отрезка двухпроводного кабеля.

В частном случае выходной каскад усилителя тока выполнен на биполярном транзисторе n-р-n-типа, и неподвижная часть внутреннего пластинчатого вывода штепсельного гнезда соединена с коллектором биполярного транзистора.

В качестве преобразователя тока воздействующий на биологические объекты физический фактор в модуле может использоваться излучающий диод. Преобразователь тока модуля в физический фактор может быть выполнен в виде дополнительной выносной индуктивной катушки. Преобразователь тока может также быть выполнен в виде последовательно соединенных дополнительной выносной индуктивной катушки и светоизлучающего диода, при этом анодный вывод светлоизлучающего диода соединяется через провод двухпроводного кабеля или через провод двухпроводного кабеля и дополнительную выносную катушку с внешним выводом штепселя. Преобразователь тока модуля может содержать резистор, подключенный ко вторым концам отрезка двухпроводного кабеля, анодный и катодный электроды и два отдельных изолированных провода, включенных между концами резистора и анодным и катодным электродами, при этом анодный и катодный электроды соединяются через последовательно включенные отдельные изолированные провода и провода отрезка двухпроводного кабеля соответственно с внешним и внутренним выводами штепселя. Он также может содержать светоизлучающий диод, анодный и катодный выводы которого через провода отрезка двухпроводного кабеля соединены соответственно с внешним и внутренним выводами штепселя, два отдельных изолированных провода и анодный и катодный электроды, соединяемые через отдельные изолированные провода с анодным и катодным выводами светоизлучающего диода.

Анодный и катодный электроды могут быть выполнены цилиндрическими или пластинчатыми. Анодный электрод также может быть выполнен точечным. Рабочая поверхность анодного электрода может выполняться из одного или нескольких металлов-микроэлементов.

В частном случае устройство для воздействия на биологические объекты может быть выполнено с автономным источником питания.

В частном случае в состав устройства может быть введена матрица излучающих диодов, имеющих два или несколько различных спектров излучения, размещенная в диэлектрическом корпусе, имеющем прозрачное для излучаемых спектров окно, и подсоединенная к источнику питания.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для воздействия на биологические объекты, на котором обозначено: 1 - диэлектрический корпус устройства; 2 - источник питания или его стабилизированная часть (стабилизированная часть источника питания может соединяться с его выносной частью, например, сетевым блоком питания через обозначенный на чертеже пунктирными линиями разъем и отрезок кабеля или только посредством отрезка двухпроводного кабеля); 3 - матрица излучающих диодов; 4 - интерфейс; 5 - приборная часть электрического разъема (через которую осуществляется соединение устройства) с одним из последовательных портов персонального компьютера при записи информации в перепрограммируемое запоминающее устройство; 6 - микропроцессор; 7 - перепрограммируемое запоминающее устройство; 8 - цифроаналоговый преобразователь; 9 - усилитель тока; 10 - кварцевый резонатор; 11 - внешний вывод штепсельного гнезда; 12 - внутренний пластинчатый вывод штепсельного гнезда; 13 - нормально замкнутый контакт; 14 - индуктивная катушка, размещаемая внутри корпуса; 15 - индикаторный светоизлучающий диод; 16 - внутренний (центральный) проводник штепселя; 17 - внешний проводник штепселя; 18 - отрезок двухпроводного кабеля; 19 - дополнительная выносная индуктивная катушка; 20 - светоизлучающий (индикаторный) диод; 21 - первый изолированный провод; 22 - второй изолированный провод; 23 - точечный электрод; 24 - цилиндрический электрод.

Устройство, функциональная схема которого изображена на чертеже, может воздействовать на биологические объекты и/или их отдельные элементы и системы немодулированным оптическим излучением (при помощи диодной матрицы 3), модулированным световым излучением (при помощи излучающего диода, входящего в состав выносного модуля), изменяющимся во времени магнитным полем (создаваемым индуктивной катушкой 14, размещенной внутри корпуса устройства, или дополнительной выносной индуктивной катушкой 19), током, имеющим постоянную и переменную составляющие (при помощи различных анодных и катодных электродов, в частности 23 и 24).

Форма воздействующего на биологические объекты сигнала определяется видом сигнала, записанного с персонального компьютера в память запоминающего устройства 7 (при записи сигнала в память запоминающего устройства 7 приборная часть разъема 5 соединяется с одним из последовательных портов компьютера с помощью кабеля, оканчивающегося двумя кабельными частями разъемов).

Интерфейс 4 обеспечивает электрическое преобразование кода информации, поступающей из компьютера через приборную часть разъема 5 на вход интерфейса 4 с одного из последовательных портов компьютера, в код информации, используемой в микропроцессоре 6. Микропроцессор 6 осуществляет обработку поступающей на него информации и управление этим процессом (в частности, он может изменять время дискретизации сигнала). В состав микропроцессора 6 входит задающий генератор, в котором в качестве стабилизирующего частоту элемента используется кварцевый резонатор 10 (частота дискретизации получается путем деления частоты задающего кварцевого генератора на целые числа). Сигнал с выхода перепрограммируемого запоминающего устройства 7 в цифровой форме поступает на вход цифроаналогового преобразователя 8. С выхода последнего сигнал в аналоговой форме поступает на вход усилителя тока 9. Выходной ток усилителя 9 преобразуется в воздействующий на биологические объекты физический фактор. Вид физического фактора определяется вариантом подключаемого к выходу усилителя 9 преобразователя тока.

При подключении к штепсельному гнезду устройства какого-либо из вышеописанных внешних модулей (при введенном в штепсельное гнездо штепселе) происходит отход внутреннего пластинчатого вывода 12 от контакта 13, и протекание тока через катушку 14 и диод 15 прекращается. Выходной ток усилителя 9 в этом случае протекает в цепи преобразователя тока модуля в воздействующий на биологические объекты физический фактор, например, через выносную индуктивную катушку 19 и включенный последовательно с ней диод 20 (выполняющий как и диод 15 роль индикаторного элемента).

В подсоединенном к устройству модуле, схема которого изображена в нижней части чертежа, выходной ток усилителя 9 будет протекать, главным образом, через светоизлучающий диод 20 и частично через электроды 23 и 24 при их соприкосновении с кожей человека (в этом случае диод 20 будет выполнять роль индикаторного элемента и генератора напряжения для электродов).

Выполненное нами устройство для воздействия на биологические объекты на основе корпуса светодиодного аппарата "Дюна-Т" позволяло записывать в свою память сигнал, имеющий 16000 временных дискретов, при длительности одного дискрета, находящейся в пределах 10-1000 мс. Записываемые и воспроизводимые устройством сигналы имели полосы рабочих частот, простирающиеся от 6,25·10^-5 -5·10^-1 до 6,25·10^-3-5·10 Гц, то есть устройство могло записывать и воспроизводить практически любые биологически значимые для живых объектов сигналы.

Использование предлагаемого устройства открывает перспективное направление в нормализации биохимических и информационных процессов в биологических объектах, которое включает в себя создание и использование банка записанных на дискеты информационных нормализующих сигналов для различных объектов, как универсальных, например фликкер-шумовых, так и индивидуальных, в том числе и информационных сигналов для конкретного человека, его органов и систем. Информация, записываемая на дискетах, может формироваться в компьютере с учетом усредненных спектральных характеристик колебательных процессов в организме молодых здоровых людей. Для хронических больных нормализующие спектральные характеристики могут формироваться с учетом особенностей спектральных характеристик, снятых в периоды обострения болезни и ремиссии. Для каждого человека неплохо было бы иметь записанные на дискете различные спектральные характеристики, снятые в период его физического расцвета, которые можно было бы использовать для формирования нормализующего сигнала в возрасте, когда у него появляются проблемы со здоровьем.

Предлагаемое устройство позволяет записывать в свою память сигналы большинства современных приборов информационной медицины, то есть позволяет заменить большинство известных и дорогостоящих приборов на более универсальное и дешевое устройство. Оно также может использоваться в животноводстве, птицеводстве, рыбоводстве, пчеловодстве, растениеводстве и других областях человеческой деятельности.

По отношению к устройству-прототипу предлагаемое устройство обладает большими функциональными возможностями (универсальностью) и имеет большую область применения.

Источники информации

1. Патент РФ №2195975, кл. А 61 N 2/00. Заявлено: 20.11.2000. Опубл.: 10.01.2003. БИПМ №1.

2. В.Ф. Агафонников, Г.Ц. Дамбаев, М.Е. Романовский. Автономные электростимуляторы желудочно-кишечного тракта. Монография. - Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 1999. - 194 с.

3. Патент РФ №2153367, кл. А 61 N 1/375. Заявлено: 12.02.1998. Опубл.: 27.07.2000. БИПМ №21.

4. Патент РФ №2136149, кл. А 01 К 45/00. Заявлено: 14.01.1998. Опубл. 10.09.1999. БИ №25.

5. Патент РФ №2083070, кл. А 01 С 1/00. Заявлено: 07.09.1993. Опубл. 10.07.1977. БИ №19.

6. Патент РФ №2122445, кл. А 61 N 2/06, 5/06. Заявлено: 18.02.1997. Опубл. 27.11.1998. БИ №33.

7. Патент РФ №2125473, кл. А 61 N 2/04. Заявлено: 13.03.1996. Опубл. 27.01.1999. БИ №3 - прототип.

Формула изобретения

1. Устройство для воздействия на биологические объекты, содержащее каскадно-соединенные источник изменяющегося во времени напряжения и усилитель тока, источник питания, соединенный своими выходами с источником изменяющегося во времени напряжения и усилителем тока и подключенную к выходу усилителя тока индуктивную катушку, отличающееся тем, что источник изменяющегося во времени напряжения выполнен в виде каскадно-соединенных интерфейса, микропроцессора, к отдельному входу которого подключен кварцевый резонатор, перепрограммируемого запоминающего устройства, в память которого записан информационный сигнал с полосой рабочих частот, находящейся в диапазоне 6,25·10 ^-5-5·10¹ Гц, и цифроаналогового преобразователя, при этом внешний вход/выход интерфейса оканчивается приборной частью электрического разъема.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник изменяющегося во времени напряжения, усилитель тока, индуктивная катушка, стабилизированная часть источника питания или весь источник питания размещены в едином диэлектрическом корпусе, а названная часть электрического разъема размещена в нем полностью или частично, и в его состав дополнительно введены штепсельное гнездо, у которого внешний вывод соединен с источником питания и первым концом индуктивной катушки, а внутренний пластинчатый вывод соединен своим неподвижным концом с выходом усилителя тока, индикаторный светоизлучающий диод, контакт, нормально замкнутый с отгибаемой частью внутреннего пластинчатого вывода и соединенный с катодным выводом индикаторного светоизлучающего диода, анодный вывод которого соединен со вторым концом индуктивной катушки, и внешний, соединяемый со штепсельным гнездом, модуль, содержащий штепсель, отрезок двухпроводного кабеля, соединенный своими первыми концами с выводами штепселя, и преобразователь тока в воздействующий на биологические объекты физический фактор, при этом выводы преобразователя тока соединены со вторыми концами отрезка двухпроводного кабеля.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выходной каскад усилителя тока выполнен на биполярном транзисторе n - р - n-типа, и неподвижная часть внутреннего пластинчатого вывода штепсельного гнезда соединена с коллектором биполярного транзистора.

4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что в качестве преобразователя тока в воздействующий на биологические объекты физический фактор в модуле используется излучающий диод.

5. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что преобразователь тока модуля в воздействующий на биологические объекты физический фактор выполнен в виде дополнительной выносной индуктивной катушки.

6. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что преобразователь тока модуля в воздействующий на биологические объекты физический фактор выполнен в виде последовательно соединенных дополнительной выносной, индуктивной катушки и светоизлучающего диода, при этом анодный вывод светоизлучающего диода соединен через провод двухпроводного кабеля или провод двухпроводного кабеля и дополнительную выносную индуктивную катушку с внешним выводом штепселя.

7. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что преобразователь тока модуля в воздействующий на биологические объекты физический фактор содержит резистор, подключенный ко вторым концам отрезка двухпроводного кабеля, анодный и катодный электроды, и два отдельных изолированных провода, включенных между концами резистора и анодным и катодным электродами, при этом анодный и катодный электроды соединены через последовательно включенные отдельные изолированные провода и провода отрезка двухпроводного кабеля соответственно с внешним и внутренним выводами штепселя.

8. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что преобразователь тока модуля в воздействующий на биологические объекты физический фактор содержит светоизлучающий диод, анодный и катодный выводы которого через провода отрезка двухпроводного кабеля соединены соответственно с внешним и внутренним выводами штепселя, два отдельных изолированных провода и анодный и катодный электроды, которые через отдельные изолированные провода соединены с анодным и катодным выводами светоизлучающего диода.

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что анодный и катодный электроды выполнены цилиндрическими.

10. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что анодный и катодный электроды выполнены пластинчатыми.

11. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что анодный электрод выполнен точечным, а катодный электрод - трубчатым или пластинчатым.

12. Устройство по пп.7-11, отличающееся тем, что рабочая поверхность анодного электрода выполнена из одного или нескольких металлов-микроэлементов.

13. Устройство по пп.1-12, отличающееся тем, что источник питания выполнен автономным.

14. Устройство по пп.2-12, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введена матрица излучающих диодов, имеющих два или несколько различных спектров излучения, размещенная в диэлектрическом корпусе, имеющем прозрачное для излучаемых спектров окно, и подсоединенная к источнику питания.

РИСУНКИ