Магнитотерапевтический аппарат

 

Mагнитoтерапевтический аппарат относится к области медицины и медицинской техники, в частности к физиотерапевтическим аппаратам. Предназначен для ускорения регресса воспалительных процессов и лечения других заболеваний, например опорно-двигательного аппарата, онкологических, травм и др. Техническим результатом является упрощение конструкции магнитотерапевтического аппарата. Аппарат содержит магнитный индуктор с токонесущими рамками, формирующими вращающееся магнитное поле и корректирующими постоянную составляющую магнитного поля. Преобразователь и источник тока объединены в единый блок. К входам источника и преобразователя тока присоединено управляющее устройство, например персональный компьютер, ко входу которого подключен измеритель магнитной индукции с датчиком магнитного поля в индукторе. Аппарат содержит также ложе для пациента. Магнитный индуктор аппарата содержит нетоконесущие элементы из диэлектрика, а токонесущие - из металла с магнитной проницаемостью, равной единице. Токонесущие элементы выполнены в виде m > 2 модулей, состоящих каждый из пары идентичных равноудаленных от продольной оси симметрии модуля рамок, имеющих не менее одного разрыва проводника, присоединенного гальванически к преобразователю тока. Размеры модуля связаны с размерами и положением ложа для пациента выражениями L/H = 1 + 2^1/2 A/H и D/A < 1, где L - длина модуля, А -ширина рамки и расстояние между рамками, Н - длина ложа для пациента, D - ширина ложа для пациента. В одном из вариантов конструкции индуктора с m = 2 ложе для пациента выполнено подвижным в направлении, перпендикулярном оси индуктора. В другом варианте индуктора содержатся дополнительные модули и дополнительный источник постоянного тока, причем рамки дополнительных модулей подключены к выходам дополнительного источника тока, выполненного с возможностью независимой регулировки постоянной составляющей. Рамки модулей индуктора могут иметь прямоугольную форму. При m = 3 поперечные проводники рамок могут быть выполнены дугообразными. Рамки индуктора могут быть выполнены в виде однослойных многовитковых обмоток. 6 з.п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, физиотерапевтическим устройствам и предназначено для ускорения регресса воспалительных процессов, лечения других заболеваний, например опорно-двигательного аппарата, онкологических, травм и др.

Известен магнитотерапевтический аппарат по авторскому свидетельству СССР N 826587, кл. A 61 N 2/00, 1982, который создает вращающееся магнитное поле (МП) с вектором магнитной индукции, лежащим в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрического индуктора. Использование аппарата по а. с. 826587 ("Магнитотурботрон") позволило получить положительные результаты при лечении рака молочной железы. Однако это устройство имеет ряд существенных недостатков. Вращение МП поля в нем осуществляется скачкообразно так, что вектор магнитной индукции имеет 6 фиксированных положений вместо того, чтобы совершать равномерное вращение. Кроме того, пререключение тока в обмотках индуктора, обеспечивающее вращение МП, производится при помощи механического привода с двумя системами трущихся контактов. Такой привод дорог, громоздок, связан с большим энергопотреблением и невысокой надежностью, жестко привязан к магнитному индуктору. Изменение частоты вращения не предусмотрено, что исключает возможность оптимизации лечебного режима по этому важнейшему параметру. Отсутствуют также данные об однородности МП в индукторе.

Известна магнитотерапевтическая установка по патенту РФ N 2033205, кл. A 61 N 2/02, в которой с целью "снижения массы индуктора и повышения однородности магнитного поля в рабочем объеме" используются диэлектрический каркас, на котором размещена трехфазная двухполюсная обмотка, магнитный экран в виде трех соосных цилиндров, расположенных последовательно по длине индуктора и имеющих толщину, определяемую по эмпирической формуле, и ферромагнитный кожух. Недостатками этой установки являются высокая стоимость установки, хотя и уменьшенная, но все еще достаточно большая масса, отсутствие возможности работы в частотном диапазоне ниже 50 Гц (в этом диапазоне находятся "окна" биологической активности, включающие частоты электрокардиограммы и энцефалограммы, [1] ), психологический дискомфорт (на протяжении лечебного сеанса пациент находится практически в замкнутом пространстве, т.к. диаметр каркаса много меньше его длины), необходимость большого свободного пространства перед установкой (не меньше 2-х м) для выдвигания из индуктора стола с ложем для пациента.

Подобные же недостатки свойственны и магнитотерапевтической установке по патенту РФ N 2034579, кл. A 61 N 2/00, 1992. По-видимому, она является еще более узкополосной, чем предыдущая, поскольку на входе обмоток индуктора предусмотрены конденсаторы, образующие совместно с ними систему резонансных контуров.

Известно также устройство для воздействия вращающимся МП на биологические объекты по патенту РФ N 2039578, кл. A 61 N 2/00, 1991, принятое за прототип, в котором "для получения равномерного магнитного поля индуктор выполнен в виде n одновитковых короткозамкнутых рамок-излучателей, объединенных электрически и механически в правильную n-угольную призму, охватывающую биологический объект, причем рамки излучателя являются одновременно вторичными обмотками трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к источнику тока через фазорасщепитель таким образом, что соседние рамки запитаны током со сдвигом фаз, равным 360^oC/n градусов". В формуле изобретения патента 2039578 сказано: "каждую рамку запитывают током со сдвигом фазы на 360^oC/n (^oC - явно ошибочно), где n - число рамок". В соответствии с этим патентом требуется вдвое большее количество усилителей (с устройством сдвига фазы) для управления n рамками, чем в предложенном аппарате.

В описании патента 2039578 также говорится, что "для повышения равномерности магнитного поля в устройстве предусмотрено размещение дополнительных трансформаторов на противоположных сторонах рамок, первичные обмотки которых соединены с первичными обмотками основных трансформаторов". Авторы патента предлагают сложную систему трансформаторов с ферритовыми сердечниками, нагружаемыми короткозамкнутыми витками, являющимися, в свою очередь, токовыми рамками для формирования пространственно-однородного МП в рабочем объеме. Однако конкретные значения ожидаемой однородности поля в магнитном индукторе в описании патента не приводятся.

Следует отметить, что использование короткозамкнутых рамок принципиально невозможно без применения трансформаторов, вторичными обмотками которых и являются упомянутые рамки. Между тем известно (см., например, [2]), что отношение величин магнитной индукции B к амплитуде тока I в обмотках (рамках) является в системах, использующих ферромагнитные материалы сложной нелинейной функцией тока и частоты ω B/I = f(I,ω) (1) Таким системам свойственны появление высших гармонических составляющих тока и гистерезисных явлений. Все это усложняет систему управления аппаратом. При отсутствии ферромагнетиков f(I,ω) = const, (2) т.е. B пропорциональна I при любой частоте, а высшие гармонические и гистерезисные явления отсутствуют. Но во всех 4-х рассмотренных изобретениях (включая прототип) используются те или иные ферромагнитные детали, что, как следует из сказанного выше, является общим недостатком этих изобретений.

Недостатком этих изобретений (включая прототип) является также отсутствие возможности создания в рабочем объеме индуктора одновременно с переменным (вращающимся) и постоянного магнитного поля.

Техническим результатом изобретения является снижение веса, упрощение и удешевление изготовления и эксплуатации аппарата, повышение компактности его размещения, создание условий большего психологического комфорта для пациента на протяжении лечебного сеанса и удобства контакта с пациентом, создание возможности одновременного общего воздействия магнитным полем и локального воздействия, например, излучением лазера или генератора КВЧ. Изобретение обеспечивает также возможность создания и регулирования постоянного МП в индукторе с вращающимся МП и повышение однородности поля в рабочем объеме.

Технический результат достигается тем, что магнитотерапевтический аппарат, содержит источник тока, преобразователь тока, ложе для пациента и магнитный индуктор, выполненный в виде токопроводящих рамок, ограничивающих рабочий объем, и подключенный к соответствующим выходам преобразователя тока для формирования вращающегося магнитного поля. Аппарат содержит также управляющее устройство, измеритель магнитного поля с датчиком магнитного поля и индуктор, включающий опорные, крепежные и изолирующие элементы из диэлектрических материалов. Токопроводящие рамки индуктора выполнены из металла с магнитной проницаемостью, равной единице, причем пары рамок, расположенных симметрично относительно продольной оси индуктора, объединены электрически в модули. Выход измерителя магнитного поля подключен ко входу управляющего устройства, а его выходы подсоединены ко входам преобразователя тока и источника тока, выход последнего из которых соединен со входом преобразователя тока. Согласно изобретению количество m размещенных вокруг общей оси симметрии модулей в индукторе - не менее двух, а размеры и положение ложа для пациента связаны с размерами модуля выражениями L/H = 1 + 2^1/2A/H и D/A < 1, где L - длина модуля, A - ширина рамки и расстояние между рамками, H - длина ложа для пациента, D - ширина ложа для пациента.

Существенным признаком изобретения в двухмодульном варианте индуктора при m = 2 является выполнение ложа для пациента подвижным в направлении, перпендикулярном продольной оси индуктора. Согласно изобретению индуктор включает в себя дополнительные модули, а источник тока содержит дополнительный источник постоянного тока, к выходам которого подключены рамки дополнительных модулей. Существенными признаками являются также выполнение источника тока, обеспечивающего возможность независимой регулировки постоянной составляющей, и прямоугольная форма рамок модулей, представляющих собой однослойные многовитковые обмотки. При m ≥ 3 поперечные стороны рамок имеют дугообразную форму.

Еще одним существенным признаком изобретения является наличие управляющего устройства, позволяющего одновременно изменять знак сдвига фазы токов на входах модулей. Изменение знака с плюса на минус или наоборот вызывает изменение направления вращения вектора магнитной индукции. Так, если, например, при некотором сдвиге фазы токов (условно со знаком плюс) вращение этого вектора происходит по часовой стрелке, то при смене знака на минус вращение будет происходить против часовой стрелки.

Известно [2] , что магнитное поле, вектор магнитной индукции которого равномерно вращается, не изменяясь по величине, называется круговым. Амплитудное значение тока при этом также неизменно. При неравенстве токов в модулях вместо кругового создается вращающееся эллиптическое поле, результирующий вектор индукции которого описывает эллипс и имеет переменную угловую скорость. Введение в схему управления аппарата элемента раздельной регулировки токов в модулях также является существенным признаком изобретения.

Известно, что в любой точке земной поверхности существует постоянное МП, величина магнитной индукции которого зависит от географических координат точки. Вблизи районов магнитной аномалии величина В может принимать особенно большие значения. Помимо геомагнитной составляющей вблизи промышленных предприятий, скопления значительных количеств ферромагнитных материалов, внутри зданий из железобетона и т.п. может существовать техногенная составляющая МП. Складываясь, все эти составляющие образуют фоновое МП, которое может существенным образом влиять на эффективность магнитной терапии и быть причиной неоднозначности результатов ее использования на аппаратах, расположенных в различных местах [1].

Новым направлением работ по применению МП являются исследования метаболизма клеток в условиях ионного циклотронного резонанса (см., например, [1, 4] ). Предполагаемым результатом этих исследований является разработка лечебных методик, основанных на эффекте ионного циклотронного резонанса.

Наличие в составе аппарата дополнительных источников постоянного тока и дополнительных модулей индуктора является существенным признаком и создает возможность регулирования величины и направления вектора постоянного МП. Возможным вариантом достижения этой же цели является подача в основные модули переменного тока с независимо регулируемой постоянной составляющей, используя известные технические средства, например, фильтры низких и высоких частот [3] . Аппарат по изобретению, создающий регулируемое постоянное МП в рабочем объеме индуктора, позволяет, в частности, осуществлять компенсацию фонового поля независимо от его происхождения, обеспечивая повышение повторяемости результатов магнитной терапии, а также создает возможность проведения исследований ионного циклотронного резонанса в биологии и медицине.

На фиг. 1 представлена блок-схема магнитотерапевтического аппарата; на фиг. 2 - схематическое изображение модуля; то же, но с дополнительными рамками - на фиг. 3. Фиг.4 - схематическое изображение двухмодульного варианта индуктора, а на фиг.3 -разрез двухмодульного индуктора, выполненного в виде фермы из диэлектрических труб. Фиг.6 - виды сверху на 2 варианта индуктора. На фиг.7 - схематическое изображение двухмодульного индуктора с пациентом, а на фиг. 8 - схематическое изображение магнитного индуктора с m = 2 и добавочным модулем для изменения величины осевой составляющей постоянного МП. На фиг. 9 - схема компоновки модулей трехмодульного индуктора.

Аппарат содержит источник постоянного тока 1 и преобразователь тока 2, объединенные в единый блок 3. Выходные кабели этого блока подключены к магнитному индуктору 4. Датчик 5 магнитного поля подсоединен к измерителю 6 магнитного поля; измеритель 6 подключен к управляющему устройству 7. Последнее присоединено к блоку источников тока 3.

На фиг. 2 представлен модуль, состоящий из двух вытянутых вдоль его оси прямоугольных рамок 8 и 9, каждая из которых имеет разрыв 10 и 11 для подключения к источнику тока; ось модуля - 12. Ширина рамки A равна расстоянию между рамками, длина которых L больше ширины A. Маленькие стрелки указывают направление токов в рамках, а большая - направление вектора магнитной индукции поля, возникающего при протекании токов. Представлен также вид модуля вдоль оси справа.

На фиг. 3 - вариант модуля, в состав которого наряду с основными рамками 8 и 9 входят дополнительные рамки 13 и 14. В основных рамках протекает переменный ток I = I₀·cos ωt , а в дополнительных - постоянный ток I = I_п. На фиг.3 представлен также вид модуля вдоль оси справа.

На фиг. 4 схематически изображен двухмодульный m = 2 вариант индуктора. Один из модулей 15 содержит горизонтально расположенные рамки, а другой 16 - рамки, находящиеся к ним под углом π /2. Стрелки указывают направления векторов магнитной индукции полей, создаваемых каждым из модулей (B₁₅ и B₁₆). На фиг. 4 представлен также вид вдоль оси справа, на котором указаны токи в рамках двух модулей.

Конструктивно двухмодульный магнитный индуктор по изобретению может быть выполнен в виде фермы из 2m продольных и 4m поперечных диэлектрических труб, в которые уложены токонесущие рамки (обмотки) индуктора. Продольные трубы в этом варианте конструкции размещаются параллельно оси индуктора на равных расстояниях от нее. Для размещения поперечных участков рамок может быть использован единый диэлектрический фланец.

Выполнение двухмодульного индуктора в виде фермы из диэлектрических труб позволяет лежащего параллельно оси индуктора пациента перемещать в рабочий объем 17 (на фиг.5) не вдоль оси индуктора, как это делается обычно, а перпендикулярно этой оси. На фиг.5 стрелкой показано направление перемещения пациента, которое может осуществляться, например, перемещением ложа 18 относительно неподвижного стола 19. При использовании подвижного стола величина его перемещения "сбоку" значительно меньше, чем при продольном перемещении. Для того, чтобы перемещение пациента в направлении, перпендикулярном оси индуктора, было возможно, необходимо сделать расстояние X между соседними диэлектрическими трубами 20 достаточно большим, не меньше, например 40 см. На фиг. 5 - разрез индуктора, видны диэлектрический ( в качестве примера - квадратный) фланец 21 и основание 22 для его установки.

На фиг. 6 схематически представлены виды сверху на индуктор с выдвинутым ложем пациента: вид на принятое на практике и единственно возможное при иных конструкциях индуктора его взаимное с ложем пациента расположение 23 и вид на предложенный вариант конструкции индуктора 24. Фиг. 6 свидетельствует о большей компактности последней.

Фиг. 7 дает в качестве примера схематическое изображение двухмодульного магнитного индуктора по изобретению с пациентом 25 в рабочем объеме 17 индуктора. Индуктор образован горизонтальными 15 и вертикальными 16 модулями. Пациент 25 размещен на ложе 18, которое может перемещаться относительно стола 19. На фиг. 8 - схематически индуктор 26, изображенный на фиг.7, снабженный дополнительным модулем 27 для регулировки величины продольной составляющей постоянного МП.

На фиг.9 представлена схема компоновки модулей трехмодульного индуктора. В верхней части фиг.9 - модули с плоскими токонесущими рамками, лобовые части 28 которых частично перекрывают торцевое отверстие индуктора, а в нижней части фиг. 9 - вариант, свободный от этого недостатка. Как видно из рисунка, рамки модулей имеют поперечные проводники в виде дуг, плотно лежащих на цилиндрической поверхности, а продольные проводники остались прямолинейными. Изображен вариант, в котором стороны обмоток лежат частично в два слоя 29, и каждая обмотка одной стороной лежит в верхнем, а другой стороной - в нижнем слое. Преимуществом последнего варианта является одинаковость размеров и формы всех обмоток, снижение неоднородности поля в индукторе вблизи токонесущих проводников и увеличение отношения его внутреннего диаметра к наружному, т.е. уменьшение толщины стенок индуктора.

Магнитотерапевтический аппарат работает следующим образом. Перед началом лечебного сеанса при помощи управляющего устройства 4 (фиг. 1), которым может являться персональный компьютер, устанавливают программу режимов, которые должны выполняться на протяжении лечебного сеанса. Программа режимов может предусматривать автоматическое изменение параметров режима в заданные моменты времени таким образом, что на протяжении одного сеанса может осуществляться последовательное воздействие МП в нескольких отличающихся друг от друга режимах. Под режимом понимается совокупность следующих параметров: частота вращения МП, например, любая до 160 Гц, амплитуда магнитной индукции, параметры (частота, глубина модуляции, форма модулирующего сигнала и т. п. ) и вид (амплитудная, частотная) модуляции, направление вращения вектора МП, круговая или эллиптическая поляризация, продолжительность воздействия в каждом режиме, продолжительность сеанса, а при работе с применением постоянного МП - величина и направление вектора магнитной индукции, продолжительность действия МП.

Ложе 18 пациента перемещают, например, в случае двухмодульного индуктора в крайне правое (фиг. 5) положение, укладывают пациента на ложе и перемещают его в перпендикулярном оси индуктора направлении в рабочий объем последнего 17; по окончании лечебного сеанса возвращают в крайне правое положение. В случае m ≥ 3 ложе пациента перемещается обычным образом - вдоль оси индуктора.

При включении аппарата подается питание от источника 1 (фиг. 1), и выработанный управляющим устройством 7 сигнал поступает в преобразователь тока 2, к m выходным усилителям которого подсоединены m модулей индуктора 4. Ток с выходов усилителей поступает в рамки (обмотки) каждого модуля с соответствующим сдвигом фазы относительно предыдущего (см., например, [5]). Обратная связь индуктора 4 с управляющим устройством 7 осуществляется через датчик 5 и измеритель 6 магнитного поля. В случае работы с компенсацией фонового поля или проведения исследований, требующих комбинированного МП, одновременно от источника постоянного тока подается ток в дополнительные обмотки или создается постоянная составляющая в основных обмотках.

1. Biological Effects of Electric and Magnetic Fields. Ed. by D.O. Carpenter and S.Ayrapetyan. Academic Press, Inc. A Division of Harcourt Brace and Company, 525 В Str., Suite 1900, San Diego, California 92101-4495. ISBN 0-12-160261-3 (v.l), ISBN 0-12-160262-1 (v.2). QP82.2.E43B5495, 1994.

2. Вольдек А.И. Электрические машины.Л.: Энергия, 1978, 830 с.

3. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства (справочник), M.: Радио и связь, 1984, 400 с.

4. Калинин А. В., Анисимов А.И., Савельев В.И., Соколов Г.В Остеорепарация у экспериментальных животных при воздействии на поврежденную кость циклотронным электромагнитным полем.//Тезисы докладов на 1-м международном конгрессе "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине, Спб, 16-19.06.97. С.71.

5. Шило В.Л. Цифровые микросхемы. М.: Радио и связь, 1987. 400 с.

Формула изобретения

1. Магнитотерапевтический аппарат, содержащий источник тока, преобразователь тока, ложе для пациента, индуктор магнитного поля, выполненный в виде токопроводящих рамок, ограничивающих рабочий объем, и подключенный к соответствующим выходам преобразователя тока для формирования вращающегося поля, отличающийся тем, что в него введены управляющее устройство и измеритель магнитного поля с датчиком магнитного поля, индуктор включает опорные, крепежные и изолирующие элементы из диэлектрических материалов, а токопроводящие рамки выполнены из металла с магнитной проницаемостью, равной единице, при этом пары рамок, расположенных симметрично продольной оси индуктора, объединены электрически в модули, вход управляющего устройства подключен к выходу измерителя магнитного поля, а выходы - к входам преобразователя тока и источника тока, выход последнего из которых соединен с входом преобразователя тока, количество модулей m не менее двух, а размеры и положение ложа для пациента связаны с размерами модуля выражениями L/H = 1 + 2^1/2 · A/H, D/A < 1, где L - длина модуля; A - ширина рамки и расстояние между рамками;
H - длина ложа для пациента;
D - ширина ложа для пациента.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что при m = 2 ложе для пациента выполнено подвижным в направлении, перпендикулярном продольной оси индуктора.

3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что индуктор включает дополнительные модули, а источник тока - дополнительный источник постоянного тока, к выходам которого подключены рамки дополнительных модулей.

4. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что источник тока выполнен с возможностью независимой регулировки постоянной составляющей.

5. Аппарат по пп.1 - 4, отличающийся тем, что рамки имеют прямоугольную форму.

6. Аппарат по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что при m = 3 поперечные стороны рамок имеют дугообразную форму.

7. Аппарат по пп.1 - 6, отличающийся тем, что рамки индуктора представляют собой однослойные многовитковые обмотки.

РИСУНКИ

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