СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МАГНИТОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR MAGNETOTHERAPEUTIC EXPOSURE GENERATION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для создания лечебно-диагностических комплексов и аппаратов магнитотерапии, предназначенных для лечения и диагностики широкого круга заболеваний. Магнитотерапевтическое устройство, реализующее способ, предназначено для использования в экспериментальной и клинической медицине, а также для лечения в домашних условиях.
Магнитотерапия - это метод физиотерапии, в основе которого лежит действие на организм магнитными полями различных параметров [1]. Эффективность лечения магнитным полем определяется параметрами формируемого магнитотерапевтического воздействия и возможностью управлять ими, а это в первую очередь зависит от технического средства, генерирующего магнитное поле. Известно [2], что чем выше пространственно-временная неоднородность магнитного поля, тем выше его биологическая активность. Поэтому, считается, что переменные магнитные поля, изменяющиеся в пространстве и во времени, обладают большим числом биотропных параметров и соответственно значительными терапевтическими возможностями.
Известен аппарат «Алимп-1» [2, 3], который предназначен для воздействия бегущим магнитным полем. Генерируемое аппаратом магнитотерапевтическое воздействие представляет собой сложное неоднородное, изменяющееся во времени поле и образуется суперпозицией нескольких импульсных магнитных полей, сдвинутых относительно друг друга в пространстве и времени. «Алимп-1» содержит два соленоидных устройства и набор отдельных соленоидов. Одно из устройств состоит из пяти соленоидов, собранных в единый блок в цилиндрический корпус, а другое собрано пирамидой из трех соленоидов. При лечении конечность или сегменты ее помещают в соленоидные устройства, или индукторы-соленоиды накладывают на различные области тела [4]. На индукторы из электронного блока поочередно подаются импульсы питающего тока, в результате чего создается бегущее импульсное магнитное поле [2]. Главный недостаток способа, который положен в основу устройства «Алимп», заключается в том, что невозможно формировать магнитное поле, изменяющееся по величине и направлению во времени и в трехмерном пространстве. Это объясняется тем, что в соленоидном устройстве, индукторы в котором собраны пирамидой и их оси лежат под углом друг к другу в одной плоскости, формируется магнитное поле, направление вектора магнитной индукции которого в фиксированной точке пространства рабочего объема меняется только в одной плоскости.
Поэтому, чтобы сформировать магнитное поле, вектор магнитной индукции которого может изменяться не только по величине, но и по направлению в трехмерном пространстве, необходимо использовать не менее трех источников магнитного поля, оси которых расположены под углом друг другу и не лежат в одной плоскости [5], например три взаимно ортогональных источника. Под осью источника магнитного поля будем понимать воображаемую линию, соединяющую северный и южный полюса.
Известен способ формирования магнитного поля для воздействия на биообъект низкочастотными вихревыми магнитными полями, реализованный в магнитотерапевтической установке [6], основанный на создании в магнитной системе из трех концентрических катушек индуктивности, установленных взаимно перпендикулярно друг другу, магнитного поля, изменяющегося по величине напряженности и по направлению в пространстве с течением времени. Однако в указанном способе, реализуемом в устройстве [6], рабочим является объем внутри сферы, образованной этими катушками, и при проведении процедур пациент вводит облучаемую конечность через окно в камеру, образованную катушками, так чтобы подвергаемый воздействию участок конечности оказался в камере полностью. В связи с этим с помощью данного способа невозможно реализовать локальное воздействие векторно-управляемым полем для омагничивания поверхностных участков тела пациента. Также за счет использования источников магнитного поля одного типа конструкция устройства получается громоздкой.
Наиболее близким к заявленному является способ формирования магнитотерапевтического воздействия внешнего по отношению к объему, занимаемому источником магнитного поля, для организации локального воздействия концентрированно на очаг заболевания и на биологически активные точки биообъекта, которое изменяется не только по величине напряженности, но и по любому направлению в пространстве и времени [7]. Способ формирования магнитотерапевтического воздействия осуществляют путем ориентации в пространстве под углом друг к другу осей трех источников магнитного поля, являющихся как постоянными, так и переменными. Оси источников магнитных полей располагают взаимно перпендикулярно, при этом формирование двух магнитных полей осуществляют индукторами-электромагнитами, длины которых превышают диаметр, а формирование третьего магнитного поля - намотанной по их окружности круглой катушкой, диаметр которой превышает ее длину. Оси индукторов-электромагнитов устанавливают параллельно относительно плоскости круга катушки. Способ реализуется в устройстве формирования физиотерапевтического воздействия, которое содержит три источника магнитного поля, установленные с возможностью формирования в пространстве взаимно перпендикулярных магнитных полей, объединенные в трехкомпонентный формирователь магнитного поля и подключенные к соответствующим управляемым источникам тока, связанными через усилители мощности с устройством управления [7, 8].
Существенным недостатком способа [7] является то, что воздействие можно осуществлять только формирователем магнитного поля, расположенным на поверхности тела пациента, и невозможно воздействовать на тело и (или) части тела биологического объекта, помещенные вовнутрь трехкомпонентного формирователя магнитного поля. При таком конструктивном решении омагничиванию подвергаются только поверхностные участки тела человека, и нет возможности формировать векторно-управляемое магнитное поле внутри биологического объекта, т.е. в глубоколежащих органах и тканях. Указанный недостаток ограничивает возможности по реализации различных физиотерапевтических методик. Так, например, при лечении атеросклеротических поражений крупных сосудов целесообразно конечность или туловище пациента располагать внутри индуктора-соленоида, так как в данном случае облучаются глубоколежащие биологические ткани, а не только поверхностные.
Заявляемое изобретение направлено на устранение недостатков аналога и прототипа.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа формирования магнитотерапевтического воздействия и повышение терапевтических возможностей устройства, что достигается за счет создания векторно-управляемого магнитного поля не только вне, но и внутри объема, занимаемого источниками поля, для организации локального воздействия, вектор магнитной индукции которого может изменяться по модулю и направлению в трехмерном пространстве и времени.
Технический результат, реализуемый в способе формирования магнитотерапевтического воздействия, достигается за счет ориентации в пространстве под углом друг к другу осей четырех источников магнитного поля, являющихся как постоянными, так и переменными. При этом формирование трех магнитных полей осуществляют индукторами-электромагнитами, длины которых превышают диаметр, а формирование четвертого магнитного поля - круглой катушкой, диаметр которой превышает ее длину. Причем магнитные оси индукторов-электромагнитов располагают под углом 60° в плоскости, параллельной плоскости круга катушки, таким образом, что магнитные оси образуют равносторонний треугольник, центр которого совмещают с осью круглой катушки, а вершины - с окружностью круглой катушки или удаляют от нее на расстояние, не превышающее ее радиус, при этом ось круглой катушки устанавливают перпендикулярно плоскости, образованной магнитными осями индукторов-электромагнитов.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство формирования магнитотерапевтического воздействия содержит четыре источника магнитного поля, установленные с возможностью формирования в пространстве четырех магнитных полей под углом друг к другу, объединенные в четырехкомпонентный формирователь магнитного поля, выполненный в виде трех индукторов-электромагнитов, длины которых превышают диаметр, и круглой катушки, диаметр которой превышает ее длину, подключенные к устройству управления через соответствующие усилители мощности. При этом магнитные оси индукторов-электромагнитов расположены под углом 60° в плоскости, параллельной плоскости круга катушки, таким образом, что магнитные оси образуют равносторонний треугольник, центр которого совпадает с осью круглой катушки, а вершины - с окружностью круглой катушки или удалены от нее на расстояние, не превышающее ее радиус, при этом ось круглой катушки перпендикулярна плоскости, образованной магнитными осями индукторов-электромагнитов. Причем индукторы-электромагниты могут быть выполнены как прямой, так и дугообразной формы.
1
2
3
4
1
2
3
4
Суть способа заключается в том, что в основу положен принцип суперпозиции четырех магнитных полей, магнитные оси источников которых ориентированы в пространстве под углом друг к другу и не лежат в одной плоскости (фиг. 1). Результирующее магнитное поле определяется геометрической суммой векторов В=В+В+В+В, где В, В, В, В - векторы магнитной индукции полей от каждого из четырех индукторов системы, соответственно. Так как электрические параметры каждой обмотки постоянны, то амплитуда и направление каждого вектора В функционально зависят от протекающего по обмотке тока. Таким образом, интенсивность и направление результирующего магнитного поля определяется четырьмя токами: .
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано формирование векторно-управляемого магнитного поля для дозированного воздействия на локальный участок тела биообъекта за счет управления токами в каждом индукторе независимо. При этом возможно управлять не только амплитудой суммарного вектора магнитной индукции, но и траекторией его движения в трехмерном пространстве и времени, например, в виде объемных пространственных кривых. В отличие от известных способов [2, 3, 6, 7], где векторно-управляемое магнитное поле формируется только внутри [2, 3] или только вне системы индукторов [6, 7], в предлагаемом способе формируется магнитотерапевтическое воздействие, которое может быть направлено на очаг заболевания как на поверхностном участке, так и во внутренних органах и тканях тела человека. В предлагаемом способе полеформирующая система является относительно плоской и удобной для расположения на локальном поверхностном участке тела пациента, но при этом имеет рабочий объем не только вне, но и внутри системы индукторов, что позволяет формировать векторно-управляемое магнитное поле внутри биологического объекта, т.е. в глубоколежащих органах и тканях.
На фиг. 2а и 2б продемонстрированы возможности по применению устройства на основе предложенного способа: фиг. 2а - использование для магнитотерапии внешнего рабочего объема для воздействия на поверхностный участок тела человека; фиг. 2б - использование внутреннего рабочего объема для воздействия на глубоко расположенные органы и ткани.
На фиг. 3 показана структурная схема устройства для формирования магнитотерапевтического воздействия, реализующего предлагаемый способ. Общий вид четырехкомпонентного формирователя магнитного поля показан на фиг. 4.
В состав устройства входят: 1, 2, 3 - индукторы-электромагниты; 4 - круглая катушка; 5 - четырехкомпонентный формирователь магнитного поля; 6, 7, 8, 9 - усилители мощности; 10 - устройство управления.
Устройство формирования магнитотерапевтического воздействия содержит четыре источника магнитного поля 1, 2, 3, 4, установленные с возможностью формирования четырех магнитных полей под углом друг к другу в пространстве и подключенные через соответствующие усилители мощности 6, 7, 8, 9 к устройству управления 10. При этом четыре источника магнитного поля 1, 2, 3, 4 конструктивно объединены в один четырехкомпонентный формирователь магнитного поля 5, выполненный в виде трех индукторов-электромагнитов 1, 2, 3 и круглой катушки 4. Оси индукторов-электромагнитов 1, 2, 3 расположены под углом 60° в плоскости, параллельной плоскости круга катушки 4, таким образом, что оси образуют равносторонний треугольник, центр которого совпадает с осью круглой катушки 4, а вершины - с окружностью круглой катушки или удалены от нее на расстояние, не превышающее ее радиус. Причем индукторы-электромагниты 1, 2, 3 могут быть выполнены как прямой (фиг. 3), так и дугообразной формы (фиг. 4).
Учитывая, что при выполнении индукторов-электромагнитов как прямыми, так дугообразными, их магнитные оси образуют равносторонний треугольник, то обеспечивается получение одного и того же технического результата, т.е. обеспечивается формирование векторно-управляемого магнитного поля не только вне, но и внутри полеформирующей системы, для организации локального воздействия. Таким образом, доступны как внешний, так и внутренний рабочие объемы четырехкомпонентного формирователя для воздействия на биологический объект магнитным полем, вектор магнитной индукции которого может изменяться по модулю и направлению в трехмерном пространстве и во времени.
1
2
3
4
1
2
3
4
Устройство формирования магнитотерапевтического воздействия работает следующим образом. При проведении физиотерапевтической процедуры четырехкомпонентный формирователь магнитного поля 5, помещенный в корпус из диэлектрического немагнитного материала, располагают на заданной локальной области поверхности биообъекта (фиг. 2а) или помещают биологический объект внутрь полеформирующей системы (фиг. 2б). В зависимости от выбранной методики воздействия, информация о которой содержится в памяти устройства управления 10 (или передается из персонального компьютера), последнее задает необходимые сигналы управления для усилителей мощности 6, 7, 8, 9, каждый из которых формирует в соответствии с этими сигналами токи I, I, I, I отдельно для каждого источника магнитного поля 1, 2, 3, 4. Вследствие этого в каждый момент времени вектор индукции магнитного поля, его модуль и направление определяются значениями и направлениями четырех токов I, I, I, I, протекающих по обмоткам индукторов. Причем индукторы-электромагниты могут быть выполнены как прямыми, так и дугообразными. При выполнении индукторов 1, 2, 3 дугообразной формы (фиг. 4) улучшаются эксплуатационные характеристики устройства: снижаются габариты и увеличивается рабочий объем четырехкомпонентного формирователя магнитного поля.
Таким образом, предложенный способ формирования магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления позволят реализовать различные физиотерапевтические методики для локального воздействия векторно-управляемым магнитным полем. Универсальная конструкция четырехкомпонентного формирователя магнитного поля не только делает его относительно плоским, но и расширяет возможности по применению устройства. Во-первых, за счет наличия четырех источников магнитного поля, не лежащих в одной плоскости и независимо управляемых усилителей мощности доступно формирование магнитотерапевтического воздействия, вектор магнитной индукции которого изменяется по модулю и направлению во времени и в трехмерном пространстве. А во-вторых, в отличие от аналогов и прототипа, конструкция предлагаемого устройства дает возможность воздействовать векторно-управляемым магнитным полем на локальные участки на поверхности тела биообъекта, а также использовать внутренний рабочий объем четырехкомпонентного формирователя, т.е. помещать биологический объект внутрь системы источников магнитного поля. Таким образом, предложенный способ позволяет формировать магнитотерапевтическое воздействие не только в поверхностных областях тела пациента, но и внутри биологического объекта, т.е. в глубоколежащих органах и тканях, что увеличивает глубину проникновения магнитного поля в биологические ткани. Все это способствует расширению функциональных возможностей способа формирования магнитотерапевтического воздействия и устройства для его реализации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Улащик B.C. Физиотерапия. Универсальная медицинская энциклопедия. Мн.: Книжный Дом, 2008. 640 с.
2. Белькевич В.И., Берлин Ю.В., Бувин Г.М. Аппарат для лечения бегущим импульсным магнитным полем // Электронная промышленность. 1985. №1. С. 61.
3. А.с. 697131 (СССР), МКИ A61N 1/42. Устройство для воздействия магнитным полем на биологические объекты / Берлин Ю.В. и др. Опубл. 1979, Бюл. №42.
4. Соловьева Г.Р. Магнитотерапевтическая аппаратура. М.: Медицина, 1991, 176 с.
5. Харламова Н.С. Методы и технические средства биоадаптивного 3D-магнитотерапевтического воздействия: дис.… канд. тех. наук: 05.11.17. Рязань: РГРТУ, 2012. 211 с.
6. Патент №2247583 РФ, МПК A61N 2/02. Приоритет 09.04.2003. Магнитотерапевтическая установка / Куротченко С.П. и др.
7. Патент №2322273 РФ, МПК A61N 2/00. Приоритет 21.03.2006. Способ формирования магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления / Прошин Е.М., Харламова Н.С. и др.
8. Н.С. Харламова. Устройство для локальной магнитотерапии на основе трехкоординатной ячейки излучения // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2009, №7, с. 21-25.