УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ИСТОЧНИКА К ГОЛОВЕ И ЧАСТИ ШЕИ ЧЕЛОВЕКА (ВАРИАНТЫ)
APPARATUS FOR TRANSMITTING CONCENTRATED RADIATION FROM SOURCE TO HEAD AND PORTION OF HUMAN NECK (EMBODIMENTS)

Область техники
Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к устройствам для передачи концентрированного излучения от источника к пациенту, которая может быть использована в косметологии, геронтологии и для лечебного воздействия на верхние слои кожи лица и части шеи пациента.
Предшествующий уровень техники
На данный момент имеется много косметологической аппаратуры для воздействия на кожу лица, шеи и волосяного покрова специально подобранного светодиодного освещения, инфракрасного излучения определенных частот, излучения СВЧ, КВЧ и ультразвукового излучения. Вся эта аппаратура имеет существенные недостатки, связанные с неконтролируемой глубиной воздействия. Если и есть какая-то фокусировка, которая ограничивает глубину воздействия, то она работает точечно на очень небольшой участок кожи. Это приводит к тому, что для обработки кожи всего лица требуется очень большое количество отдельных воздействий. Для того, чтобы воздействие было достаточно кратковременным, требуется очень большая мощность. Такое жесткое воздействие может привести к нежелательным последствиям. Если же мощность снизить для более мягкого воздействия, то потребуется множество часов для обработки всей кожи лица или шеи.
Из уровня техники известны различные устройства для передачи излучения от источника к пациенту, применяемые в косметологии. Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленным вариантам изобретения является устройство для фототерапии, раскрытое в патенте на изобретение RU 2613607, опубликованном 17.03.2017. Данное устройство содержит основание для терапевтических ламп, маску, выполненную с вогнутым параболическим искривлением и обладающую податливостью, и излучающие лампы, обеспечивающие излучаемую энергию с различными длинами волн и расположенные с возможностью передачи энергии излучения на обрабатываемый участок пользователя, и также содержащее наружную стенку и внутреннюю стенку, имеющую отражающую поверхность, обращенную к пациенту, и отверстия, пропускающие излучаемую энергию излучения на обрабатываемый участок, причем внутренняя стенка выполнена с возможностью равномерного распределения излучаемой энергии по обрабатываемому участку, и несущую часть для удержания маски на пользователе, включающую линзы для защиты глаз, причем при размещении устройства на пользователе параболическое искривление маски увеличивается для обеспечения согласования с размером пользователя.
Из недостатков данного устройства наиболее существенным является наличие дискретной фокальной зоны, т.е. наличие множества точечных фокальных зон, и невозможность создания непрерывной зоны концентрированного излучения.
Раскрытие изобретения
В последние десятилетия происходит переход от одиночных мощных источников СВЧ излучения, таких как магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны и т.д., к распределенным источникам излучения, состоящим из множества отдельных твердотельных элементов. Аналогичная ситуация складывается и с лампами в световом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазоне. Вместо одиночных мощных ламп все чаще используются распределенные системы освещения на светодиодах.
Известно, что использование множества отдельных твердотельных СВЧ элементов, либо светодиодов значительно повышает надежность систем и увеличивает их экономичность. Кроме того, использование распределенных систем излучателей вместо одиночных позволяет распределить воздействие по всей площади, например, кожи лица, достаточно равномерно. Именно для концентрации излучения от таких и любых других распределенных систем излучения, состоящих из отдельных элементов, может эффективно использоваться заявленная группа изобретений.
Технический результат, на достижение которого направлена заявленная группа изобретений, заключается в создании непрерывной зоны концентрированного излучения определенной толщины, с обеспечением жесткого ограничения глубины концентрированного воздействия на кожу пациента любых используемых излучений.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для передачи концентрированного излучения от источника к голове и части шеи человека, включающем рефлектор, выполненный в виде криволинейной поверхности, и распределенный источник излучения, установленный между рефлектором и головой, криволинейная поверхность рефлектора образована посредством поперечного сжатия полусферы в направлении одной из осей с соотношением длин осей 1: 1.1-1.5 с формированием непрерывной зоны концентрированного излучения с конфигурацией, соответствующей криволинейной поверхности рефлектора и толщиной от 12 до 25 мм, а диаметр полусферы выбирается в зависимости от размеров головы и составляет от 325 до 450 мм.
Также технический результат достигается за счет того, что в устройстве для передачи концентрированного излучения от источника к голове и части шеи человека, включающем рефлектор, выполненный в виде криволинейной поверхности, и распределенный источник излучения, установленный в плоскости между рефлектором и головой, криволинейная поверхность рефлектора образована посредством поперечного сжатия части сферы в направлении одной из осей с соотношением длин осей 1:1.1-1.5 с формированием непрерывной зоны концентрированного излучения с конфигурацией, соответствующей криволинейной поверхности рефлектора и толщиной от 12 до 25 мм, а диаметр полусферы выбирается в зависимости от размеров головы и составляет от 325 до 450 мм. При этом конфигурация рефлектора может быть в виде от  до  части сферы.
Предлагаемые варианты устройства для передачи концентрированного излучения от источника к голове и части шеи человека геометрически жестко ограничивают глубину концентрированного воздействия любых излучений, поскольку толщина сформированной устройством зоны не будет превышать от 12 до 25 мм, предпочтительно - 20 мм. Кроме того, поскольку эта зона будет сформирована в виде полусферы, то воздействие такой зоны будут распространяться сразу на всю кожу лица, части волосяного покрова и части шеи одновременно, что позволит использовать значительно более мягкие мощности, пролонгированные во времени.
Краткое описание фигур чертежей
Изобретение иллюстрируется чертежами, где:
На фиг. 1 представлена схема установки устройства для передачи концентрированного излучения от источника к голове и части шеи человека, вид с боку.
На фиг. 2 представлена схема установки устройства для передачи концентрированного излучения от источника к голове и части шеи человека, вид спереди.
На фиг. 3 представлена недеформированная полусфера с недеформированной зоной концентрированного излучения.
На фиг. 4 представлена деформированная полусфера с деформированной зоной концентрированного излучения.
На фиг. 5 представлена фотография макета устройства. Штатив позволяет делать все необходимые регулировки в зависимости от размеров головы.
На фиг. 6 представлена фотография макета устройства установленного на человеке.
На фиг. 7 приведена схема, поясняющая расчет фокусного расстояния сферического рефлектора.
Варианты осуществления изобретения
Вариант 1 устройства для передачи концентрированного излучения от источника к голове и части шеи человека включает рефлектор 1 и распределенный источник излучения, установленный в плоскости между рефлектором и головой пациента 2. Рефлектор выполняется в виде деформированной поперечным сжатием полусферы и покрытой материалом, хорошо отражающим ИК лучи и лучи видимого диапазона, либо, в случае использования СВЧ, рефлектор выполняется из меди, алюминия или другого немагнитного металла, либо, в случае использования ультразвука, рефлектор выполняется из материала, хорошо отражающего ультразвук.
Полусфера деформируется в направлении одной из ее осей таким образом, чтобы соотношение длин осей удовлетворяло следующим условиям: 1:1.1-1.5. При такой деформации рефлектора его фокальная зона формируется в соответствии с соотношением средних размеров головы человека. Размер полусферы подбирается таким образом, чтобы обеспечить размер зоны   концентрированного излучения, примерно равный средним размерам головы человека. Как известно, средние размеры головы человека составляют примерно 16.5 см по ширине и 22 см по высоте головы.
Современные источники излучения имеют очень маленькие размеры. Например, светодиоды имеют геометрические размеры существенно меньше миллиметра. Установка нескольких сотен таких светодиодов между рефлектором и головой будет препятствовать свету, отраженному от рефлектора максимум на 1-2%.
Распределенная система светодиодов, распределенный источник ИК излучения, распределенная система твердотельных СВЧ или КВЧ излучателей, распределенная система вибраторов излучателей ультразвука или любой другой распределенный источник излучения 2, установленный между рефлектором 1 и головой человека, излучает на рефлектор 1. Рефлектор отражает это излучение и формирует полусферическую зону 3 в районе середины радиуса рефлектора. В случае, если рефлектор 1 деформирован в соответствии с соотношением ширины и высоты головы, то и зона 3 также будет деформирована и будет соответствовать конфигурации головы. При этом, учитывая, что толщина зоны 3 будет от 12 до 25 мм, предпочтительно - 20 мм, то концентрированное излучение будет воздействовать только на верхние слои кожи лица, части шеи и части волосяного покрова.
Вариант 2 устройства для передачи концентрированного излучения от источника к голове и части шеи человека.
При необходимости рефлектор может быть меньшим, чем полусфера, до  сферы при воздействии на часть головы или большим, чем полусфера до  сферы при необходимости воздействия на большую область головы, например, на лицо, часть шеи и часть волосяного покрова.
На фиг. 7 приведена схема, поясняющая расчет фокусного расстояния FP вогнутого сферического рефлектора радиусом R для луча, падающего на антенну параллельно главной оптической оси на расстоянии а от нее. Геометрическая конфигурация задачи ясна из рисунка. В равнобедренном треугольнике AOF легко выразить боковую сторону OF через основание OA=R и угол при нем .
Из прямоугольного треугольника ОВА находим:
.
Тогда . Искомое фокусное расстояние от точки F до полюса Р:
.
Это уравнение является уравнением зоны концентрированного излучения сферического рефлектора. Чем больше расстояние от оси до параллельного луча а, тем дальше смещается фокус в сторону рефлектора. В случае рефлектора с радиусом R=375 мм при α=120 мм смещение фокуса составит 12 мм.
Приведенные расчеты выполнены для одной оптической оси. Поскольку речь идет о сферической поверхности, то оптических осей из центра на ее поверхность в пределах эффективной угловой апертуры рефлектора может быть множество.
Таким образом, излучение всех элементов распределенного источника, установленного между рефлектором и головой размером до 240×240 мм параллельно одной оптический оси, сформирует фокальную линию длиной 12 мм в сторону рефлектора. На расстоянии большем, чем 12 мм от точки R/2 на линии радиуса в сторону рефлектора концентрации практически не будет. На расстоянии большем, чем R/2 от рефлектора будет концентрация на расстоянии несколько большем, чем половина расчетного смещения фокуса, в данном случае около 8 мм. Дальше концентрации также практически не будет. При множестве оптических очей из центра сферы на ее поверхность с помощью части распределенного источника размером до 240×240 мм будет сформирована сферическая объемная зона толщиной 20 мм.
Если рассмотреть оптические оси через 1 градус, то для полусферы из ее центра будет около 16 тысяч таких оптических осей. На каждую такую ось будет работать свой участок распределенного излучателя размером до 240×240 мм. На всех этих 16 тысячах оптических осей будет сформирована фокальная линия длиной 20 мм, что в свою очередь сформирует объемную сферическую зону высокой концентрации и толщиной 20 мм.
Промышленная применимость
Универсальное устройство для передачи концентрированного излучения от распределенного источника к голове человека, части шеи может быть использовано в косметологии, геронтологии и в лечебных целях.