Устройство для лазерной терапии
DEVICE FOR LASER THERAPY

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для лазерного воздействия в терапевтических целях при лечении различных заболеваний и в восстановительной медицине.
Использование лазерных терапевтических устройств без учета внутренних ритмов организма и контроля процессов и результатов лазерной терапии может привести к пагубному воздействию на облучаемую область тела и функционированию организма в целом. В частности, в работах по хрономедицине и хронодиагностике (Загускин С.Л. Биорезонанс и биоуправление при лазерной терапии. Фотоника 3 (33) 2012.) было выявлено, что использование непрерывного лазерного излучения, либо фиксированных (не изменяющихся во времени) периодов лазерного воздействия на любые участки тела человека, в том числе и на биологически активные точки, физиологически не подходит для устойчивого лечебного воздействия, поскольку все колебания энергетических процессов, биосинтеза и чувствительности на уровнях облучаемых клеток, ткани, органов и организма в целом имеют различные периоды кровенаполнения, что может повлечь за собой не лечебный, а негативный эффект. Для достижения положительного эффекта необходимо, чтобы фазы воздействия лазерного излучения осуществлялись строго в периоды совпадения систолы и вдоха, когда и происходит кровенаполнение тканей. Также очевидно, что в живых системах нет стационарных состояний, и просто суперпозиция постоянно идущих переходных процессов воздействия приводит к тому, что импульсы лазерного воздействия постоянной частоты повторения могут приходиться на различные моменты, как повышения, так и снижения кровенаполнения, чувствительности, достигать или не достигать порога ответной реакции, что вызывает негативный побочный эффект.
Кроме того, известные устройства для лазерного пунктурного воздействия обладают еще одним общим недостатком - отсутствием инструментального контроля над ходом и результатом терапевтического воздействия, что может вызывать непрогнозируемую направленность реакций из-за отсутствия контроля текущего состояния организма в целом.
2
Еще одним недостатком существующих устройств является использование лазеров красной длины волны, которая проникает неглубоко и требует избыточной плотности мощности лазерного излучения, часто превышающей предельные физиологические значения 10 мВт/см.
Известны устройства лазерной акупунктуры биологически активных точек БАТ (патент РФ №2452458, МПК A61N 5/067 патент РФ №2520150 МПК A61N 39/00). Их общим недостатком является постоянство воздействия лазерным излучением на БАТ без учета ритмов организма, что, как было указано выше, может повлечь за собой не лечебный, а негативный эффект. Кроме того, длина волны лазерного воздействия выбрана в диапазоне 0,63 мкм, что дает малое проникновение в подкожную структуру, в которой расположены активные зоны БАТ и не оказывает ощутимого лечебного эффекта. Общим недостатком данных устройств является полное отсутствие инструментального контроля эффективности процесса лазерной терапии. За ним можно следить лишь косвенно по эмоциональной реакции пациента, что неудобно и малоинформативно.
Известно также лазерное терапевтическое устройство (см. патент РФ №2039580, МПК A61N 5/06) включающее датчики пульса и дыхания, связанные через усилители сигналов датчиков пульса и дыхания с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), последовательно соединенные с АЦП процессор обработки сигналов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), блок адаптеров (цепи согласования ЦАП с блоками различных источников лазерного излучения), источники лазерного излучения. К недостаткам известного устройства можно отнести отсутствие синхронизации биологически обратной связи с биоритмами конкретного пациента. Эти биоритмы в аналоге устанавливаются по имитатору, который не имеет никакого сходства с реальными биоритмами человека. В результате лечебный эффект не синхронизирован с биоритмами человека, а поэтому имеет низкий лечебный эффект.
Наиболее близким по сущности является устройство лазерной акупунктуры (патент РФ №2117506, МПК A61N 5/06), включающее датчики пульса и дыхания, связанные через усилители сигналов датчиков пульса и дыхания с аналого-цифровым преобразователем, последовательно соединенные с аналого-цифровым преобразователем микроконтроллер, цифроаналоговый преобразователь, блок адаптеров, источники лазерного излучения, при этом между микроконтроллером и цифроаналоговым преобразователем установлен прерыватель, другой вход которого соединен с генератором плавающей частоты 7-14 Гц с периодом ее изменения 0,2-0,4 с. В известном устройстве для согласования временных ритмов воздействия с биологическими ритмами организма, в частности с ритмами мышечного тремора, используют генератор плавающей частоты 7-14 Гц с периодом ее изменения 0,2-0,4 с. Однако, генератор плавающей частоты никак не синхронизирован с реальными ритмами тремора гладких мышц и поэтому не может вызывать устойчивый лечебный эффект. Кроме того, показатели пульсовой волны для синхронизации лазерного воздействия снимаются в данном устройстве, как и в других известных, датчиками фотоплетизмографии, расположенными на пальцах рук. Это приводит к тому, что изначально возникает задержка фазы воздействия от реальной фазы кровенаполнения величиной порядка 0,2 сек., характерная лишь для руки, в то время как при воздействии на БАТ в зоне головы, шеи и грудной клетки кровенаполнение наоборот наступает значительно раньше (на 0,2 сек.), тогда, как на ступнях кровенаполнение наступает значительно позже через 0,3-0,5 сек. от открытия аортального клапана. Таким образом, синхронизировать лазерное воздействие только лишь по пульсовой волне, регистрируемой с пальцев руки, является физиологически неправильным, что может повлечь за собой лишь кратковременное совпадение фаз лазерного воздействия с фазами кровенаполнения или вообще не совпадать. Также трудно выделить саму фазу систолы по форме пульсовой волны, которая может деформироваться в зависимости от состояния сосудов. На фигуре 1 в качестве примера приведены различные типы пульсовых волн людей, в зависимости от состояния сосудов, которые показывают, что временной участок систолы (в течение которой должно производиться лазерное воздействия) выделить весьма проблематично, а в некоторых случаях невозможно, т.к. фаза систолы (анакрота) сливается с фазой диастолы (катакрота). Таким образом, процесс синхронизации и формирования длительности воздействия лазерного излучения по форме пульсовой волны с моментами реального кровенаполнения является неточным и неправильным. Кроме того, процесс эффективности проводимой лазерной физиотерапии никак не отображается инструментально, что не позволяет судить об эффективности лазерного воздействия и его последующем результате.
Предлагаемое устройство направлено на решение задачи, состоящей в повышении врачебного эффекта при использовании лазерной терапии за счет более точной биосинхронизации лазерного воздействия на биологически активные точки, а также контроля за результатом терапевтического лазерного воздействия
Данная задача решается тем, что устройство для лазерной терапии включающее два датчика, два усилителя, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер обработки сигналов и лазерный излучатель, при этом датчики связаны через соответствующие усилители с входами аналого-цифрового преобразователя, двумя выходами связанного с микроконтроллером обработки сигналов, а один из датчиков выполнен в виде датчика дыхания, согласно изобретению, дополнительно содержит узел управления лазерным излучателем, панель управления, второй датчик выполнен в виде датчика ЭКГ, микроконтроллер выполнен из двух блоков, входами связанных с выходами аналого-цифрового преобразователя, один из блоков выполнен обеспечивающим формирование пакетов управляющих прямоугольных импульсов синхронизирующихся по времени с R-пиками ЭКГ пациента и попадающих в период времени восходящей волны дыхания, а второй блок формирования данных через Bluetooth связан с дополнительно введенным внешним устройством визуализации для контроля состояния пациента, при этом первый блок выходом связан с первым входом узла управления лазерным излучателем, у которого второй вход связан с управляющим выходом панели управления, а выход - с лазерным излучателем, причем на панели управления выполнены кнопки для выбора задержки управляющих импульсов и длительности воздействия лазерного излучателя на биологически активные точки пациента.
Наличие в микроконтроллере блока формирования управляющих импульсов позволяет формировать пакеты управляющих прямоугольных импульсов длительностью, соответствующих длительности фазы кровенаполнения сосудистого русла пациента и периодом времени воздействия на его биологически активные точки БАТ, попадающих в период времени восходящей волны дыхания, что дополнительно повышает лечебный эффект терапевтического лазерного воздействия.
Введение узла управления лазерным излучателем с управлением от панели индикации позволяет осуществлять синхронизацию воздействия управляющих импульсов на БАТ пациента с моментами фаз кровенаполнения его сосудистого русла, что дополнительно повышает устойчивость лечебного процесса.
Введение в устройство блока формирования потоковых данных через Bluetooth связанного с приемным модулем внешнего мобильного коммуникационного устройства позволяет визуально отображать функциональное состояние пациента во время проводимой терапии и после нее и таким образом контролировать результат терапевтического лазерного воздействия.
В результате поиска не обнаружено информации, позволяющей сделать вывод об известности отличительных признаков заявляемого устройства, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию новизны.
Из предшествующего уровня техники не известно влияние отличительных признаков заявляемого устройства на достигаемый технический результат, следовательно, заявляемое устройство соответствует условию изобретательского уровня.
1
2
На фиг. 1 представлены различные типы пульсовых волн; на фиг. 2 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 представлены виды аналоговых сигналов ЭКГ и дыхания, где а - сигнал ЭКГ, б - волна дыхания; на фиг. 4 показано преобразование аналоговых сигналов в цифровые, сопоставление цифровых сигналов и формирование прямоугольных импульсов где а - оцифровка ЭКГ сигнала; б -преобразованный вид ЭКГ сигнала; в - оцифровка волны дыхания; г -преобразованный вид волны дыхания; д - сопоставление сигналов; е -формирование пакета управляющих импульсов. На фиг. 5 показан принцип формирования пакетов управляющих импульсов из оцифрованных сигналов, путем сопоставления оцифрованных сигналов, где а - оцифрованная волна дыхания; б - оцифрованный вид ЭКГ сигнала; в - сформированные пакеты управляющих импульсов; на фиг. 6 показана фаза кровенаполнения тканей и формирование прямоугольного импульса, где а - ЭКГ сигнал; б - пульсовая волна; в - задающий прямоугольный импульс; на фиг. 7 показана задержка в распространении пульсовой волны в разных участках тела, где 1. Пульсовая волна на сонной артерии. 2. Пульсовая волна на лучевой артерии. 3. Пульсовая волна на бедренной артерии. tз, tз - время задержки распространения: 0,2 и 0,3-0,5 соответственно, а - анакрота, к - катакрота, д - дикротическая волна.
Лазерное терапевтическое устройство (фиг. 2) содержит датчик 1 электрокардиосигнала ЭКГ, датчик 2 дыхания, каждый из которых через соответственно усилитель 3 сигналов датчика электрокардиосигнала и усилитель 4 сигналов датчика дыхания связан с аналого-цифровым преобразователем АЦП 5. Выходы АЦП 5 по каналам передачи усиленных сигналов датчиков 1 и 2 в цифровых кодах соединены с микроконтроллером обработки сигналов 6. Микроконтроллер 6 включает блок 7 для обработки цифровых сигналов и формирования пакетов управляющих импульсов, связанный с выходами АЦП 5, и блок 8 формирования потоковых данных, передаваемых пользователю, также связанный с выходами АЦП 5. При этом выход блока 7 связан с узлом 9 управления регулируемой задержкой и лазерным излучателем, а выход блока 8 связан с беспроводным Bluetooth модулем 10, выход которого через излучающую антенну связан с Bluetooth приемным модулем внешнего устройства визуализации 11 для визуального отображения функционального состояния пациента во время проводимой терапии. Узел 9 вторым входом связан с управляющим выходом панели 12 индикации, а выходом - с лазерным излучателем 13. При включении устройства лазерный излучатель 13 излучает инфракрасное излучение, которое направляют на подвергаемую лазерной терапией поверхность БАТ.
Блок 7 является программным, и отвечает за алгоритм формирования последовательности задающих управляющих импульсов (ЗИ). В этом алгоритме принципиально новым является то, что ЗИ, во-первых, синхронизируются по времени с R-пиками ЭКГ, а не с пиками пульсовой волны как это делается в прототипе. Это обусловлено тем, что пики пульсовых волн являются не четко выраженными и в зависимости от состояния организма в значительном ряде случаев фазу систолы пульсовой волны (которая отвечает за кровенаполнение тканей и органов человека) невозможно отделить от фазы диастолы (когда нет кровенаполнения). Это поясняется на Фиг. 1.
Блок 8 является программным, и отвечает за формирование пакетов потоковых данных для передачи по беспроводному каналу во внешнее коммуникационное устройство визуализации 11 с помощью Bluetooth 4.0. модуля 10. Отличительной особенностью алгоритма функционирования программного блока 8 является:
- управление параметрами периодами излучения внешнего коммуникационного устройства 8 с целью обеспечения максимально возможной потоковой скорости передачи данных,
- исправление данных на основе организации программного квитирования коммуникационного устройства с целью исключения потери информации при передаче данных,
- формирование данных о текущих сигналах ЭКГ, волн дыхания, а также отношений ЧСС к ЧД и гистограмм их распределения на каждые 100 кардиоциклов в целях последующего визуального контроля функционального состояния пациента на мониторе внешнего коммуникационного устройства 10.
На панели индикации выполнены две тактильные кнопки. При этом первая тактильная кнопка осуществляет выбор задержки, что отображается свечением соответствующего светодиода «голова/тело», «рука», «нога». Вторая тактильная кнопка устанавливает выбор длительности воздействия, что отображается свечением соответствующего светодиода из выбранной группы длительности.
В качестве дополнительной функции на конце лазерного излучателя может быть установлен проводящий электрод для точного поиска расположения БАТ на теле на основе контроля кожно-гальванической проводимости по ее максимуму в зоне БАТ.
Устройство функционирует следующим образом
Анализируемые сигналы состояния ЭКГ и волн дыхания поступают через датчики 1, 2 на соответствующие усилители 3, 4. Типовая эпюра аналоговых сигналов на выходе усилителей 3, 4 представлена на Фиг. 3, где а - сигнал ЭКГ, поступаемый с датчика ЭКГ 1 и сигнал б - с датчика дыхания 2. Далее усиленные сигналы ЭКГ и волн дыхания поступают в АЦП 5, где происходит их преобразование в цифровую копию, поступающую дальше в программный блок 7 совместной обработки ЭКГ сигналов и волн дыхания и формирования пакетов управляющих импульсов. На Фиг. 4 показан процесс преобразования аналоговых сигналов в цифровые, где а оцифровка ЭКГ сигнала; б - преобразованный вид ЭКГ сигнала; в - оцифровка волны дыхания; г -преобразованный вид волны дыхания; д - сопоставление сигналов; е - формирование пакета управляющих импульсов. На фиг. 5 дано а - сопоставление сигналов; в - формирование пакетов управляющих импульсов. В соответствии с цифровыми эпюрами сигналов а, б в блоке 7 (Фиг. 4) происходит временное объединение цифровых пакетов сигнала ЭКГ только в течение времени соответствующего волне дыхания до образования сигналов, изображенного на эпюре в Фиг. 5. Объединение цифровых выборок сигналов ЭКГ и дыхания происходит в течение времени t1, соответствующего длительности фазы кровенаполнения, т.е. от начала R-пика до окончания Т-волны на электрокардиограмме. Усредненное значение этого интервала для различных категорий пользователей составляет 0,32±0,2 с, что показано на Фиг. 6. Задающий импульс управления (ЗИ) таким образом, соответствует фазе кровенаполнения сосудистого русла человека, и четко привязан к вершине R-пика ЭКГ.
Далее задающий импульс управления ЗИ поступает по проводному каналу в узел 9 управления лазерным излучателем.
Пульсовые волны распространяются по телу с определенными задержками для различных участков тела, а соответственно и БАТ, что ранее не учитывалось в известных приборах. Это поясняется на Фиг. 6. С целью учета месторасположения БАТ и обеспечения наиболее точного периода кровенаполнения вводится узел 9 регулируемой задержки, который управляет включением лазерного излучателя 13 с учетом задержек кровенаполнения тканей на разных участках тела (грудная зона, руки, ноги), (фиг. 7, где 1 - Пульсовая волна на сонной артерии. 2 - Пульсовая волна на лучевой артерии. 3 - Пульсовая волна на бедренной артерии. tз1, tз2 - время задержки распространения: 0,2 и 0,3-0,5 соответственно; а - анакрота, к - катакрота, д - дикротическая волна).
Средние значения времени задержки для зон БАТ в области рук и ног известны и заранее введены в программное обеспечение узла регулируемой задержки 9. Управление этими задержками (фиг. 6) осуществляется с помощью тактовой кнопки на панели 12 управления и индикации, которая связана со вторым входом узла управления лазерным излучателем 9. Одновременно на панели управления 12 встроены тактовая кнопка обратного отсчета времени воздействия лазерного излучения на БАТ. Одна группа светодиодов на панели управления 11 служит для индикации выбранного времени задержки, равного 0, tз1, tз2, а вторая группа светодиодов для индикации выбранного или текущего времени воздействия лазерного излучения на БАТ.
Сигнал с выхода узла 9 поступает на лазерный излучатель 13, излучение с которого поступает на выбранную поверхность БАТ.
Одновременно с использованием беспроводного канала d на мониторе модуля внешнего устройства визуализации 11 (смартфон, планшетный ПК и др.), происходит визуальный контроль текущих показаний ЭКГ, волн дыхания, значения отношения частоты сердечных сокращений (ЧСС) к частоте волн дыхания (ЧД), а так же гистограмма распределения этих отношений на каждые 100 значений кардиоциклов. Это позволяет контролировать как текущие параметры сердечнососудистой системы, так и реакцию организма на проводимую терапию и таким образом оценивать ее эффективность.
Привязка ЗИ к фазе кровенаполнения отслеживается по данным ЭКГ, синхронизируемая R-пиком, и является принципиально новой и наиболее точной технологией синхронного воздействия на БАТ в моменты их кровенаполнения, в отличие от использовавшихся в прототипе пульсовых волн.
Кроме того, преимуществом предлагаемого устройства является особенность управления лазерным излучателем, т.к. узел управления лазерным излучателем, связанный с панелью индикации позволяет в отличие от прототипа формировать задержки лазерного излучения в оптимальные фазы повышения кровенаполнения тканей БАТ в зависимости от их расположения на теле пациента.
С помощью узла управления лазерным излучателем и панели индикации можно устанавливать необходимую длительность воздействия лазерным излучением на БАТ. Выбор длительности воздействия устанавливается второй тактильной кнопкой на панели индикации и отображается свечением соответствующего светодиода из выбранной группы длительности.
Еще одним преимуществом предлагаемого устройства является использование визуального отображения функционального состояния организма до, во время и после проводимой терапии. Этот контроль необходим как для подтверждения правильности и эффективности терапии, так и для ее прерывания в случае отрицательных реакций организма на проводимую терапию. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является возможность контроля функционального состояния пациента и через многочасовой интервал времени после терапии, т.к. некоторые ответные реакции организма могут проявляться только со временем. Известные устройства не имели возможности контроля функционального состояния пациента и таким образом не позволяли активно влиять на эффективность, как самой терапии, так и процесса реабилитации после лазерного воздействия.
Примеры применения устройства для биосинхронизации лазерного воздействия на биологически активные точки.
Пациент №1. Мужчина И. 23 года, волнение перед сдачей экзаменов, проявлялось в виде снижения концентрации внимания, учащенном сердцебиении. После воздействия устройством наблюдались значительные изменения в ЭКГ, ритм стал более ровным, отношение ЧСС/ЧД лежало в пределах нормы 3-4 пункта, психо-эмоциональное состояние улучшилось.
Пациент №2. Мужчина О. 40 лет, сильная вялость без интеллектуальной и физической нагрузок, снижение творческого потенциала и трудоспособности, апатия. После воздействия лазерным излучением на БАТ, отвечающую за восстановление запасов жизненной энергии, у респондента наблюдался подъем творческой активности.
Область применения устройства охватывает широкую область медицинских и реабилитационных учреждений, например, физиотерапевтические кабинеты, санатории, центры реабилитации для военных и спортсменов, на объектах гражданской обороны РФ, на объектах по чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий для восстановления гомеостаза после критической ситуации, для снятия стресса до и после определенных событий в жизни человека.