УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГОЛОВНОЙ МОЗГ

Предлагаемая полезная модель относится к области медицинской техники, а именно к фото-терапевтическим устройствам для лечения и профилактики и может быть использована в физиотерапии для лечебного воздействия на зоны головного мозга, в которых возникли патологические изменения после инсульта или травмы головного мозга.
Восстановление трудоспособности после инсульта головного мозга и профилактика инсульта являются актуальной медицинской и социальной задачей. Острые нарушения мозгового кровообращения служат одной из причин стойкой утраты трудоспособности населения во всем мире. Они являются одной из причин стойкой утраты трудоспособности населения во всем мире (European Stroke organization. Guidelines for Management of Ischemic Stroke and Transient Ischaemic Attack, 2008. - P. 104). Около 80% случаев относятся к ишемическому инсульту ("Stroke: Challenges, Progress, and Promise", National Institute of Neurological Disorders and Stroke, (NH), February 2009.).
Уровень инвалидизации при инсультах превышает 60%, а 5-13% людей, по данным отдельных авторов (Белкин А.А., Волкова Л.И., Лейдерман И.Н. Инсульт: Клинико-организационное руководство по оказанию медицинской помощи пациентам с острым нарушением мозгового кровообращения (профилактика, диагностика, лечение) на догоспитальном и госпитальном этапах. - Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 2006. - 127 с), полностью оказываются лишенными способности самообслуживания. Среди выживших больных у 50% наступает повторный инсульт в последующие 5 лет жизни (СЗГМУ им. И.И. Мечникова, http://szgmu.ru/rus/m/457/statistika_insulyta.html.). По данным Федеральной службы государственной статистики, заболевания сосудов мозга занимают второе место в структуре смертности от болезней системы кровообращения (39%) и общей смертности населения (23,4%). Ежегодная смертность от инсульта в России остается одной из наиболее высоких в мире (374 на 100 тыс. населения) Стародубцева О.С, Бегичева СВ. Анализ заболеваемости инсультом с использованием информационных технологий, Медицинские науки, №8 за 2012 год (часть 2).
Среди причин смерти в молодом и среднем возрасте первое место занимает травма. Черепно-мозговая травма (ЧМТ) относится к наиболее распространенным видам повреждений и составляет до 50% всех видов травм. В статистике травматизма повреждения головного мозга составляют 25-30% всех травм, на их долю приходится более половины смертельных исходов. Смертность от ЧМТ составляет 1% от всеобщей смертности.
Трудности эффективного медикаментозного лечения острых нарушений мозгового кровообращения стимулировало разработку фото-терапевтических средств воздействия на головной мозг (Kidwell C.S. e.o. "Establishment of primary stroke centers", Neurolody, 2003, 60: 1452-1456.). В разработанных фото-терапевтических способах восстановления трудоспособности после инсульта и ЧМТ и устройствах для проведения процедур фототерапии для лечения используют воздействие световым потоком инфракрасного и красного диапазонов на патологическую зону в головном мозге. В качестве излучателей используют матрицы сверх ярких светодиодов или полупроводниковых лазеров, располагающихся вплотную к кожным покровам головы и излучающих световой поток с интенсивностью, достаточной для получения лечебного эффекта в подкорковых зонах, располагающихся на расстояниях вплоть до 1-2 см от поверхности черепа. По имеющимся оценкам 3% от потока инфракрасного излучения, падающего на поверхность головы, достигает глубины 1 см от поверхности коры мозга (Wain S., Parrish J.A., Anderson R.R., e.a., "Transmittance of nonionizing radiation in human tissues", Photocem. Photobiol. 34 (6), 679-81 (1981).
2
Известно устройство, имеющее аппликатор, содержащий в терминальной части матрицу сверх ярких светодиодов, которую пациент вручную прижимает к поверхности головы и удерживает ее в таком положении в ходе процедуры (Lapchak Р.А., Salgado K.F., Chao c.H., a.o., "Transcranial near-infrared light therapy improves motor function following embolic strokes in rabbits an extended therapeutic window study using continuous and pulse frequency delivery modes", Neuroscience, 148 (4), 907-14 (2007). Матрица содержит 52 светодиода, излучающих ближнее инфракрасное излучение (870 нм) 9 светодиодов, излучающих красный свет (633 нм). Суммарная мощность излучения составляет 500 миллиВатт. Интенсивность излучения на поверхности головы 22,2 мВатт/см. Аппликатор имел форму окружности с диаметром 53,3 мм. Облучение головного мозга производится в ходе последовательных процедур, путем ручного выбора зоны облучения. Временной режим облучения определяется, таймером.
Недостатком этого устройства является необходимость, удерживать аппликатор в ходе процедуры руками, в фиксированном положении, с равномерным нажимом, что неудобно при 15-20 минутных сеансах и сдерживает применение устройства в ночной период. Недостатком является также отсутствие автоматики в выборе зоны облучения, поскольку повышение температуры облучаемого участка головы вызывает у пациента дискомфорт.
2
2
Известно устройство для фото- терапевтического лечения больных, перенесших острое нарушение мозгового кровообращения NeuroThera System (Lampl Y., Zivin J.A., Fisher M., e.a., "Infrared laser therapy for ischemic stroke a new treatment strategy results of the NeuroThera Effectiveness and safety Trial-1 (NEST-1)", Stroke, 38 (6), 1843-9 (2007). Аппликатор устройства, TheraCap, имеет обтекаемую форму и размер, соответствующий ладони взрослого человека. Аппликатор вплотную подводится к голове пациента и удерживается в рабочем положении рукой. Источником излучения ближнего инфракрасного диапазона (ИК) с длиной волны 808 нм является полупроводниковый лазер. Луч лазера распределяется в зоне облучения с помощью рассеивающей линзы. Световой поток от линзы проходит через прозрачный терминал (светопровод) к поверхности головы пациента. Терминал прижимается к поверхности головы с помощью пружины, которая обеспечивает постоянство давления в ходе процедуры. Механическое давление позволяет уменьшить содержание крови в сосудах кожных покровов в зоне облучения и увеличить пропускание света вглубь живых тканей. Интенсивность излучения на поверхности головы составляет 8,3 мВатт/см. Интенсивность света, прошедшего через кожные покровы головы, кости черепа и вещество головного мозга, на глубине около 25 мм составляет величину 7,5 мкВатт/см. Для создания комфортных для пациента условий прилегающая к поверхности головы сторона терминала излучателя охлаждается. Для этого используется система охлаждения с полупроводниковым элементом Пельтье и бесконтактным датчиком температуры облучаемой поверхности. Обратная связь между датчиком температуры и охлаждающим элементом обеспечивает в ходе процедуры поддержание заданной врачом или пациентом температуры. Тепло с горячей стороны полупроводникового холодильника отводится с помощью внешнего водяного контура.
Известное устройство работает следующим образом.
Фото-терапевтические процедуры начинают проводить через 18-20 часов после инсульта и через 1-2 месяца после ЧМТ. Волосяной покрова головы выбривают полностью. Облучению подвергается головной мозг без относительно локализации места острого нарушения мозгового кровообращения, путем транскраниального последовательного воздействия на 20 заранее определенных участков. Эти участки соответствуют схеме расположения электродов при записи электроэнцефалограммы по 10/20 отведениям. Очередную облучаемую зону определяют врач или сам пациент (диаметр светового пятно около 5 см). В начале манипуляций к электрической сети подключается адаптер устройства. Далее подключается трубка подачи воды системы охлаждения к гидранту и производится открывание гидранта. С помощью коммутационных устройств блока управления, расположенных на поверхности аппликатора, включаются таймер излучателя, излучатель (лазер) и система охлаждения, устанавливаются величина температуры терминальной части аппликатора и величина механического давления терминала на поверхность головы. Далее пациент, в положении лежа, кладет голову на подушку кровати или, в положении сидя, на подголовник кресла. Врач или сам пациент без усилия прижимает аппликатор устройства к первому из облучаемых в начинающемся сеансе участков поверхности головы и удерживает его до сигнала таймера. Длительность облучение каждого участка составляет 2 минуты. Затем производится установка аппликатора на новом участке и повторное облучение. Эти манипуляции выполняются до тех пор, пока последовательно не будут облучены все 20 участков. После этого адаптер устройства отсоединяют от электрической сети, закрывают гидрант и отсоединяют от него трубку подачи воды системы охлаждения. Сеансы фототерапии производятся ежедневно, до наступления стойкого улучшения состояния пациента. При наличии показаний лечение может продолжаться несколько месяцев и даже лет.
Устройство просто в конструктивном исполнении и надежно в работе.
Недостатками известного устройства являются необходимость удерживать аппликатор устройства в ходе всего сеанса фототерапии вручную, необходимость наведения излучающего элемента адаптера на облучаемую зону вручную, наличие в устройстве одного излучателя, что требует последовательного воздействия на все участки поверхности головы и увеличивает время сеанса фототерапии; использование внешнего контура водяного для охлаждения теплой части полупроводникового холодильника, ограничивает подвижность пациента в продолжение сеанса фототерапии, отсутствие объективного контроля мозгового кровообращения в ходе сеанса облучения препятствует осуществлению оперативной коррекции временных и энергетических параметров проводимых фото-терапевтических процедур, отсутствие интерфейсов компьютерных сетей в конструкции устройства, препятствует дистанционному наблюдению врачом хода лечебной процедуры и созданию социальных телемедицинских сетей.
Все эти недостатки снижают эффективность известного устройства, затрудняют его практическое применение, и не позволяет повысить качество жизни пациента за счет вовлечения его в социальную группу больных острыми нарушениями мозгового кровообращения и дистанционного наблюдения врачом параметров светового облучения, температуры облучаемой зоны и импеданса головного мозга в ходе длительных процедур.
Известно также выбранное в качестве прототипа устройство для фототерапевтического воздействия на головной мозг, содержащее корпус, выполненный в виде шлема, в котором размещены связанные между собой терминалы излучателей призматической формы с инфракрасными лазерным источниками, радиус кривизны поверхности каждой призмы соответствует радиусу кривизны черепной коробки, терминалы соединены с электронным блоком, содержащим блок управления режимом облучения (Аппарат для динамической магнито- ИК-лазерной терапии «ТРАНСКРАНИО» Руководство по эксплуатации 9444-038-26857421-2010 РЭ, Trimo, http://www.trima.ru/medicine/pdf/pas_transkranion.pdf).
Аппарат предназначен для безмедикаментозной (с помощью лазерного излучения и магнитного поля) терапии ряда заболеваний, связанных с нарушением мозгового кровообращения, нарушением вегетативной регуляции трофики черепных нервов, электроэнцефалографических показателей, нарушением в системе гомеостаза и адаптации, а также со снижением активности регулирующих структур мозга, в частности гипоталамо-лимбической системы.
Конструктивно аппарат выполнен в виде отдельного электронного блока с подключенными к нему двумя видами излучателей бегущего магнитного поля, совмещенных с ИК-лазерными источниками - излучатель "оголовье". Имеется также специальная стойка для фиксации излучателя "оголовье" на голове пациента в нужном для проведения процедуры положении.
Излучатель "оголовье" выполнен в виде шлема, содержащего два терминала призматической формы. Внутри каждого терминала расположено три источника бегущего магнитного поля и три, установленных соосно, внутри источников магнитного поля, полупроводниковых ИК-лазера. Терминалы излучателя соединены между собой съемными ленточными фиксаторами.
Рабочая поверхность каждой призмы, обращенная, при проведении процедуры, к височным долям черепной коробки имеет цилиндрическую поверхность с радиусом близким к среднему радиусу кривизны черепной коробки. В местах расположения источников ИК-лазерного излучения на рабочей поверхности находятся специальные окна для беспрепятственного прохождения лазерного излучения. Каждое окно имеет защитную вставку, предохраняющую лазерный диод от прямого механического воздействия. Излучатель с помощью кабеля подключен к разъему "оголовье" на задней панели электронного блока аппарата. Во время проведения процедуры, в зависимости от выбранного режима работы, источники магнитного поля и ИК-лазерного излучения включаются поочередно или хаотически, синхронно или независимо друг от друга с частотой, задаваемой аппаратом, что позволяет организовать движение магнитного и лазерного полей вдоль каждого терминала излучателя и обеспечить динамическое транскраниальное воздействие на структуры мозга. Оба терминала излучателя имеют возможность изменения их ориентации относительно головы и могут использоваться как вместе, так и отдельно друг от друга. Для использования, например, одного из двух излучателей (в проекции патологического очага) необходимо вывернуть соответствующие стопорные винты крепления излучателя на фиксаторе и снять терминал излучателя с фиксатора.
Лечение проводят как в стационарных, так и амбулаторных условиях и назначают по показаниям, обусловленным видом и формой патологии, характером течения заболевания с учетом индивидуальных особенностей клинической картины больного.
Аппарат при транскраниальном воздействии работает следующим образом:
- осуществляют подготовку аппарата к работе в соответствии с руководством по эксплуатации,
- производят установку излучателя "оголовье" на голову пациента, для этого пациент располагается на стуле около мобильной стойки; ослабляются ленточные фиксаторы излучателя, для этого ослабив фиксатор, расположенный на нижней (неподвижной) части штанги стойки и используя ручку, расположенную на кронштейне стойки, плавно опускают излучатель на голову пациента так, чтобы терминалы излучателя "оголовье" располагались в височных областях головы, после чего излучатель фиксируют в этом положении с помощью с помощью ленточных фиксаторов и фиксатора штанги.
В случае необходимости проведения процедуры в положении больного лежа кронштейн с излучателем "оголовье" может быть легко снят со штанги и в промежутках между процедурами расположен на специальном ложементе.
Затем выполняют установку режима излучения на электронном блоке и включение аппарата. Запуск процедуры осуществляют путем нажатия кнопки "ПУСК" на передней панели электронного блока. При этом начинает прерывисто светиться индикатор "процедура", а цифровое табло таймера ведет обратный отсчет времени. По истечении установленного времени раздастся прерывистый звуковой сигнал - процедура завершена.
После окончания процедуры, используя элементы регулировки штанги на мобильной стойке, поднимают излучатель "оголовье" с головы пациента.
К недостаткам известного устройства можно отнести использование в его конструкции стационарного электронного блока и стационарной стойки для крепления излучателей, что лишает пациента подвижности в ходе выполнения процедур, кроме того, аппарат предусматривает его использование в условиях лечебно-профилактического учреждения, а не в домашних условиях.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для лечения острого нарушения мозгового кровообращения, которое способно обеспечить процедуры фототерапии независимо от их места проведения, в том числе в ночное время, согласно устанавливаемым в блоке управления устройства схеме и последовательности облучения участков поверхности головы, регуляцию режимов фото-терапевтического воздействия в ходе процедур, как автоматически, на основании данных импедансометрии головного мозга и контроля температуры в зоне облучения, так и вручную, а также дистанционно, врачом, контролирующим режим процедуры с помощью компьютерных сетей.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для фототерапевтического воздействия на головной мозг, содержащем корпус, выполненный в виде шлема, в котором размещены связанные между собой терминалы излучателей призматической формы с источниками инфракрасного света, радиус кривизны поверхности каждой призмы соответствует радиусу кривизны черепной коробки, излучатели соединены с электронным блоком, содержащим блок управления режимом облучения, электронный блок размещен в корпусе и содержит портативный блок питания, соединенный с блоком управления, который соединен с блоком импедансометрии и системой охлаждения с бесконтактными датчиками температуры и циркулярным насосом, в корпусе размещена опорная дуга, выполненная с возможностью перемещения от лба к затылку и на которой размещены электрические микродвигатели, соединенные через штифты с терминалами излучателей, выполненными в виде рассеивающей призмы, соединенной с источником инфракрасного света через световод, корпус дополнительно снабжен подшлемником, на внутренней стороне которого установлены электроды импедансометра. При этом система охлаждения содержит бесконтактные датчики температуры, располагающиеся с нерабочей, удаленной от поверхности головы терминала стороны, полупроводниковые элементы Пельтье, размещенные с нерабочей стороны каждого терминала излучателя и контур замкнутого водяного охлаждения элементов Пельтье с циркулярным насосом. Блок импедансометра содержит электроды, установленные на внутренней стороне подшлемника. Корпус снабжен несколькими рядами сквозных отверстий, выполненных в проекции терминалов излучателей.
Полезная модель иллюстрируется графическими материалами.
На фиг. 1 изображен общий вид шлема (корпуса) предлагаемого устройства, вид сбоку, на фиг. 2 представлен общий вид шлема (корпуса) предлагаемого устройства, вид сзади.
Корпус устройства 1, выполненный в виде шлема содержит портативный блок питания 2, блок управления 3 (содержащий контроллеры Bluetooth и WiFi), блок импедансометрии 4, электрическую и сигнальную цепи с разъемами, электрическим 5 и сигнальным 6 и опорную дугу 7. К опорной дуге 7 жестко прикреплены электрические микродвигатели 8 связанные с терминалами излучателей 9 для обеспечения перемещения терминала в радиальном направлении. Микродвигатели связаны с терминалами излучателей посредством штифта 10. Терминалы излучателей 9 выполнены в виде рассеивающей призмы, соединенной с источником инфракрасного света через световод 11, линзу 12, обеспечивающую рассеяние света, поступающего через световод 11 в терминал излучателя 9, светодиод или полупроводниковый лазер 13. Опорная дуга 7 соединена с микродвигателем 14 для перемещения опорной дуги от лба к затылку. Перемещение опорной дуги 7 и перемещение терминалов излучателей 9 может осуществляться не только с помощью микродвигателей, коммутируемых командами блока управления, но и вручную, с помощью направляющих винтов 15 (в радиальном направлении) и с помощью поворотного винта 16 (в меридиональном, от лба к затылку перемещении). Для обеспечения ручной подачи терминалов осветителей корпус 1 снабжен несколькими рядами сквозных отверстий, выполненных в проекции терминалов излучателей. При отсутствии необходимости в ручном перемещении терминалов излучателей направляющие винты 15 могут выниматься из корпуса 1. Датчики температуры 17 и тензометрические датчики 18 размещены на терминале излучателя 9 со стороны выхода света. Каждый терминал излучателя 9 охлаждается полупроводниковым элементом Пельтье 19, теплоотвод с горячей стороны которого производится с помощью системы охлаждения, содержащую водяной замкнутый контур 20, циркулярный насос 21, вентиль 22, служащий для слива воды (контур охлаждения 20, насос 21 и вентиль 22 встроены в корпус 1). Электрическая и сигнальная цепи с выносными электрическим кабелем 23 и сигнальным кабелем 24, которые с помощью гарнитуры 25 подключаются к разъемам 5 и 6 соответственно, также встроены в корпус 1. Непосредственно на голову пациента одевается подшлемник 26 из тонкого светопрозрачного материала, выполненного в виде сетки. В подшлемник 26 встроены электроды 27 блока импедансометрии 4. Подшлемник 26 фиксируется на голове пациента с помощью ремня 28, а корпус 1 с помощью ремня 29. Блоки устройства включаются и выключаются с помощью кнопки 30.
2
2
В качестве материала шлема используется монолитный поликарбонат. Подшлемник изготавливается из прозрачной медицинской силиконовой резины. Терминалы излучателей изготавливаются из полиметил-метакрилата. Дистальная поверхность терминалов имеет квадратную форму и размеры 4×4 см. Световое излучение производят сверх яркие светодиоды с мощностью инфра-красного излучения 1 Ватт (например, Osram Opto Semiconductor, Q65110A8280) с длинной волны в области спектрального максимума 850 нм. Интенсивность света на выходе терминалов составляет величину 62,5 миллиВатт/см.
Предлагаемое устройство позволяет получить следующий технический эффект. Опорная дуга, выполненная с возможностью меридионального (от лба к затылку) перемещения, и связанные с ней терминалы излучателей, которые имеют возможность перемещения в радиальном направлении, обеспечивают автоматическую установку зоны облучения согласно заданным с помощью блока управления координатам. Автоматическое перемещение излучателей к заранее заданным врачом участкам позволяет проводить процедуры при тяжелых состояниях пациента и в период сна. Импедансометр обеспечивает проведение объективного контроля статуса мозгового кровообращения, установку корректного времени фото-терапевтических процедур, что повышает их эффективность. Социальная сеть с системой электронных карт пациентов позволяет повысить качество жизни пациента за счет вовлечения его в социальную группу больных острыми нарушениями мозгового и дистанционного наблюдения врачом параметров светового облучения, температуры облучаемой зоны и импеданса головного мозга в ходе длительных процедур. Применение предлагаемой установки обеспечивает регулярное проведение сеансов фото-терапии независимо от состояния пациента и режимов сна и отдыха, что позволяет возвратить к активной трудовой жизни инвалидов после перенесенного инсульта или ЧМТ и сократить процент инвалидизации среди пациентов, переживших острое нарушение мозгового кровообращения. Предлагаемое устройство просто в конструктивном исполнении и надежно в работе.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Устройство применяют через сутки после инсульта, и через 1-2 месяца после ЧМТ, после медицинских процедур, выполняемых в ходе острого периода. В лечебно-профилактическом учреждении производят обучение пациента пользованию устройством. Волосы на голове сбриваются. Прошедший обучение и инструктаж пациент (или медицинский работник, проводящий фото-терапевтические процедуры) перед процедурой производит заполнение системы охлаждения через вентиль. После этого, при необходимости, производят зарядку электрической батареи блока питания 2 путем подключения электрического адаптера устройства к электрическому разъему и включения адаптера в розетку электрической сети (зарядка батареи производится до загорания зеленой сигнальной лампы на адаптере устройства). Затем пациент одевает на голову подшлемник 26, плотно затягивает фиксирующий ремень 29. Сигнальный контур и электрическая сеть подшлемника соединяются с помощью гарнитуры 25 и разъемов 5 и 6 с соответствующим контуром и сетью корпуса 1. Поверх подшлемника, на голову пациента, надевают шлем и плотно закрепляют его фиксирующим ремнем 29. Устройство включается с помощью кнопки 30 на шлеме 1, затем включается консоль устройства. С помощью последней производится установка длительности времени облучения, координат участков облучения и последовательности их облучения, интенсивности света, выходящего с излучающей поверхности терминалов облучателей и механического давления прижатия терминалов к поверхности головы. Затем производится либо соединение устройства с компьютерными сетями и дистанционное управление режимами его работы врачом, либо, с помощью консоли, включается автоматический режим работы установки, при котором эти параметры устанавливаются в соответствии с заданной заранее программой. Затем вторичным нажатием кнопки 30 запускается рабочий режим установки. Блок управления 3 согласно имеющейся программе автоматически производит коммутацию микродвигателей 8 и 18, происходит перемещение терминалов излучателей 9 к планируемому для облучения участку и их прижатие к поверхности головы через прозрачный подшлемник. Далее величины механического давления терминалов излучателей 9 на поверхность головы и температуры поверхности облучаемых участков поддерживаются автоматически, согласно установленной в блоке управления программе, с помощью цепей обратной связи датчиков давления 18 и микродвигателей 8, датчиков температуры 17 и источников света 11. После этого пациент может заниматься своими делами или лечь спать. В ходе процедуры мощность излучения источников света 11 регулируется согласно данным импедансометрии головного мозга. Определение параметров импеданса производится по командам блока управления 3, в начале сеанса облучения, в середине и в конце сеанса. Текущее время и время оставшееся до конца процедуры отображаются на консоли устройства. Об окончании процедуры свидетельствует звуковой сигнал динамика блока управления 3. После ее завершения можно снять шлем и подшлемник, либо оставаться в них в течение нескольких часов после фототерапевтической процедуры, например, во сне.