УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ ОТМОРОЖЕНИЙ КОНЕЧНОСТЕЙ

Полезная модель относится к медицинской технике и предназначена для снижения тяжести последствий холодовых травм.
Отморожения составляют от 10 до 15% травматических случаев, при этом глубокие отморожения требуют длительного лечения – до 65 суток – и в массе случаев заканчиваются  обширными ампутациями. Вероятность  инвалидизации при глубоких отморожениях достигает 90%. Объективная потребность в оборудовании для лечения отморожений обусловлена климатическими условиями России, где на большей части территории холодный период длится до 6 месяцев. Следует отметить, что проблема лечения отморожений существует и в более теплых регионах, поскольку нарушение кровообращения в конечности наблюдается уже при +12°С. Несмотря на важность проблемы, лечение глубоких отморожений носит в основном консервативный характер. Специализированные технические средства отсутствуют.
Перспективным направлением в лечении отморожений является прогрев конечности проникающим в глубину тканей СВЧ излучением. Глубинный прогрев обеспечивает снятие стойкого спазма основных питающих сосудов и восстановление адекватного кровотока во всей массе конечности. Однако большинство существующих устройств для СВЧ нагрева не подходит для решения этой задачи. Все они имеют поверхностные (иногда внутриполостные) аппликаторы, неприспособленные для того, чтобы выполнять функцию объемного нагрева. Неконтролируемая часть излучения рассеивается в окружающем пространстве, создавая трудности для дозировки и оказывая вредное воздействие на пациента и обслуживающий персонал.
Известно устройство для лечения отморожений конечностей [1]. Устройство содержит источник СВЧ излучения и связанную с ним  экранированную рабочую камеру, снабженную отверстием, по периметру которого закреплен своим раскрывом гибкий металлотканевый рукав. Преимущество устройства заключается в дозированном объемном воздействии прогревающего излучения на пораженную конечность, помещаемую в рабочую камеру. При этом реализуется принцип «черного тела», согласно которому вся мощность, поступающая в рабочую камеру с отражающими стенками, рассеивается в помещенном туда поглощающем объекте. В данном случае таким объектом служит отмороженная конечность, а неконтролируемое облучение пациента и персонала сводится к минимуму. Применение устройства производится в соответствии с известным «Способом лечения отморожений по принципу СВЧ нагрева» [2].
Из известных модификаций данного устройства наиболее близким  к заявляемой полезной модели является «Устройство для лечения отморожений конечностей» [3].
Устройство для лечения отморожений конечностей содержит терапевтический прибор, служащий источником СВЧ излучения, и связанную с ним посредством коаксиального кабеля экранированную рабочую камеру. Камера снабжена установленным на ее стенке разъемом, присоединенным к расположенному внутри камеры излучателю, а также отверстием, по периметру которого закреплен своим раскрывом гибкий защитный рукав, выполненный из  проводящего слоя, помещенного между слоями ткани. В качестве терапевтического прибора использован прибор СМВИ-200. В известном устройстве излучатель представлен четвертьволновой короткозамкнутой линией, выполненной из металлической пластины. В стенках камеры выполнен ряд закрытых металлическими решетками отверстий, в которых в шахматном порядке установлены вентиляторы с закрепленными на крыльчатках полуволновыми металлическим пластинами.
Преимущества известной полезной модели состоят в следующем.
Используемый в нем терапевтический прибор СМВИ-200 [4] является современным прибором, массово выпускаемым и отвечающим всем требованиям безопасности.  Уровень мощности программно задается и может, в частности, составлять 15, 30, 45 и 60 Вт в непрерывном режиме или 10, 20, 30, 40, 50 и 60 Вт в импульсном режиме, что позволяет устанавливать оптимальный уровень для любых ситуаций, связанных с воздействием на пораженную конечность.
В известной полезной модели в определенной степени достигнуты возможности контроля и управления распределением температуры в объекте воздействия. Присутствие вентиляторов обеспечивает отвод избыточного тепла с поверхностных слоев объекта воздействия, что снижает риск  их повреждения за то время, как произойдет достаточный нагрев в глубине. Наличие вентиляционных отверстий, половина из которых снабжена вентиляторами, а половина, чередуясь в шахматном порядке, через одно, свободна, способствует установлению всесторонней циркуляции воздуха в камере с поступлением извне и выводом наружу. Закрепленные на крыльчатках вентиляторов полуволновые металлические пластины служат в качестве переотражателей падающих на них волн. В результате их вращения распределение максимумов и минимумов напряженности поля в рабочей камере периодически меняется, что способствует более равномерному распределению средней интенсивности нагрева по поверхности. Металлические решетки в отверстиях препятствуют проникновению СВЧ излучения наружу. Сквозь ячейки решеток можно не только визуально наблюдать за объектом, но и объективно регистрировать поверхностную температуру тепловизором. Это позволяет оператору управлять мощностью излучения, добиваясь оптимального режима нагрева.
Недостатки известной полезной модели обусловлены недостаточно равномерным распределением поля. Это связано, во-первых, с малыми размерами излучателя в сравнении с длиной волны и, во-вторых, с относительно малой площадью полуволновых металлических пластин по сравнению с площадью внутренней поверхности камеры. Малые размеры излучателя приводят к тому, что первичная волна, исходящая от излучателя, в первую очередь воздействует на ближайший сегмент конечности, в то время как более отдаленные от излучателя сегменты подвергаются ослабленному воздействию. Малая площадь полуволновых пластин, установленных на крыльчатках вентиляторов, делает их влияние на структуру поля слабозаметным. В связи с этим они в ходе вращения практически не изменяют картину распределения максимумов и минимумов поля в стоячей волне, формирующейся так или иначе в рабочей камере вследствие многократных отражений от стенок. На фиг. 1 представлена расчетная картина распределения поля в среднем сечении камеры (конечность имитируется полупроводящим цилиндром), подтверждающая присутствие указанных максимумов и минимумов. В связи с этим прогрев пораженной конечности может происходить неравномерно, сопровождаясь локальными максимумами и минимумами температуры. Частично указанный фактор неравномерности может быть ослаблен путем снижения мощности СВЧ излучения и увеличения времени прогрева, что способствует выравниванию температуры за счет теплопроводности. Однако увеличение времени ограничено стандартными требованиями к продолжительности физиотерапевтических процедур, так что в рамках этих ограничений существуют риски перегрева в отдельных зонах и в то же время отсутствия заметного прогрева в других значимых зонах.
Задача, решаемая полезной моделью, состоит в повышении равномерности теплового воздействия СВЧ излучения на прогреваемую конечность
Технический результат состоит в снижении рисков локальных перегревов и недогревов  в прогреваемой конечности, что обеспечивает уменьшение травматичности и улучшение  терапевтического эффекта.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для лечения отморожений конечностей, содержащем источник излучения и экранированную рабочую камеру, снабженную отверстием, по периметру которого закреплен своим раскрывом металлотканевый рукав, и излучателем, связанным с источником излучения посредством коаксиального кабеля, отличие состоит в том, что излучатель представлен коллинеарной всенаправленной антенной, ориентированной параллельно оси камеры, совпадающей с осью подвергаемой прогреву конечности, и расположенной на четвертьволновом расстоянии от верхней стенки камеры. Отличие также состоит в том, что  антенна отнесена от боковой стенки камеры на расстояние, превышающее 3/8 рабочей длины волны. Отличие также состоит в том, что нижняя часть камеры отделена от ее остальной части диэлектрической перегородкой, под которой установлен вращающийся металлический полудиск.
Полезная модель иллюстрируется фигурами 1-2.
На фиг. 1 изображена типичная расчетная картина распределения поля в рабочей камере. На фиг. 2 изображен общий вид рабочей камеры в разрезе.
Устройство для лечения отморожений конечностей (фиг. 2) содержит источник СВЧ излучения 1, представленный терапевтическим прибором СМВИ-200 и экранированную рабочую камеру 2. Рабочая камера 2 снабжена отверстием 3, по периметру которого закреплен своим раскрывом металлотканевый гибкий рукав 4, а также излучателем 5, связанным с терапевтическим прибором посредством коаксиального кабеля 6. Облучатель 5 выполнен в виде коллинеарной всенаправленной антенны. Нижняя часть камеры 2 отделена от остальной части  диэлектрической перегородкой 7, под которой установлен вращающийся металлический полудиск 8.
Устройство работает следующим образом. Объект воздействия (отмороженная конечность) вводится в полость рабочей камеры 2 через защитный рукав 3. При включении источника СВЧ излучения 1 микроволновая энергия через коаксиальный кабель 6 поступает в полость  рабочей камеры 2 к излучателю 5, представляющему собой коллинеарную всенаправленную антенну. В устройстве использован известный принцип действия такой антенны [5]. Коллинеарная антенна содержит ряд последовательно расположенных вибраторов, возбуждаемых синфазно. В совокупности вибраторы создают расходящуюся от оси антенны цилиндрическую волну без выраженных вариаций в продольном направлении. Таким образом, достигается более равномерное в направлении продольной оси облучение объекта, чем при использовании локализованного излучателя.
Оптимальное расположение коллинеарной антенны внутри рабочей камеры определено экспериментальным путем и соответствует четвертьволновому расстоянию от верхней стенки. Приближение к верхней стенке приводит к расстройке вибраторов, образующих антенну. В них возрастают резонансные токи, вызывающие нежелательные потери. По аналогичным соображениям минимизации расстройки антенна отнесена от боковой стенки на расстояние не менее 3/8 длины волны. Такое размещение антенны обеспечивает эффективную связь антенны с рабочим объемом при минимальном сужении зоны, доступной для манипуляций внутри камеры.
Упомянутая диэлектрическая перегородка 7 в нижней части рабочей камеры выполняет две функции. Она предотвращает провисание конечности до близости или полного контакта с нижней стенкой камеры, где поле стоячей волны близко к нулю. Кроме того, диэлектрическая перегородка отделяет рабочую зону от области, где вращается металлический полудиск 8. Высота области, отделяемой перегородкой, как правило, близка к половине длины волны.
Вращающийся металлический полудиск модулирует эффективную высоту рабочей камеры. В отличие от малоразмерных полуволновых пластин в прототипе, полудиск может иметь диаметр, достигающий ширины камеры, благодаря чему достигается более полный охват зоны облучения. При вращении полудиска картина стоячих волн периодически деформируется в поперечном сечении, соответственно минимумы стоячей волны периодически перемещаются, и в объекте не остается зон, не испытывающих воздействие СВЧ. Конструктивно металлический полудиск 8 может быть образован слоем фольги на цельном диэлектрическом диске, закрепленном на оси мотора с редуктором.
Таким образом, присутствие в заявляемой полезной модели коллинеарной всенаправленной антенны в качестве излучателя и вращающегося под защитной перегородкой полудиска в качестве модулятора эффективной высоты рабочей камеры обеспечивают более равномерное всестороннее воздействие СВЧ излучения на пораженную конечность, как в продольном, так и в поперечном измерениях, что позволяет избежать локальных перегревов и недогревов.
Дополнительная оптимизация может быть достигнута в конкретных случаях эксплуатации путем расположения коллинеарной антенны и модулирующего диска в рабочей камере под различными углами к образующим плоскостям.
Литература
1 Патент РФ № 2334494, МПК A61F 7/00, A61N 5/02, A61N 5/00, H05B 6/64, опубл. 27.09.2008.
2 Патент РФ № 2360713, МПК A61N 5/02, опубл. 10.07.2009.
3 Патент РФ № 188862, МПК A61N 5/00, опубл. 25.04.2019.
4 Мед ТеКо [Электронный ресурс] : СМВи - 200. URL: http://www.medteco.ru/ru/produktsiya/fizioterapiya/smv-terapiya/smv (дата обращения: 24.12.2019).
5 Ротхаммель К. Антенны: Пер с нем. – М.: Энергия, 1979. – С. 198-200.