Способ нагрева тканей животного и устройство для его осуществления

 

Использование: сельское хозяйство, а именно животноводство и ветеринария. Сущность изобретения: нагрев осуществляют посредством подвода высокочастотной энергии к вымени животного через три электрода. Два из них располагают на сосках вымени и возбуждают их противофазно, а третий располагают с противоположной стороны и возбуждают со сдвигом на 90 ^o. Величина амплитуды сигнала с третьего электрода позволяет регулировать глубину зоны воздействия. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к животноводству и ветеринарии и может быть использовано для лечения и профилактики маститов у сельскохозяйственных животных.

Известен способ нагрева тканей биообъекта путем воздействия высокочастотным полем (ВЧ- полем), при осуществлении которого излучатель ВЧ- поля в виде рамки устанавливают таким образом, чтобы вектор максимума напряженности поля был направлен к поверхности тела [1] Недостатком такого способа нагрева тканей биообъекта является невозможность регулирования глубины нагрева ориентацией излучателя. Известен способ нагрева тканей электромагнитным полем, реализованный в устройстве для лечения маститов у животных [2] при осуществлении которого излучатели ВЧ -поля противоположной полярности устанавливают в фиксированном положении. Недостатком такого способа нагрева тканей электромагнитным полем также является невозможность регулирования глубины нагрева. В обоих случаях снижается эффективность лечения. Это объясняется тем, что у различных животных воспалительные очаги располагаются на разной глубине и наиболее глубоко расположенные недостаточно прогреваются.

Известен способ нагрева тканей электромагнитным полем [3] реализованный в устройстве для лечения и профилактики маститов у животных [4] (прототип на способ при осуществлении которого излучатели ВЧ- поля противоположной полярности располагают таким образом, чтобы необходимая зона нагрева была между электродами, а размер зоны и глубина нагрева регулируются изменением положения электродов.

Известно устройство [4] (прототип), первый электрод которого выполнен в виде упругой дуги, имеющей диэлектрическое покрытие, а второй в виде многоэлементного электрода. Недостатком устройства [4] реализующего способ регулирования глубины и зоны нагрева, является то, что в объеме вымени между сосками образуется зона пониженной напряженности электромагнитного поля. При расположении очагов воспаления в указанной зоне снижается эффективность лечения. Кроме того, возможность применения известного способа и устройства [4] ограничена только теми животными, конфигурация и размеры вымени которых допускают размещение и фиксацию дугового электрода на вымени. Таким образом функциональные возможности известного способа и устройства ограничены.

Целью изобретения является повышение эффективности лечения маститов у животных за счет расширения возможностей регулирования глубины и зоны нагрева и расширение функциональных возможностей применения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе нагрева тканей животного электромагнитное поле формируют тремя электродами, два из которых располагают на сосках вымени и возбуждают противофазно, третий располагают на спине животного и возбуждают его со сдвигом фазы на + 90 ^o по отношению к первым двум электродам, а глубину и зону нагрева регулируют изменением амплитуды возбуждения третьего электрода при постоянстве общей мощности электромагнитного поля возбуждаемого тремя электродами.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве, содержащем генератор высокой частоты, согласующий контур и соединенные с разноименными полюсами контура электроды, дополнительно введен третий электрод, площадь которого превышает суммарную площадь первых двух, усилитель мощности, регулятор мощности УВЧ, фазирующее устройство, причем электроды, подключенные к разноименным полюсам контура генератора, расположены на сосках вымени животного, а дополнительный третий электрод расположен на спине животного. Отличительными признаками в заявляемом способе являются фазовые и амплитудные соотношения напряженности электромагнитного поля, создаваемого тремя электродами; взаимная ориентация векторов напряженности электромагнитного поля, возбуждаемого тремя электродами; Таким образом предлагаемый способ соответствует критерию " новизна".

Известно терапевтическое устройство для гипертонии [5] в котором реализован способ синфазного сложения волн в зоне воздействия. Степень воздействия определяют по результатам измерения температуры зондами, введенными в тело пациента. В известном устройстве использован способ независимой регулировки амплитуд и фаз полей волн, излучаемых каждым электродом. От указанного предлагаемый способ отличается параметрами воздействия, а именно в нем два электрода возбуждены противофазно, а третий возбужден со сдвигом фаз на + 90^o по отношению к первым двум, причем в известном способе регулирование зоны электромагнитного воздействия осуществляют независимым изменением амплитуд и фаз возбуждения каждого излучателя, а в заявляемом способе изменением амплитуды одного излучателя при постоянстве общей мощности электромагнитного поля возбуждаемого тремя излучателями.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества перед известным. Так как фазовые соотношения между полями, возбуждаемыми тремя электродами постоянны и известны (заданы), то расположение и конфигурация зоны нагрева однозначно связаны с амплитудными соотношениями напряженности ЭМП между электродами, а это в свою очередь позволяет однозначно задавать глубину нагрева ткани животного, что исключает необходимость введения измерительных зондов, для осуществления чего может потребоваться хирургическое вмешательство. Таким образом предлагаемый способ проще в реализации и не приводит к нежелательным осложнениям, которые могут возникать при введении зондов в тело пациента как от непосредственного механического воздействия зонда, так и от изменения структуры поля вблизи зонда. Других технический решений, сходных с признаками, отличающими предлагаемый способ от прототипа, авторами и заявителем не обнаружено.

Таким образом, способ обладает новой совокупностью признаков, которая приводит к возникновению нового положительного свойства, что соответствует критерию "существенные отличия".

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются новая совокупность конструктивных элементов (наличие дополнительного электрода на спине животного; наличие дополнительных усилителя мощности УВЧ, фазирующего устройства, регулятора общей мощности источника тока УВС); взаимное расположение электродов (два электрода расположены на сосках вымени, а третий на спине животного); взаимосвязь размеров между электродами (площадь третьего электрода превышает суммарную площадь первых двух).

Таким образом предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение устройства с другими техническими решениями показывает, что поперечное расположение электродов известно [6] однако в предлагаемом устройстве поперечное расположение использовано в новой совокупности конструктивных элементов. Известно также применение электродов разной площади, однако в предлагаемом устройстве применение электродов разной площади приводится в новой совокупности конструктивных признаков и при этом проявляет новое свойство возможность регулирования зоны нагрева и повышения за счет этого эффективности лечения. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематически изображено взаимное расположение электродов на теле животного и структура поля в теле, где обозначены: 1, 2, 3 электроды; 4 тело животного; 5 силовые линии электрического поля при амплитуде возбуждения третьего электрода равной нулю; 6 силовые линии электрического поля при максимальной амплитуде возбуждения третьего электрода; 7 силовые линии электрического поля при промежуточном значении соотношения амплитуд возбуждения третьего электрода и первых двух; 8 источник тока УВЧ.

На фиг.2 изображена зависимость относительной напряженности электрического поля Е/Еmax в вымени животного в зависимости от координаты H/R, снятая экспериментально на макете, где H/R расстояние между сосками животного с установленными на них электродами; Н текущая координата вымени по высоте. При максимальной амплитуде возбуждения третьего электрода (кривая 10) экстремальное значение напряженности электрического поля смещается вверх по высоте.

На фиг.3 представлена функциональная схема устройства для нагрева ткани животного; на фиг.4 функциональная схема генератора УВЧ; на фиг.5 схема согласующего контура; на фиг. 6 фазирующее устройство; на фиг.7 - функциональная схема усилителя мощности; на фиг.8 схема регулятора мощности; на фиг.9 временные диаграммы, поясняющие работу фазирующего устройства.

Способ осуществляют следующим образом. Два электрода 1, 2 располагают на теле животного 4 на сосках вымени. На спине животного 4 располагают третий электрод 3. Нагревание тканей вымени осуществляется одновременным противофазным возбуждением электродов 1, 2 и возбуждением третьего электрода 3 со сдвигом фазы, равным + 90 ^o по отношению к первым двум. Регулирование зоны нагрева ВЧ- электромагнитным полем осуществляют изменением амплитуды возбуждения третьего электрода 3 при постоянстве общей мощности ВЧ- поля, подводимой ко всем электродам. Равенство нулю амплитуды возбуждения третьего электрода соответствует минимальной глубине нагрева (фиг.2, кривая 9). В этом случае зона максимального воздействия находится около электродов 1 и 2 между сосками вымени вблизи нижней поверхности вымени животного. Увеличение амплитуды возбуждения третьего электрода при поддержании постоянной мощности, подводимой ко всем трем излучателям, приводит к тому, что зона интенсивного воздействия с нижней поверхности перемещается вглубь вымени. Максимальное значение амплитуды возбуждения третьего электрода при постоянстве общей мощности электромагнитного поля возбуждаемого тремя электродами (фиг.2, кривая 10) соответствует наиболее глубокому прогреванию вымени.

Устройство для нагревания тканей животного (фиг.3) содержит источник тока 8 УВЧ и систему из трех электродов 1, 2, 3. Источник тока 8 УВЧ содержит генератор УВЧ 11, выход которого соединен с входом 12 согласующего контура 13 с двумя выходами 14 и 15, соединенными соответственно с электродами 1 и 2, установленными на сосках вымени животного 4, фазирующее устройство 16, выход 17 которого соединен с входом 18 генератора УВЧ 11, усилитель мощности 19, выход 20 которого соединен с выходом 21 фазирующего устройства 16, а выход 22 с электродом 3, установленным на спине животного 4; регулятор мощности 23, выход 24 которого соединен с входом 25 усилителя мощности 19, а выход 26 с входом 27 генератора УВЧ 11.

Генератор УВЧ 11 может быть выполнен, например, по схеме генератора с внешним возбуждением (фиг.4), который содержит предварительный усилитель 28, узел деления мощности 29, выходные усилители 30, 31, узел суммирования мощности 32, полосовой фильтр 33.

Согласующее устройство 13 (фиг. 5) может быть выполнено, например, на основе согласующего трансформатора 39, соединенного с катушками индуктивности 34, 35 и конденсаторами 36, 37, 38.

Фазирующее устройство 16 (фиг.6) может быть выполнено, например, по схеме, содержащей автогенератор 40, инвертор 41, триггеры 42, 43, соединенные соответственно с выходами 21 и 117 устройства 16.

Усилители мощности 19 (фиг. 7) содержит предварительный усилитель 44, соединенный с входом 20, выходной регулируемый усилитель 45 с двумя входами. Первый вход выходного усилителя 45 соединен с выходом предварительного усилителя 44, а управляющий вход 25 с выходом 24 регулятора мощности 23 (фиг.3). Выход усилителя 45 соединен через полосовой фильтр 46 с выходом 22.

Регулятор мощности 22 (фиг.8) может быть выполнен, например, по схеме двух компенсационных стабилизаторов последовательного типа.

Схема содержит транзисторы 47 и 48, коллекторы которых соединены с источником питания +Fn, а эмиттеры соединены соответственно с выходами 24 и 26; резистор 49, первый вывод которого соединен с источником питания En; стабилитрон 50, анод которого соединен с корпусом, а катод с вторым выводом резистора 49; переменные резисторы 51 и 52, первые выводы которых соединены с катодом стабилитрона 50, вторые выводы с корпусом, а средние выводы резисторов 51 и 52 механически объединены и имеют электрическую связь с базами транзисторов 47 и 48 соответственно.

Устройство для нагрева тканей животного работает следующим образом.

Перед началом работы электроды 1 и 2 устанавливаются на сосках вымени животного 4. При включении питания источника тока 8 УВЧ высокочастотная энергия от генератора УВЧ 11 поступает на вход 12 согласующего контура 13 и далее через элементы контура 13 через его выходы 14 и 15 подается на электроды 1 и 2 соответственно. При этом высокочастотные потенциалы на выходах 14 и 15 источника УВЧ 8 находятся в противофазе. Одновременно с выхода усилителя мощности 19 высокочастотная энергия подается на электрод 3, высокочастотный потенциал которого по отношению к потенциалам первых двух электродов имеет сдвиг по фазе на ± 90 ^o. В пространстве между электродами возникает ВЧ- электрическое поле, которое осуществляет нагрев вымени животного 4. Если регулятором мощности 23 установить амплитуду возбуждения третьего электрода 3 равной нулю, то в основном прогревается часть вымени животного 4 вблизи сосков и нижняя часть вымени между сосками. Если амплитуда возбуждения третьего электрода 3 не равна нулю, то зона интенсивного воздействия с нижней поверхности перемещается вглубь вымени. Регулировка амплитуды возбуждения электрода 3 осуществляется регулятором мощности 23 таким образом, чтобы общая мощность возбуждения ВЧ- поля, подводимая ко всем трем электродам 1, 2, 3, оставалась неизменной. Максимум амплитуды возбуждения электрода 3 соответствует наиболее глубокому прогреванию вымени животного 4.

Для обеспечения постоянства общей мощности ВЧ- поля, подводимого ко всем электродам в процессе регулирования, необходимо, чтобы перераспределение ВЧ- энергии между электродом 3 и электродами 1 и 2 находилось в обратно пропорциональной зависимости. Это достигается за счет применения регулятора мощности 23, который может быть выполнен, например, на основе двух компенсационных стабилизаторов напряжения последовательного типа на транзисторах 47 и 48 n-p-n типа. Опорное напряжение, снимаемое с катода стабилитрона 50, подается на сдвоенный потенциометр, выполненных из двух переменных резисторов 51 и 52. резисторы включены в схему таким образом, что напряжения, снимаемые со средних выводов на базы транзисторов 47 и 48, находятся в обратно пропорциональной зависимости от положения их движка. Это приводит к тому, что напряжения, выделяемые на электродах транзисторов 47 и 48, также изменяются в обратно пропорциональной зависимости. Эти напряжения, снимаемые с выходов 24 и 25 регулятора мощности 23, подаются на выход 25 усилителя мощности 19 и на вход 27 генератора УВЧ 11 для питания оконечных усилителей 45 9 (фиг.7) и 30, 31 (фиг.4) соответственно. Такая регулировка позволяет сохранять постоянной общую мощность отдаваемого источником тока УВЧ. Для того, чтобы соблюдались фазовые соотношения между электродами 1, 2, 3 применяется фазирующее устройство 16.

В момент включения питания автогенератор 40 устройства 16 начинает вырабатывать ВЧ- колебания прямоугольной формы с частотой 81, 36 МГц. С выхода автогенератора эти колебания одновременно поступают на входы инвертора 41 и триггера 43 устройства 16. При этом триггер 43 срабатывает по положительному фронту импульсов автогенератора 40 и на выходе 17 устройства 16 формируется сигнал с частотой, в два раза меньшей, т.е. 40, 68 МГц. Триггер 42 работает аналогично, но так как на его вход поступает сигнал, проинвертированный по фазе на 180^o, то после деления частоты в два раза фазовый сдвиг между сигналами на выходах 21 и 17 устройства 16 составит 90^o. Временные диаграммы работы фазирующего устройства 16 представлены на фиг.9, где обозначены: 53 напряжение на входе триггера 43; 54 напряжение на входе триггера 42; 55 напряжение на выходе 17; 56 напряжение на выходе 21. С выхода 17 устройства 16 сигнал частотой 40, 68 мГц поступает на вход 18 генератора УВЧ 11, а с выхода 21 устройства 16 сигнал с частотой 40, 68 мГц и со сдвигом фазы на 90^o поступает на вход 20 усилителя мощности 19.

Как уже отмечалось ранее, максимум амплитуды возбуждения излучателя 3 соответствует наиболее глубокому прогреванию вымени животного. Предложенные соотношения размеров между излучателями определены при экспериментальной отработке устройства и объясняются следующим. Во-первых, изменение соотношения амплитуд возбуждения между излучателями приводит к изменению нагрузок генератора, которое уменьшается с увеличением площади третьего электрода. При заявляемых соотношениях размеров электродов работоспособность генератора сохраняется во всем диапазоне изменений амплитуд возбуждения излучателей. Во-вторых, увеличение площади третьего электрода уменьшает напряженность поля и побочные воздействия ВЧполем вне зоны необходимого воздействия.

Использование предлагаемых способа и устройства позволяет регулировать зону интенсивного воздействия ВЧ- полем на животное в пределах, равных 1-2 расстояния между сосками, и позволяет применять способ и устройство независимо от физиологических особенностей строения вымени животного.

Формула изобретения

1. Способ нагрева тканей животного, включающий воздействие на ткани высокочастотным электромагнитным полем, излучаемым системой электродов, отличающийся тем, что электромагнитное поле возбуждают тремя электродами, два из которых располагают на сосках вымени и возбуждают их противофазно, а третий с противоположной стороны животного и возбуждают его со сдвигом ±90^o по отношению к первым двум электродам, а глубину зоны электромагнитного воздействия регулируют изменением амплитуы возбуждения третьего электрода при постоянстве общей мощности электромагнитного поля, возбуждаемого тремя электродами.

2. Устройство для нагрева тканей животного, содержащее генератор УВЧ и соединенные с разноименными полюсами электроды, отличающееся тем, что дополнительно введены третий электрод, усилитель мощности, регулятор мощности УВЧ, фазирующее устройство, причем один выход регулятора мощности соединен с входом усилителя мощности, а второй с входом генератора УВЧ, вход усилителя мощности соединен с выходом фазирующего устройства, а выход с его третьим электродом.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что площадь третьего электрода не меньше суммарной площади первых двух.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9