Физиотерапевтическое устройство светолучевой терапии

Физиотерапевтическое устройство светолучевой терапии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицине, а именно физиотерапевтическим устройствам светолучевой терапии, где лечение осуществляется путем воздействия на тело пациента низкоэнергетическими излучениями нескольких спектров излучений (цветов) в разных сочетаниях, и преимущественно предназначено для лечения детей раннего возраста.

Известен физиотерапевтический аппарат для светолучевой терапии, содержащий блок питания, преимущественно от бытовой электросети, генератор импульсов тока, коммутатор, ряд излучающих диодов с различными спектрами видимого и инфракрасного диапазонов излучения, соединенных между собой, по меньшей мере, в одну последовательную электрическую цепь, образующих светоизлучающую матрицу. Светодиоды подключаются к блоку питания через коммутатор (см. патент RU 2090224, кл. А61N 5/06, 20.09.1997).

Недостатками известного устройства является то, что физиотерапевтический аппарат не позволяет осуществлять независимый выбор спектрального диапазона (цвета), яркости, частоты и длительности импульса излучения каждого источника. Кроме того, аппарат может быть опасен в практическом использовании потому, что светоизлучающие элементы и соединительные цепи не имеют гальванической изоляции от электрической сети.

Известен источник света "ХРОМАТОН", который содержит светодиоды, источник импульсов тока, тастатуру с кнопками, предназначенную для выдачи команд на включение электрических цепей коммутации и выдачи команд выбора режимов работы излучателей с источником. Источник снабжен многопозиционным ключом, трехразрядным формирователем кодовых комбинаций двоичного кода, двухразрядным формирователем кодовых комбинаций двоичного кода, дешифратором двоичного кода, состоящим из трехразрядного дешифратора двоичного кода, двухразрядного дешифратора двоичного кода и второй ступени дешифратора двоичного кода. Источник включает генератор импульсов тока и имеет два выхода, каждый из которых соединен с одним из входов второй группы входов многопозиционного ключа (см. патент RU 2231375, А61N 5/06, 09.09.2002).

Недостатками этого устройства является то, что источник света не позволяет получать мощные световые потоки узких видимых спектров излучения и не удобен для лечения детей раннего возраста, находящихся в кувезе, при этом конструкция излучателя имеет малую площадь и недостаточную интенсивность светового излучения. С помощью данного источника света невозможно задавать разные частоты и длительности импульсов излучений для разных видимых спектров излучения. В нем также не предусмотрена независимая регулировка яркости излучения для каждого источника видимого спектра. Все светоизлучающие диоды разных спектров излучения работают с одинаковыми частотами и длительностями световых импульсов. Данный источник не позволяет получать тройные и более спектральные диапазоны интенсивностей излучения. Источник света "ХРОМАТРОН" имеет много органов управления (тастатуру), с помощью которых производится задание режимов. Для включения необходимого режима оператору необходимо пользоваться дополнительной таблицей. Также режимы работы источников света разного спектрального диапазона строго заданы и не могут быть модифицированы, т.к. для перестройки какого-либо параметра необходимо изменять принципиальную схему и заменять необходимые электронные компоненты.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является физиотерапевтическое устройство светолучевой терапии, содержащее блок управления, блок излучения, в корпусе которого на поверхность печатной платы последовательными чередующимися рядами прикреплены светодиоды источников трех различных спектров излучения, каждый из которых включает в себя параллельно включенные одинаковые ветви элементов, каждая из которых состоит из последовательно включенных светодиодов одного из спектров излучения, и блок питания, которое выбрано за прототип (см. патент JP 11076434, кл. А61N 5/06, 23.03.1999).

Устройство по прототипу обладает теми же недостатками, что и известные устройства, описанные выше.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание физиотерапевтического устройства для светолучевой терапии с трехцветным источником излучения с большой площадью и яркостью, излучающего несколько узких спектров излучения видимого света, с возможностью получения разных частот или диапазона частот и длительностей импульсов излучения для разных спектров излучения видимого света, для одновременного лечения нескольких заболеваний одновременно, и для усиления физиотерапевтического воздействия одного видимого спектра излучения с заданной интенсивностью, частотой или диапазоном частот и длительностью, другими спектрами излучений с другими заданными интенсивностями, частотами или диапазонами частот и длительностями. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в упрощении управления физиотерапевтическим устройством для светолучевой терапии, увеличении числа аналогичных управляемых источников излучения с другими спектрами излучения, увеличении потенциальных возможностей устройства за счет перепрограммирования алгоритмов работы источников излучений в зависимости от конкретного лечебного воздействия.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что физиотерапевтическое устройство светолучевой терапии содержит блок управления, блок излучения, в корпусе которого на поверхность печатной платы последовательными чередующимися рядами прикреплены источники трех различных спектров излучения, каждый из которых включает в себя параллельно включенные одинаковые ветви элементов с последовательно включенными светодиодами одного из спектра излучения, и блок питания, при этом блок управления содержит микроконтроллер, к выходам которого присоединены клавиатура, дисплей и цифроаналоговые преобразователи, при этом выход каждого преобразователя соединен с входом одного из импульсных стабилизаторов тока, к выходу которого подключен один из источников излучения, ветви которого содержат последовательно включенные со светодиодами токовыравнивающие резисторы, при этом в блоке излучения в каждом ряду установлено разное количество светодиодов и в каждом: красном, зеленом и синем источнике излучения установлено с чередованием по два или три светодиода с близкими спектрами излучения. Числа ветвей элементов различных спектров излучения могут быть не равны между собой.

На фиг.1 приведена функциональная схема физиотерапевтического устройства светолучевой терапии; на фиг.2 изображена конструкция блока излучения.

Физиотерапевтическое устройство светолучевой терапии содержит блок управления 1, микроконтроллер 2, к которому подключены с помощью шины 3 - клавиатура 4; с помощью шины 5 - дисплей 6; с помощью шины 7 - однотипные цифроаналоговые преобразователи: ЦАП_B 8 (цифроаналоговый преобразователь синего источника излучения), ЦАП_G 9 (ЦАП зеленого источника излучения), ЦАП_R 10 (ЦАП красного источника излучения). Индексы В (blue) - синий, G (green) - зеленый, R (red) - красный обозначают принадлежность к схеме формирования управляющего тока для конкретного источника видимого света с необходимым спектром излучения.

К выходу ЦАП_B 8 подключен импульсный стабилизатор тока синего источника излучения ИСТ_B 11. К выходу ЦАП_G 9 подключен импульсный стабилизатор тока зеленого источника излучения ИСТ_G 12. К выходу ЦАП_R 10 подключен импульсный стабилизатор тока красного источника излучения ИСТ_R 13. К отрицательному выходу ИСТ_B подключены катоды последних последовательно включенных светодиодов синего цвета излучения, а к положительному выходу подключены вторые входы токовыравнивающих резисторов данной ветви светодиодов, аналогично подключены к импульсным источникам тока ИСТ_G, ИСТ_R светодиоды зеленого и красного источников излучения. Ток импульсного стабилизатора может меняться от 0 до 100%. Величина тока I_B = от 10 до 500 мА с выхода импульсного стабилизатора тока ИСТ_В устанавливается в зависимости от типа используемых светодиодов в источнике излучения синего спектра излучения и числа параллельных ветвей М_B светодиодов. Аналогичным образом устанавливаются выходные токи импульсных стабилизаторов тока ИСТ_G, ИСТ_R. Применение импульсных стабилизаторов тока обусловлено уменьшением потерь электроэнергии в цепях регулировки тока источников излучений, что влечет за собой уменьшение нагрева регулирующих элементов ИСТ_X и увеличение в целом КПД устройства.

Блок управления 1 соединен кабелем с блоком излучения 14. К выходу стабилизатора тока ИСТ_B 11 проводами 15 и 16 подключен источник синего спектра излучений 17, к выходу стабилизатора тока ИСТ_G 12 проводами 18 и 19 подключен источник зеленого спектра излучений 20, к выходу стабилизатора тока ИСТ_R 13 проводами 21 и 22 подключен источник красного спектра излучений 23.

В корпусе блока излучения 14 на печатной плате методом поверхностного монтажа закреплены рядами светодиоды 1.1_B÷M.N_B с центральной длиной волны спектра излучения, равной 470 нм, которые составляют источник синего спектра излучения 17; светодиоды 1.1_G÷M.N_G с центральной длиной волны спектра излучения, равной 525 нм, которые составляют источник зеленого спектра излучения 20; светодиоды 1.1_R÷M.N_R с центральной длиной волны спектра излучения, равной, 630 нм, которые составляют источник красного спектра излучения 23. Светодиоды одного спектра излучения располагаются продольными рядами, первый ряд - светодиоды синего спектра излучения, следующий ряд - светодиоды зеленого спектра излучения, следующий ряд составляют светодиоды красного спектра излучения. Количество, тип и плотность размещения светодиодов на печатной плате выбирается из условий получения необходимой яркости источника излучения с данной длиной волны.

N_B - штук светодиодов синего спектра излучения (1.1_B÷1.N_B) и один токовыравнивающий резистор 1_B соединены последовательно и составляют первую ветвь. В источнике света синего спектра излучения 17 имеется M_B штук параллельно включенных аналогичных ветвей.

N_G - штук светодиодов зеленого спектра излучения (1.1_G÷1.N_G) и один токовыравнивающий резистор 1G соединены последовательно и составляют первую ветвь. В источнике света зеленого спектра излучения 20 имеется M_g штук параллельно включенных аналогичных ветвей.

N_R - штук светодиодов зеленого спектра излучения (1.1_R÷1.N_R) и один токовыравнивающий резистор 1R соединены последовательно и составляют первую ветвь. В источнике излучения 20 зеленого спектра имеется M_R штук параллельно включенных аналогичных ветвей.

Общее число N светодиодов в блоке излучения равно

N=N_B*M_B+N_G*M_G+N_R*M_R.

К положительному выходу 15 импульсного стабилизатора тока ИСТ_B 11 подключены первые входы токовыравнивающих резисторов 1_B÷М_B, а к отрицательному выходу 16 подключены катоды последних светодиодов последовательно включенных ветвей светодиодов синего спектра излучения (1.N_B÷M.N_B).

К положительному выходу 18 импульсного стабилизатора тока ИСТ_G 12 подключены первые входы токовыравнивающих резисторов 1_G÷M_G, а к отрицательному выходу 19 подключены катоды последних светодиодов последовательно включенных ветвей светодиодов зеленого спектра излучения (1.N_G÷M.N_G).

К положительному выходу 21 импульсного стабилизатора тока ИСТ_R 13 подключены первые входы токовыравнивающих резисторов 1_R÷M_R, а к отрицательному выходу 22 подключены катоды последних светодиодов последовательно включенных ветвей светодиодов красного спектра излучения (1.N_R÷M.N_R).

Питание функциональных блоков блока управления 1 осуществляется от блока питания 24, который соединен шиной питания 25 с микроконтроллером 2, дисплеем 4, цифроаналоговыми преобразователями ЦАП_B 8, ЦАП_G 9, ЦАП_R 10, а шиной питания 26 с импульсными стабилизаторами ИСТ_B 11, ИСТ_G 12, ИСТ_R 13. Для защиты обслуживающего персонала и пациента от поражения электрическим током, при питании физиотерапевтического устройства от сети переменного тока напряжением от 110 до 240 вольт, блок питания 24 должен иметь двойную гальваническую изоляцию входных цепей от выходных.

На фиг.2 изображена конструкция блока излучения 14, который содержит корпус 27, выполненный в виде плоского ящика с отверстиями в дне для крепления печатной платы 28, на которой припаяны чередующиеся по спектру излучения ряды светодиодов: синего спектра излучения 29, зеленого спектра излучения 30, красного спектра излучения 31. Число светодиодов в ряду для синего источника излучения равно С_B, для зеленого источника излучения равно С_G, для красного источника излучения равно C_R. Число рядов для синего источника излучения равно L_B, для зеленого источника излучения равно L_G, для красного источника излучения равно L_R. Светодиоды к печатной плате крепятся пайкой методом поверхностного монтажа. Количество N, шаг по горизонтали, шаг по вертикали и тип светодиодов выбирается в зависимости от требований яркости каждого источника излучений с необходимым спектром излучения. К передней части блока излучения 14 с помощью винтов крепится прозрачная защитная панель (не показана).

Для следующей из реализации блока излучения 14 число светодиодов в рядах для каждого спектра излучений может быть неодинаковым С_B≠С_G≠C_R (например, первый ряд светодиодов синего спектра излучения имеет 40 светодиодов в ряду, второй ряд светодиодов зеленого спектра излучения имеет 30 светодиодов в ряду, третий ряд светодиодов красного спектра излучения имеет 35 светодиодов в ряду и т.д.).

Для расширения спектра излучения одного источника излучения светодиоды в рядах могут иметь близкие спектры излучения. Например, для синего спектра излучения первый светодиод в ряду имеет центральную длину волны, равную 466 нм, второй 470 нм, светодиоды в ряду должны чередоваться. Для зеленого спектра излучения первый светодиод в ряду может иметь центральную длину волны, равную 525 нм, второй - 570 нм и т.д. Также в рядах можно использовать светодиоды с тремя разными близкими спектрами излучения, которые также должны чередоваться.

В ряды можно устанавливать светодиоды с относительно далекими спектрами излучения, например синий и фиолетовый; зеленый и желтый; красный и инфракрасный, желтый и оранжевый.

Для увеличения равномерности излучения блоком излучения 14 светодиоды с разными спектрами излучения располагают в ряду последовательно (например, синий, зеленый, красный; синий, зеленый красный и т.д.).

Блок излучения может иметь квадратную, круглую, треугольную и др. конструкцию, в которой светодиоды должны располагаться по рядам или равномерно по площади.

Физиотерапевтическое устройство для светолучевой терапии работает следующим образом.

В перезаписываемую постоянную память микроконтроллера 2 записана программа управления. Программа состоит из двух функциональных модулей: интерфейс пользователя; программа управления источниками излучения.

При включении питания устройства для светолучевой терапии микроконтроллер 2 передает по шине 5 на экран дисплея 6 сообщения. На дисплее 6 появляется меню программирования параметров устройства. Микроконтроллер 2 по шине 3 осуществляет сканирование клавиш клавиатуры 4 и считывание кодов нажатых клавиш.

Оператор в диалоговом режиме с клавиатуры 4 индивидуально устанавливает для каждого источника излучения, например, такие параметры:

1. для синего источника излучения: ток через светодиоды I_B (0÷100%), нижнюю частоту излучения F_LB (от 10 Гц), верхнюю частоту излучения F_UB (до 2000 Гц), длительность импульса излучения τ_B (20÷100%), время изменения частоты t_FB (1÷30 мин);

2. для зеленого источника излучения: ток через светодиоды I_G (0÷100%), нижнюю частоту излучения F_LG (от 10 Гц), верхнюю частоту излучения F_UG (до 2000 Гц), длительность импульса излучения τ_G (20÷100%), время изменения частоты t_FG (1÷30 мин);

3. для красного источника излучения: ток через светодиоды I_R (0÷100%), нижнюю частоту излучения F_LR (от 10 Гц), верхнюю частоту излучения F_UR (до 2000 Гц), длительность импульса излучения τ_R (20÷100%), время изменения частоты t_FR (1÷30 мин);

4. полное время экспозиции пациента Т (1÷2880 мин).

При установке тока Ix=0% через источник излучения происходит его отключение.

Если установлен ток I_X=100% источника излучения и длительность импульса τ_X=100% излучения, то такие параметры соответствуют непрерывному свечению данного источника излучения с максимальной яркостью.

Если нижняя частота F_LX больше верхней частоты F_UX, то частота излучения будет меняться от F_LX до F_UX и обратно от F_UX до F_LX с заданным временем t_FX.

Если F_LX=F_UX, то излучение будет только на одной частоте, равной F_LX, независимо от установленного времени t_FX, и будет зависеть только от времени Т.

После установки всех параметров оператор с клавиатуры 4 запускает процесс физиотерапии.

Микроконтроллер 2 посылает в ЦАП_B 8 двоичные числа, которые соответствуют току I_B (от 0 до 100%) синего источника излучения; в ЦАП_G 9 двоичные числа, которые соответствуют току I_G (от 0 до 100%) зеленого источника излучения, в ЦАП_R 10 двоичные числа, которые соответствуют току I_R (от 0 до 100%) красного источника излучения.

Частота и скорость изменения двоичных чисел на выходе микроконтроллера 2 будут зависеть от параметров:

- для ЦАП_B 8 - от установленной оператором нижней частоты излучения F_LB (от 10 Гц), верхней частоты излучения F_UB (до 2000 Гц), длительности импульса излучения τ_B (20÷100%) и времени изменения частоты t_FB (1÷30 мин);

- для ЦАП_G 9 - нижней частоты излучения F_LG (от 10 Гц), верхней частоты излучения F_UG (до 2000 Гц), длительности импульса излучения τ_G (20÷100%), времени изменения частоты t_FG (1÷30 мин);

- для ЦАП_R 10 - нижней частоты излучения F_LR (от 10 Гц), верхней частоты излучения F_UR (до 2000 Гц), длительности импульса излучения τ_R (20÷100%), времени изменения частоты t_FR (1÷30 мин).

ЦАП_B 8 управляет импульсным стабилизатором тока ИСТ_B 11. На его выходе генерируется ток I_B (0÷100%), который поступает в синий источник излучения 17, состоящий из 1.1_B÷M.N_B светодиодов и 1_B÷М_B резисторов.

ЦАП_G 9 управляет импульсным стабилизатором тока ИСТ_G 12. На его выходе генерируется ток I_G (0÷100%), который поступает в зеленый источник излучения 20, состоящий из 1.1_G÷M.N_G светодиодов и 1_G÷M_G резисторов.

ЦАП_R 10 управляет импульсным стабилизатором тока ИСТ_R 13. На его выходе генерируется ток I_R (0÷100%), который поступает в красный источник излучения 23, состоящий из 1.1_R÷M.N_R светодиодов и 1_R÷М_R резисторов.

Микроконтроллер, исполняя код программы, записывает в соответствующие ЦАП двоичные числа. В зависимости от того, какое двоичное число было записано в ЦАП_B, такой пропорциональный ток будет течь через светодиоды источника излучения. Например, ЦАП_B - восьмиразрядный цифроаналоговый преобразователь, то тогда число 11111111 в двоичном виде, записанное в ЦАП, соответствует максимальному току I_B=100% на выходе импульсного стабилизатора тока ИСТ_B. Число 00000000 соответствует I_B=0%, а число 01111111 соответствует I_B=50%.

Аналогично работают ЦАП_G с подключенным к нему импульсным стабилизатором тока ИСТ_B и ЦАП_R с подключенным к нему импульсным стабилизатором тока ИСТ_R.

Таким образом, микроконтроллер, записав в память любого ЦАП двоичное число, изменяет выходной ток I_X подключенного к нему импульсного стабилизатора тока ИСТ. Выходной ток ИСТ поступает на соответствующий источник излучения, соответственно меняется его яркость. Если число в ЦАП не меняется, то и яркость соответствующего источника не меняется, если менять в ЦАП двоичные числа с определенной частотой, то соответственно с этой частотой будет менятеся и яркость источника излучения. Запрограммировав необходимые параметры в постоянную память микроконтроллера, можно индивидуально менять необходимые законы изменения яркости для каждого источника излучения.

Микроконтроллер 2, записывая в ЦАП_X разные двоичные числа, меняет яркость источников излучения 17, 20, 23 по программе, заданной оператором. При этом произвольно может меняться яркость, плавность нарастания яркости, частота, диапазон частот, длительность импульса излучения, последовательность включения каждого источника излучения и т.д.

После окончания полного времени экспозиции пациента Т (1÷2880 мин) микроконтроллер 2 запишет в ЦАП_B 8, ЦАП_G 9, ЦАП_R 10 двоичное число, равное 0, тем самым отключатся все источники излучения, процесс лечения закончится.

Если необходимо дополнить физиотерапевтическое устройство светолучевой терапии новыми режимами работы источников излучения, то необходимо перепрограммировать микроконтроллер 2 необходимой программой. К тому же в микроконтроллер можно ввести несколько программ физиотерапии и выбирать их из меню пользователя в начале процесса лечения.

Для получения других вариантов работы устройства необходимо запрограммировать дополнительные режимы работы источников излучения. Например, можно дополнительно вводить время на плавное повышение (наклон фронта) и плавное понижение (наклон спада) яркости источников излучения. Можно запрограммировать режимы последовательного включения каждого источника излучения с разной яркостью и частотой генерации импульсов, с заданным временем воздействия этого спектра излучения в течение одного сеанса фототерапии. Также можно программировать режимы последовательных коротких одноимпульсных облучений пациента разными спектрами излучения с разными длительностями излучения каждого спектра в течение заданного промежутка времени и т.д.

Для увеличения числа управляемых источников излучения блок управления может содержать Z ЦАП и Z импульсных стабилизаторов тока, а блок излучения должен содержать Z источников с разными спектрами излучений.

Таким образом, физиотерапевтическое устройство для светолучевой терапии благодаря трехцветному или многоцветному излучателю большой площади и яркости с возможностью индивидуальной установки яркости излучения, перестройки диапазона частот, длительностей импульсов излучений каждого источника излучений, обладая легко настраиваемым режимами и возможностью дополнения новыми режимами работы источников излучения, за счет программирования устройства позволяет лечить разные группы заболеваний, проводить исследования, разрабатывать новые методики лечения пациентов и проводить лечение заболеваний детей раннего возраста.

На кафедре педиатрии Ульяновского государственного университета были проведены исследования, которые показали высокую эффективность импульсного красного света узкого спектра излучения в реабилитации недоношенных новорожденных.

В отделении патологии новорожденных и недоношенных детей Городской клинической больницы № 1 города Ульяновска также были проведены исследования в лечении коньюгационных гипербилирубинемий у новорожденных детей, которые показали быстрое снижение общего билирубина в сыворотке крови, а также ускорение темпов физического развития.

Для лечения были использованы наиболее изученные частоты светотерапии (400-1000 Гц), при которых улучшается микроциркуляция крови в мягких тканях и органах, усиливаются энергетические процессы.

Полученные авторами результаты эффективности лечения импульсным облучением светом узких спектров излучения детей раннего возраста опубликованы в печати и подтверждаются статистическими методами.

Предлагаемое физиотерапевтическое устройство световой терапии благодаря наличию синего, зеленого и красного источников излучения с регулируемыми параметрами излучений позволяет расширить область его применения в разных областях медицины, а также в педиатрии, поскольку синий и зеленый свет обладают уникальными свойствами активации специфических фотоакцепторов различных слоев кожи, и одновременно с ними использование красного импульсного излучения повышает эффективность действия светолучевой терапии, ускоряя, прежде всего, скорость метаболических процессов.

1. Физиотерапевтическое устройство светолучевой терапии, содержащее блок управления, блок излучения, в корпусе которого на поверхность печатной платы последовательными чередующимися рядами прикреплены источники излучения со светодиодами синего, красного и зеленого спектров излучения, включающие в себя параллельно включенные ветви элементов с последовательно включенными светодиодами, и блок питания, отличающееся тем, что блок управления содержит микроконтроллер, к выходам которого присоединены клавиатура, дисплей, цифроаналоговые преобразователи и импульсные стабилизаторы тока, при этом выход каждого преобразователя соединен с входом стабилизатора, к выходу которого подключен источник излучения, ветвь которого содержит последовательно включенный со светодиодами токовыравнивающий резистор, при этом в блоке излучения в каждом ряду установлено разное количество светодиодов и в каждом источнике излучения установлено с чередованием по два или три светодиода с красными, зелеными или синими спектрами излучения.

2. Физиотерапевтическое устройство светолучевой терапии по п.1, отличающееся тем, что числа ветвей элементов различных спектров излучения не равны между собой.