Способ оптимизации вегетативных функций организма человека и устройство для его осуществления
Группа изобретений относится к медицине и предназначена для оптимизации вегетативных функций организма человека. Воздействуют электромагнитным излучением (ЭМИ) сантиметрового диапазона на биологически активные зоны человеческого тела на длине волны, эквивалентной по линейным размерам каждой из зон воздействия. Воздействие осуществляют с постоянной плотностью потока энергии в течение всего сеанса с амплитудной модуляцией сигнала квазислучайно меняющимся в диапазоне 20 Гц-50 кГц и с круговой поляризацией излучения. Устройство для реализации способа содержит последовательно соединенные генератор сверхвысоких частот, модулятор в виде импульсного генератора псевдослучайных сигналов, излучающую антенну в виде плоской синфазной антенной решетки, и соединенный с каждым из этих блоков блок управления. Антенна выполнена с круговой поляризацией, излучает в сантиметровом диапазоне и снабжена по плоскости диэлектрической прокладкой фиксированной толщины из прозрачного для рабочего диапазона частот материала. Способ и устройство обеспечивают стандартизацию в выборе длины ЭМИ сантиметрового диапазона при воздействии на биологически активные зоны, стабилизацию взаимного расположения аппарата и облучаемой поверхности, а также исключение возможности облучения вне зоны воздействия. 2 н. и 3 з.п.ф-лы, 7 ил.
Область техники
Изобретение относится преимущественно к области биологии, физиологии человека и животных, а также к области медицины, а именно к методам оптимизации функционального состояния человека за счет нелекарственного неинвазивного воздействия на его тело потоком неионизирующего электромагнитного излучения
Предшествующий уровень техники
К настоящему времени использование электромагнитной энергии в медицине имеет уже более чем вековую историю. О том, как формировалась эта история, подробно рассказали в своих публикациях S.Licht (1965 г.), С.Susskind (1979 г.) и A.W.Guy (1984 г.) [S.Licht, Ed. "History of therapeutic heat," in Therapeutic Heat and Cold. New Haven, CT: Licht, 1965, p. 196-231; С.Susskind "The 'story' of nonionizing radiation research," Bull. N.Y.Acad. Med., vol.55, no.11, p. 1152-1163, 1979 г.; A.W.Guy "History of biological effects and medical applications of mickrowave energy" IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-32, no. 9, p. 1182-1200, September 1984 г.]. По свидетельству этих авторов, вплоть до последней четверти прошлого столетия практически единственным притягательным для медиков поводом к применению в лечебной практике электромагнитных полей и волн во всем доступном для этого диапазоне частот был эффект объемного нагревания живых тканей, расположенных в глубине тела.
Изначально посредством локального перегрева глубинных тканей предполагалось убивать раковые клетки in situ из расчета на то, что раковые клетки менее устойчивы к повышению их температуры в сравнении с клетками здоровых тканей теплокровных животных и человека. Поэтому при разработке первых образцов СВЧ-техники, предназначенной для медицины, предусматривалась такая мощность их излучения, при которой тепловыделение в облучаемых тканях заведомо преобладало бы над теплоотводом в них за счет тканевого кровотока. Эта тенденция сохранилась и в дальнейшем, когда акцент в использовании эффекта объемного тепловыделения при поглощении ЭМИ сместился с прямого температурного эффекта в сторону других физиологических реакций организма, возникающих в ответ на искусственный локальный перегрев его тканей.
Основные знания об этих реакциях были получены в результате обширных зарубежных и отечественных исследований, нацеленных на выработку гигиенических требований к условиям безопасности при работе с источниками и приемниками СВЧ-излучения. При этом было установлено, что искусственное повышение температуры в ограниченном объеме живых тканей можно использовать в качестве лечебного приема, позволяющего добиться эффекта защитных реакций организма по типу тех, какими сопровождаются локальные воспалительные процессы.
У теплокровных существ температура внутренней среды является одним из жестко контролируемых параметров гомеостазиса, поэтому локальное повышение температуры тканей «распознается» их организмом как болезнетворный очаг и служит для него поводом к введению в действие комплекса реакций для недопущения распространения болезнетворных начал за пределы этого очага.
Использование СВЧ-энергии в качестве инструмента для локального перегрева внутренних тканей в интересах стимуляции защитных реакций организма практикуется уже более полувека, несмотря на довольно слабую управляемость искомого эффекта. Дело в том, что совокупность общих защитных реакций организма, сопровождающих локальное воспаление, в значительной степени зависит от того, как ярко выражено это воспаление, где именно оно локализуется и какими резервами иммунитета располагает организм на момент развития воспалительного процесса. Помимо этого, не контролируются в должной мере и физические условия имитации воспаления, то есть условия взаимодействия потока ЭМИ, исходящего от медицинских источников, с телом пациента, количественные характеристики степени перегрева и перегретого объема вещества. Последние обстоятельства обусловлены тем, что электродинамические, геометрические и прочие условия распространения ЭМИ и поглощения его энергии веществом человеческого тела до сих пор изучены лишь в самых общих чертах.
Значительный шаг вперед в технике использования гипертермии сделан несколько лет назад изобретателями устройства, позволяющего довольно точно фокусировать электромагнитное излучение в заданном объеме пространства, локализованного внутри человеческого тела [Патент US №6208903]. Для этого используется не одна, а несколько объединенных в единую систему антенн, амплитуда и фаза излучения каждой из которых подбирается с помощью компьютерной программы таким образом, чтобы результат суперпозиции излучаемых ими волн имел оптимальные параметры в области залегания внутри тела соответствующей ткани-мишени. Одновременно во всем пространстве, окружающем фокальный объем, уровень мощности излучения активно снижается тем же техническим приемом. При этом для согласования волнового сопротивления пространства, отделяющего плоскость системы излучающих антенн от поверхностных тканей человеческого тела, это пространство заполняется многослойной диэлектрической прокладкой, имеющей в целом те же пассивные электродинамические параметры, что и кожа в совокупности с подкожной жировой прослойкой. Все эти технические приемы организации воздействия ЭМИ на живые ткани принципиально отличают предложенный способ создания фокусированного термического эффекта в глубине человеческого тела от традиционного способа микроволнового нагревания внутренних тканей посредством облучения участка кожной поверхности излучением от рупорной или иной направленной антенны через воздух.
Перегрев тканей, находящихся в фокальном объеме, организуется за счет поглощения ими электромагнитного излучения частотой порядка 2,45 ГГц, которое используется в медицинских интересах для локального термического воздействия на живые ткани с конца 40-х годов прошлого столетия. В частности, эта частота использовалась в широко известных аппаратах американской фирмы Raytheon Company и в советских аппаратах типа «Луч». Уникальной особенностью ЭМИ данной частоты является то, что оно резонансно поглощается молекулами воды, благодаря чему искомый эффект объемного тепловыделения в богатых водой средах, каковыми являются биологические ткани, имеет максимальную величину. При этом какой-либо иной феномен, кроме тепловыделения, практически исключен, поскольку вся поглощенная энергия излучения независимо от величины ее потока преобразуется в стохастические колебательные движения молекул воды.
Иной подход к использованию ЭМИ для лечебного воздействия на человека базируется на использовании таких потоков энергии, которые или вовсе не обеспечивают локального перегрева тканей, или их нагрев существенно менее того, который создается в расчете на деструкцию клеточных элементов в очаге перегрева или в расчете на стимуляцию неспецифических защитных сил организма. Подобные воздействия описываются как «нетепловые» и наряду с этим именуются воздействиями «информационными», «информационно-волновыми» либо «резонансными» в зависимости от произвола авторов по отношению к выбору терминологии.
Освоение способов лечения посредством воздействия на человека ЭМИ нетепловой интенсивности началось примерно в середине 80-х годов прошлого столетия в СССР под общим идейным руководством академика Н.Д.Девяткова, который почти два десятка лет до этого координировал проведение всех экспериментальных и теоретических работ по теме взаимодействия мм-радиоволн с биологическими объектами. Впервые итоги большого этапа этих работ были доложены на специальной сессии АН СССР [Успехи физических наук, 1973, Т.110, Вып.3, с. 452-469]. Спустя 15 лет в отдельном сборнике нашли отражение результаты клинического этапа работ [Миллиметровые волны в медицине и биологии. М. 1989, Н.Д.Девятков (ред.), 307 с.].
Стержневая идея применения в медицине миллиметровых ЭМИ нетепловой интенсивности состояла в том, что они якобы могут напрямую, то есть без преобразования в теплоту, принимать участие в регуляторных процессах живых биологических тканей, органов, физиологических систем и целостных организмов, выполняя при этом некую информационную функцию.
В существенной части эта идея была впервые высказана А.С.Пресманом еще в конце 60-х годов в качестве гипотетического механизма, лежащего в основе наблюдаемых изменений типичного видового поведения животных после воздействия на них СВЧ-излучения столь малой интенсивности, при которой никаких физически обнаружимых следов его поглощения живыми тканями не констатировалось [А.С.Пресман. Электромагнитные поля и живая природа. М.: Наука, 1968. 285 с.).
Однако в отличие от Пресмана, который подчеркивал, что термин «информационное действие», введенный им в употребление как синоним «нетеплового действия», никоим образом не следует трактовать в смысле какой-либо специфичности взаимодействия сверхслабых ЭМИ с живыми объектами, энтузиасты медицинского применения таких излучений, напротив, предлагали считать нетепловое воздействие строго специфическим. При этом специфичность понималась в контексте сигнальности, присущей внешнему фактору (то есть потоку излучения) как носителю особого структурного признака.
Типичным примером такой трактовки биофизической сущности взаимодействия миллиметрового ЭМИ с живыми тканями служит патент RU 2212911. Все внимание авторов предлагаемого в этом патенте «способа рефлексотерапии» сосредоточено на параметрических особенностях применяемого ими ЭМИ миллиметрового диапазона. При этом авторы руководствуются предположением, что именно параметрами ЭМИ может быть обеспечен любой наперед заданный лечебный эффект вплоть до детального регулирования «ферментообразования в желудке». Для обеспечения широкой вариативности параметров воздействующего фактора, помимо дискретной перестройки частоты в огромном для миллиметрового диапазона интервале (40-70 ГГц) и вариаций плотности потока энергии в пределах, как минимум, трех порядков величины
(от 10 мкВт·см-2 до 5 мВт·см-2), авторами данного патента предусматривается многоступенчатая амплитудная модуляция излучения и даже его круговая поляризация с ручной установкой направления вращения поля. Любая конкретная реализация изменения амплитуды излучаемых радиоволн задается, как минимум, пятью параметрами одновременно. Так, например, собственно гармонические колебания любой частоты из указанного выше диапазона заполняют собою трапециевидные импульсы переменной длительности и амплитуды. При этом амплитуда импульсов меняется от нуля до некоего максимума, который определяется произвольно выбранной величиной плотности потока энергии, а длительность трапециевидных импульсов и промежутки между ними однозначно задаются специальным параметром и величиной «Т мод» одновременно. Последнее реализуется за счет того, что «Т мод» имеет размерность времени, а специальный параметр - безразмерная величина, определяющая число равных между собой микроинтервалов времени, на которые делится «Т мод». При этом каждый такой микроинтервал в свою очередь квазислучайным образом распределяется между длительностью трапециевидного импульса и длительностью последующей паузы, в течение которой амплитуда излучения равна нулю. Амплитуда трапециевидных импульсов изменяется на промежутке времени «Т мод» от нуля до какого-то максимума и убывает от максимума до нуля по экспоненциальному закону, благодаря чему огибающая образовавшегося таким образом паттерна напоминает треугольник положительной полярности с основанием, лежащим на оси абсцисс. Показатели экспоненты переднего и заднего фронтов образовавшегося паттерна трапециевидных импульсов тоже являются переменными величинами и определяются исходя из произвольно задаваемого соотношения длительности восходящей и нисходящей частей паттерна. Таким образом, для творчества в области конструирования различных оттенков структуры потока энергии, якобы несущего в себе специфическое информационное начало, способное нормализовать состояние тех или иных тканей, органов или систем человеческого тела, возможности открывались практически безграничные, даже без учета произвольного выбора между левым и правым направлением вращения поля. Однако осмысленно реализовать эти возможности никогда и никому не удавалось по той причине, что каких-либо внятных разъяснений в отношении критериев, которыми следует пользоваться при выборе конкретных комбинаций параметров излучения для конкретной ситуации, патент не содержат. Их место обычно занимают умозрительные рассуждения общего характера, типа замечания об единстве экспоненциальных закономерностей для естественных процессов, о «биотропности» (стр.2, RU 2212911) лево и право поляризованного по кругу излучения (якобы обеспеченной избирательностью усвоения живыми организмами оптических изомеров аминокислот и сахаров), об «основных биоритмах организма, присущих органу с патологией» (стр.5, RU 2212911) и т.п. В частности, как раз, «пропорционально частотам основных биоритмов организма, присущих органу с патологией», как если бы речь шла о хорошо известных и общепринятых табличных данных, предлагают выбирать величину «Т мод» авторы патента RU 2212911. Характерной методологической чертой проектов такого типа является полное пренебрежение топологическими аспектами организации воздействия, то есть в них практически никак не обсуждаются вопросы естественной зависимости содержания реакции организма от того, на какой участок тела направлено воздействующее излучение. Подразумевается, что искомый лечебный эффект подобно нагреванию внутренних тканей априори определяется преимущественно параметрами воздействующего излучения. Так, например, умалчивая о том, каким именно образом удается организовать воздействие ЭМИ миллиметрового диапазона «на желудочный тракт» при условии, что в богатые водой среды это излучение проникает на глубину менее 1 мм, авторы патента RU 2212911 уверены в том, что «воздействуя правовращающимся... ЭМВ КВЧ на желудочный тракт, стимулируем выработку фермента пепсина», а при «левостороннем вращении полей - выработка пепсина замедляется» (цит. по стр.5).
Другой вариант толкования «информационного» воздействия на живые объекты посредством ЭМИ нетепловой интенсивности базируется на представлениях о наличии острорезонансной зависимости между его частотой и итоговым содержанием отклика живых объектов, как если бы излучение определенной частоты «имитировало» собою некие «сигналы внутренней связи и управления (информационные сигналы) организма» [Девятков Н.Д., Голант М.Б. О механизме воздействия электромагнитных излучений миллиметрового диапазона нетепловой интенсивности на жизнедеятельность организмов.//Эффекты нетеплового воздействия миллиметрового излучения на биологические объекты./ Под ред. Н.Д.Девяткова. - Москва, 1983. - С.18-33].
В качестве лечебного фактора предлагалось при этом использовать не любые ЭМИ радиочастотного диапазона, по отношению к которым было бы справедливо применить термин «информационное воздействие» по Пресману, а только миллиметровые радиоволны.[ Девятков Н.Д., Голант М.Б. О механизме воздействия электромагнитных излучений миллиметрового диапазона нетепловой интенсивности на жизнедеятельность организмов. /Эффекты нетеплового воздействия миллиметрового излучения на биологические объекты. / Под ред. Н.Д.Девяткова. Москва, 1983, с.18-33]. Их выделяли для воздействия на биообъекты как особую часть спектра, практически отсутствующую в космическом излучении, достигающем земной поверхности, но совпадающую по частоте с собственной частотой вращательных движений молекул воды, которыми богаты биологические ткани. Миллиметровые излучения определенных частот (например, 42,254 ГГц, а также 53,604 ГГц) были объявлены универсальными или «общими для всего живого» носителями «внутренних сигналов связи», на основании чего были созданы источники лечебного излучения, работающие именно на таких «универсальных» частотах (например, «Явь», «Электроника КВЧ»).
На самом же деле близкие к резонансным отклики на воздействие мм-излучения нетепловой интенсивности можно достаточно уверенно наблюдать лишь на простейших моделях биологического происхождения (например, на молекулах гемоглобина), да и то только в том случае, если эти модели предварительно хорошо обезвожены. [Н.П.Диденко, В.И.Зеленцов, М.В.Фалькович, Н.П.Федоров. Зависимость резонансного отклика молекул гемоглобина от уровня мощности миллиметрового излучения. // Миллиметровые волны в медицине и биологии. / Под ред. академика Н.Д.Девяткова. Москва, 1989, с.227-235]. В живых тканях миллиметровое радиоизлучение инициирует не конкретные события, априори предопределенные поглощением энергии излучения (на манер квантов света в фоторецепторах глаза), но всегда сопровождается модификацией динамики целого комплекса тех или иных сопряженных процессов жизнедеятельности. Об этом свидетельствуют наблюдаемые параллельно изменения биоэлектрических, метаболических и биомеханических показателей состояния модельных биообъектов [Г.М.Черняков, В.Л.Корочкин, А.П.Бабенко, Е.В.Бигдай. Реакции биосистем разной сложности на воздействие КВЧ-излучения низкой интенсивности // Миллиметровые волны в медицине и биологии. / Под ред. академика Н.Д.Девяткова. - Москва, 1989. - С.140-167].
По результатам клинической практики успешность лечебного воздействия на тело человека мм-излучением нетепловой интенсивности базируется не столько на частоте излучения, сколько на методических деталях применения этого воздействующего фактора. Доминирующими среди них являются: выбор точки (или системы точек) приложения воздействия на теле человека; назначение времени проведения сеансов воздействия (в течение суток) и определение продолжительности воздействия на выбранную точку (последовательности и длительности воздействия на каждую точку, если она не одна). Так, например, посредством одинакового по всем физическим параметрам воздействия мм-излучением на точки, лежащие на средней линии живота чуть ниже конца мечевидного отростка грудины и над верхним краем лобкового сочленения, можно добиться в первом случае ускоренного заживления язвы желудка, а во втором - ликвидации эрозии шейки матки. При этом вероятность успеха в обоих случаях в значительной мере зависит от того, насколько облучаемые участки кожи совпадают по локализации с БАТ, которые рекомендуются для введения игл при лечении соответствующих заболеваний методом иглотерапии.
Из этого следует, что внешне определяемый эффект управления неким выделенным процессом в организме (например, процессом регенерации слизистой оболочки желудка или шейки матки) в действительности предопределяется преимущественно внутренним устройством объекта. В конце прошлого столетия мнение о том, что применение миллиметрового радиоизлучения в лечебных целях в методическом отношении пересекается с принципами традиционной восточной медицины (в частности, чжень-цзю-терапии) стало достаточно распространенным. Правда, механизмы взаимодействия микроволн со структурами БАТ при этом по-прежнему излагается в терминологии резонансных процессов, имеющих якобы место в диапазоне частот, который совпадает с диапазоном частот миллиметровых радиоволн [Zlata Jovanovic-Ignjatic, Dejan Rakovic. "Microwave resonant therapy: Novel opportunities in medical treatment". Acup.& Electro-Therah. Res., The Int J., Vol.24, No.2, p.105-125, 1999].
В практическом отношении проведение параллелей между традиционным способом воздействия на БАТ и применением для этого ЭМИ миллиметрового диапазона в нетепловом режиме является, безусловно, важным шагом вперед в развитии нелекарственных методов лечения. Неоспоримым преимуществом метода, позволяющего влиять на активность БАТ посредством воздействия на них нетепловым потоком ЭМИ, является отсутствие инвазии (то есть внедрения во внутреннюю среду тела, неизбежного при использовании иголок), поскольку риск переноса инфекции при использовании традиционных игл при этом снижается практически до нуля. Однако устойчивая фиксация внимания на гипотетических представлениях о неких резонансных процессах, обеспечивающих информационную сущность взаимодействия миллиметровых ЭМИ с живым веществом (в частности, со структурами БАТ), к сожалению, порождает диаметрально противоположную тенденцию в освоении практическими врачами новых нелекарственных методов лечения. Обусловлено это тем, что за счет акцента на «уникальных» свойствах миллиметрового излучения размывается осмысление того, что содержание лечебных эффектов в значительно большей мере соответствует результату, который ожидается в связи с обращением к той или иной БАТ, нежели предопределяется параметрами излучения. Неизбежным следствием этого является довольно опасная профанация ряда основополагающих принципов, выработанных традиционной медициной в отношении дозирования внешнего возмущения, прилагаемого к тем или иным БАТ. Так, например, в современных рекомендациях к использованию ЭМИ в качестве фактора, воздействующего на БАТ, пока еще отсутствуют представления о том, в каком состоянии («возбужденном» или «седатированном») окажется соответствующая активная точка по завершении сеанса, ограниченного только лишь продолжительностью ее облучения. Между тем, именно на балансе возбуждения и седатирования разных точек строится, как известно, тактика лечебного воздействия в чжень-цзю терапии. Немаловажным является также и то обстоятельство, что, имея, как правило, один аппарат в своем распоряжении, врач может воздействовать на несколько точек только путем перехода от одной точки к другой, причем в той последовательности, которую он сам же и устанавливает.
Еще одним негативным следствием усиленного культивирования гипотетических представлений об уникальности миллиметрового диапазона ЭМИ, как носителя информационного начала во взаимодействии с биообъектами, является отвлечение исследовательской мысли от других диапазонов длин электромагнитных волн. Между тем, это весьма актуально при организации лечебного воздействия не на БАТ, а на более обширные по геометрическим размерам активные зоны человеческого тела (например, на зоны Захарьина-Геда).
С учетом того, что БАТ имеют довольно небольшие линейные размеры (их площадь не превышает нескольких см2), в техническом плане миллиметровый диапазон радиоволн является действительно наиболее адекватным для их облучения. Дело в том, что луч миллиметровых радиоволн может быть сосредоточен на любой БАТ (при отсутствии воздействия на окружающие участки кожи) без каких-либо технических дополнений к открытому участку волновода или рупору, но только за счет выдерживания определенного расстояния от среза излучающей антенны до облучаемого участка кожи. При использовании в качестве воздействующего фактора более длинных радиоволн потребуются дополнительные технические приемы. Известно, например, «устройство для информационно-волновой терапии», описанное в патенте RU 2156626, в котором для подведения к БАТ радиоволн, имеющих достаточно широкий частотный спектр, излучатель предлагается выполнить из диэлектрика «в виде широкополосного фильтра» таким образом, чтобы свободный конец излучающего диэлектрического стержня имел форму конуса. Последнее конструктивное уточнение существенно для того, чтобы привести в геометрическое соответствие площадь сечения луча, падающего на облучаемый участок кожи, и естественные линейные размеры «активных зон» (как именует акупунктурные точки автор данного изобретения). Однако для воздействия на участки кожи площадью несколько десятков см2 при аналогичных электродинамических условиях (когда длина волны соизмерима с линейными размерами облучаемой поверхности) резонно воспользоваться более длинноволновым излучением.
В интересах расширения области лечебного применения метода нетеплового или «информационного» воздействия ЭМИ на человека в 1991 году был предложен способ воздействия потоком сантиметровых радиоволн низкой интенсивности на биологически активные зоны, в частности на зоны Захарьина-Геда. В том же году был получен патент на устройство, в котором реализован способ оптимизации функционального состояния биологического объекта потоком сантиметровых радиоволн низкой интенсивности (патент РФ №1831343 от 17.10.91 г., МПК: A61N 5/02, 5/04; A01G 7/04,7/00, А01С 1/00). Реализованный в этом патенте способ является наиболее близким к способу, предложенному в настоящей заявке.
В указанном патенте частоту ЭМИ предлагается выбирать в зависимости от линейных размеров конкретной зоны, предназначенной для воздействия ЭМИ, так, чтобы сечение центрального лепестка луча от широкополосной спиральной антенны на удалении от ее торца, соответствующего началу волновой зоны, составляло 80-100% площади поверхности тела, определенной для облучения. При этом по аналогии со свипированием несущей частоты миллиметрового излучения (в пределах нескольких процентов от ее центрального значения) предложено было ввести девиацию конкретной для каждого случая частоты на величину от 0 до 10% от ее значения, которая задавалась переменным (в диапазоне от 20 Гц до 50 кГц) квазистохастическим сигналом. Выбор в пользу спиральной антенны обеспечивал относительную свободу в перестройке частоты излучения и довольно узкую его диаграмму направленности.
Организация лечебного воздействия сводилась к тому, что на открытый в пределах конкретной биологически активной зоны участок кожной поверхности человека направлялся под прямым углом поток сантиметровых радиоволн нетепловой интенсивности, излучаемых с торца спиральной антенны. Торцевой срез антенны размещался при этом на некотором удалении от облучаемой поверхности, достаточном для формирования волнового фронта. Расстояние от облучаемой поверхности до среза антенны устанавливалось перед началом сеанса посредством взаимного перемещения антенны и тела пациента. Достаточность удаления облучаемой поверхности от среза антенны определялась специальной механической линейкой. Время сеанса дозировалось посредством электронного таймера.
Практическое применение нетепловых потоков ЭМИ сантиметрового диапазона длин волн выявило довольно высокий терапевтический эффект их зонального воздействия при астенических состояниях после перенесенных тяжелых заболеваний; при комплексном лечении ожирения; при лечении больных хроническими неспецифическими заболеваниями легких, а также при лечении сердечно-сосудистых и ряда других заболеваний.
Вместе с тем обнаружился и ряд недостатков. Среди них произвольный (по воле врача) выбор несущей частоты излучения и способ аппликации ЭМИ на геометрически конкретную область тела. Произвол в выборе частоты повлек за собой трудности при сопоставительном анализе результатов применения предложенного способа воздействия и выработке единых подходов к терапии конкретных заболеваний. Данная ситуация усугублялась тем, что при использовании спиральной антенны за счет непроизвольных отклонений тела человека от положения, установленного в начале сеанса, возникают существенные изменения заданных условий облучения. В частности, при любых боковых смещениях луч неизменно смещается за границы зоны, выбранной для воздействия, а при отклонениях вперед и назад вдоль луча изменяется заданная плотность потока энергии излучения, падающего на поверхность кожи. Плотность потока энергии находится в квадратичной зависимости от расстояния до источника излучения, изменения которого даже при небольших (порядка 10 см) отклонениях тела вперед и назад могут достигать критичных для осуществляемого воздействия величин. Для возврата в исходное положение у человека не имеется никаких ориентиров объективного характера из-за отсутствия фиксации взаимного расположения торца спиральной антенны и облучаемой поверхности тела. Помимо этого, использование спиральной антенны не исключает облучения людей, оказавшихся рядом с пациентом, из-за того, что спиральная антенна часть энергии излучает также и в боковом направлении. Это снижает качество лечебных процедур, а следовательно, их эффективность.
Задача предлагаемого способа - повышение лечебной эффективности воздействия ЭМИ сантиметрового диапазона на биологически активные зоны человеческого тела.
Повышение эффективности предложено за счет воздействия на биологически активные зоны человеческого тела электромагнитным полем сантиметрового диапазона:
- на длине волны, эквивалентной по линейным размерам зоне воздействия,
- с постоянной плотностью потока энергии в течение всего сеанса,
- амплитудной модуляцией сигнала воздействия квазислучайно меняющимся в диапазоне 20 Гц-50 кГц сигналом,
- круговой поляризацией излучения,
- а также за счет исключения воздействия излучением на области тела, не предусмотренные процедурой лечебного сеанса.
Практика показала, что эффективнее лечить каждое заболевание специальным аппаратом, изготовленным с учетом особенностей той зоны, на которую предполагается воздействовать. Когда врач сам выбирает частоту излучения, адекватную для конкретной зоны, на одном аппарате для всех зон лечения, выбор разных врачей не обязательно будет одинаковым, а это затрудняет сравнение результатов лечения и искажает результаты анализа. Таким образом, отказ от универсального, перестраиваемого по частоте источника излучения способствует повышению эффективности способа зонального воздействия. Повышению эффективности воздействия способствует и стабильность такого важного параметра воздействия, как плотность потока энергии на протяжении всего сеанса и независимость его от случайных факторов. При этом аппликация излучения должна исключить возможность его воздействия на области тела, не предусмотренные процедурой лечебного сеанса.
Дополнительные возможности ЭМИ предлагается обеспечить за счет его амплитудной модуляции переменным (квазислучайно меняющимся в диапазоне 20 Гц-50 кГц) сигналом и круговой поляризации с дискретно устанавливаемым направлением вращения поля (вправо или влево). (В прототипе излучение квазислучайно меняется по частоте). В предлагаемом варианте излучение квазислучайно меняется во времени по амплитуде, а также вводится его круговая поляризация с произвольно задаваемым направлением кругового вращения поля. За счет введения круговой поляризации создается возможность приблизить аппарат к облучаемой поверхности и стабилизировать их взаимное расположение, что исключает свободу смещения излучателя относительно облучаемого участка кожи, обеспечивает контроль параметров облучения и повышает эффективность лечебных процедур.
Организация лечебной процедуры при этом предельно упрощается. Излучающее устройство приводится в контакт с облучаемым участком тела через прозрачную (в сантиметровом диапазоне электромагнитных волн) прокладку и включается генерация лечебного излучения нажатием соответствующей клавиши на лицевой панели аппарата. Установленная заранее продолжительность сеанса отслеживается автоматически. По истечении заданного времени генерация излучения прекращается автоматически и пациент оповещается звуковым сигналом об окончании сеанса.
Предлагаемый способ может быть реализован описанным ниже устройством.
Наиболее близким устройством к предлагаемому является устройство по патенту РФ на полезную модель №340871 от 30.07.2003 г. Указанное устройство реализует способ воздействия нетепловыми ЭМИ см-диапазона на биологически активные зоны кожного покрова человека. Оно состоит из последовательно соединенных генератора сверхвысоких частот, модулятора в виде импульсного генератора псевдослучайного сигнала и плоской антенны, снабженной лучевым приспособлением для определения оптимального расстояния между плоскостью антенны и облучаемой поверхностью тела. Лучевое индикаторное приспособление этого устройства выполнено в виде двух источников направленного света, установленных на корпусе антенны под углом друг к другу так, чтобы их видимые глазом лучи пересекались в зоне, оптимальной для размещения в ней облучаемого объекта.
В этом устройстве вместо спиральной антенны по патенту РФ №1831343 используется плоская антенна в виде фазовой решетки, выполненной по печатной технологии. В устройстве, описанном в патенте US №6208903, тоже оговорено использование устройства, названного «антенной решеткой». Однако в нем в отличие от элементов предлагаемой фазовой решетки каждый элемент реально является самостоятельной антенной и имеет автономный канал управления амплитудой и фазой излучаемых волн. Излучение каждым элементом решетки именно волн, а не переменных электромагнитных полей принципиально важно для расчета и обеспечения искомого эффекта их суперпозиции в заданной точке пространства. Для обеспечения постоянства пространственных координат каждого источника волн все антенны жестко объединены в многоячеистое излучающее устройство с изменяющейся суммарной диаграммой направленности излучения. В устройстве же, описанном в патенте РФ №1831343, излучается не множество, а всего одна электромагнитная волна и диаграмма направленности строго постоянна. Благодаря использованию плоской антенны исключается излучение в любом ином направлении, кроме направления вдоль перпендикуляра к плоскости антенны, то есть от антенны к объекту, однако в целом устройство, описанное в патенте РФ №1831343, не свободно от других недостатков, перечисленных выше.
Высокочастотный сигнал в этом устройстве подводится от генератора к каждому излучающему элементу плоской антенны только в одной точке, в силу чего генерируемое излучение является плоскополяризованным. Последнее обстоятельство требует, чтобы облучаемая (частично отражающая) поверхность объекта располагалась от плоскости антенны на некотором расстоянии (порядка 30 см), сокращать которое не рекомендуется во избежание отрицательного влияния отраженного излучения на работу генератора высокочастотного сигнала. Таким образом, проблема стандартизации физических условий воздействия излучения на организм в данном устройстве решена далеко не оптимальным образом. В частности, расстояние до облучаемого объекта не фиксируется, а контролируется пациентом на основе субъективной визуальной оценки совмещения облучаемой поверхности тела с точкой пересечения видимых индикаторных лучей, что может привести к снижению эффективности лечебного воздействия. Кроме того, по причине возможности непроизвольного отклонения тела человека от установленного в начале сеанса положения не обеспечивается постоянство плотности потока излучения во время сеанса.
Предлагаемое устройство решает задачу повышения эффективности лечебных процедур за счет обеспечения контроля параметров облучения.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве, содержащем последовательно соединенные генератор сверхвысоких частот, модулятор в виде импульсного генератора псевдослучайных сигналов, излучающую антенну в виде плоской синфазной антенной решетки и соединенный с каждым из этих блоков блок управления, в отличие от прототипа антенна выполнена с круговой поляризацией, излучает в сантиметровом диапазоне и снабжена по плоскости диэлектрической прокладкой фиксированной толщины из прозрачного для рабочего диапазона частот материала.
Антенна выполнена на основе полосковой технологии, причем разводка полосков делителя антенны выполнена с возможностью обеспечения круговой поляризации поля и изменения направления его вращения.
Благодаря круговой поляризации антенны влияние на работу генератора высокочастотных сигналов той части излучения, которая отражается от облучаемой поверхности, существенно снижается и это позволяет без ущерба для условий генерации лечебного излучения сократить расстояние между плоскостью антенны и облучаемой поверхностью тела до нескольких сантиметров. При этом расстояние от антенны до поверхности облучаемого тела определяется заданной толщиной диэлектрической прокладки, изготовленной из материала, прозрачного для ЭМИ см-диапазона (например, прокладки из хлопковой ваты или шерсти).
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где показано:
фиг.1 - блок-схема устройства;
фиг.2, 3 - излучающие элементы антенны;
фиг.4 - схема разводки полосков, питающих излучающие элементы антенны для случая дискретно изменяемого направления вращения поля;
фиг.5 - схема разводки полосков, питающих излучающие элементы антенны для случая фиксированного направления вращения поля;
фиг.6 - вид сбоку на антенну, иллюстрирующий взаимное расположение печатной платы, несущей разводку полосков, относительно платы, несущей излучающие элементы.
Устройство содержит (фиг.1) последовательно соединенные генератор 1 несущей частоты, модулятор 2, выполненный в виде импульсного генератора псевдослучайных сигналов, плоскую излучающую антенну 3 и соединенный с каждым из этих блоков блок управления 4. Расстояние от плоскости антенны до облучаемой поверхности, обеспечивающее стабильные (по уровню мощности излучения) условия работы генератора несущей частоты, определяется посредством заданной толщины диэлектрической прокладки 5. Диэлектрическая прокладка 5 выполнена из прозрачного (в рабочем диапазоне частот устройства) материала (например, хлопковой ваты).
Излучающая антенна 3 (фиг.2, 3) выполнена в виде полосковой структуры на основе печатной технологии. Антенна 3 содержит несколько (например, 4 или 5), расположенных относительно друг друга, как показано на фиг.2; 3, и обозначенных цифрами от 6 до 10 излучающих элементов, образующих в совокупности синфазную антенную решетку, излучающую по нормали к ее поверхности. Конструкция полоскового делителя рассчитывается с расчетом минимизации уровня побочного излучения вне главного луча антенны. Основная конфигурация полосков, составляющих полосковый делитель, определяется по известным правилам с учетом основной частоты излучения.
Каждый излучающий элемент 6-10 антенны 3 соединен с полоском, который подводит высокочастотный сигнал от СВЧ-генератора, в двух точках 11, 12; 13, 14;...;19, 20 (фиг.3). Круговая поляризация поля с любым заданным направлением его вращения обеспечивается конфигурацией антенных элементов в совокупности с печатной разводкой полоскового делителя. Причем конструкция может быть выполнена как с возможностью переключения направления вращения поля, так и с фиксированной его поляризацией.
Возможность дискретного изменения направления вращения поля обеспечивается при изолированном подведении высокочастотного возбуждения к каждой из двух точек 11, 12; 13, 14 и т.д. отдельных излучающих элементов 6-9 антенны 3, как это схематически изображено на фиг.4, где правому и левому вращению поля соответствуют разные точки (21 и 22 соответственно) подвода высокочастотного сигнала. Фиксированное направление вращения поля в конструктивном отношении может быть обеспечено за счет ветвления единого полоска, подводящего высокочастотный сигнал к отдельному излучающему элементу антенны. При этом плечи полосков, подводящих СВЧ-сигнал от индивидуальных точек разветвления 23-26 к точкам 11, 12; 13, 14 и т.д. отдельных излучающих элементов 6-10 антенны 3 выполнены разными по длине с таким расчетом, чтобы каждые две точки возбуждались с заданным сдвигом по фазе (фиг.5).
Излучающая антенна 3 независимо от варианта разводки полосков состоит из платы 28, несущей излучающие элементы; платы 29, несущей разводку полоскового делителя, подводящего СВЧ-сигнал от генератора к излучающим элементам антенны, и диэлектрической прослойки 30, толщина которой должна составлять не менее 1/20 длины волны рабочего излучения (фиг.6).
С целью обеспечения постоянного контроля заданного качества излучения часть энергии сигналов, идущих от СВЧ-генератора к излучающим элементам антенны, отводится от корневого (непосредственно связанного с СВЧ-генератором) полоска 31 (фиг.7) в блок управления посредством полоскового же антенного элемента 32, выполненного в качестве отдельной структуры на плате разводки печатных полосков (на фиг.4 и 5 не показано). Стрелками вдоль полоска 31 и полоскового отведения от антенного элемента 32 показаны направления сигналов от СВЧ-генератора и в блок управления соответственно.
Примером реализации заявляемого способа лечебного воздействия ЭМИ см-диапазона нетепловой интенсивности может служить способ оптимизации функции дыхательной системы человека при ее стеснении астматической симптоматикой и другими болезненными факторами в форме аллергических реакций, последствий перенесенных инфекционных заболеваний бронхов и верхних дыхательных путей и т.п., основанный на дозированном облучении сантиметровыми радиоволнами кожной проекции дыхательных путей (со стороны груди).
Воздействие конкретно адресуется зоне кожного покрова, имеющей в плане форму треугольника, две вершины которого опираются на середину левой и правой ключиц, а третья - на конец мечевидного отростка. С учетом усредненной площади центральной части этого треугольника устройство, посредством которого реализуется названный выше способ лечебного воздействия, генерирует излучение на частоте порядка 4,1 ГГц с длиной волны, соответственно, порядка 7,3 сантиметров. Излучение несущей частоты модифицируется по амплитуде от нуля до максимума квазистохастическим переменным сигналом частотой от 50 Гц до 20 кГц. (Допустима, но не обязательна модификация и несущей частоты в пределах до 0,1% от ее основного значения). Поляризация излучения-круговая. Излучение производится плоской антенной. Плотность потока излучаемой энергии составляет 80-100 мкВт·см-2. Диэлектрическая прокладка между излучающей антенной и облучаемой поверхностью тела выполнена из очищенной хлопковой ваты в форме плоской подушки толщиной 6,5-7 см, помещенной в хлопчатобумажную наволочку.
Для проведения лечебного сеанса необходимо: нажатием соответствующей клавиши на панели управления аппарата привести его в состояние ожидания команды к началу работы; установить нажатием соответствующей клавиши потребную продолжительность сеанса; обратить излучающую поверхность аппарата в сторону облучаемого участка тела и, поместив текстильную подушечку между телом и излучающей поверхностью аппарата (в состоянии легкого прижима ее аппаратом к телу), начать лечебный сеанс нажатием соответствующей клавиши на панели управления. Об окончании сеанса пользователь извещается звуковым сигналом. В случае возникновения неисправности аппарата также подается специальный звуковой сигнал и на цифровом табло, указывающем продолжительность сеанса, появляется специальное извещение. Дискретный выбор направления вращения поля производится пользователем, который ориентируется на достижение ощущения легкого тепла в облучаемой области, что является признаком эффективного влияния излучения на облучаемую область тела. В случае ощущения легкого холодка, покалываний и других вариантов, трудно определяемых словами ощущений, имеющееся направление вращения поля меняется на противоположное.
Клинические испытания заявляемых способа и устройства проведены в двух специализированных лечебных учреждениях Санкт-Петербурга и одном лечебном учреждении Москвы. Испытания проведены на взрослых пациентах (от 23 до 67 лет) и на детях в возрасте от 2,5 до 17 лет. На обеих группах пациентов исследована возможность применения заявляемых способа и устройства для борьбы с астматической симптоматикой в периоды обострения хронически протекающей бронхиальной астмы. Исследования во всех случаях проводились на фоне базовой лекарственной терапии при констатированном «тяжелом» и «среднетяжелом» течении заболевания.
Исследования показали, что заявляемый способ использования ЭМИ см-диапазона нетепловой интенсивности, реализованный посредством использования заявляемого устройства, является весьма эффективным средством нелекарственной терапии бронхиальной астмы и без ограничений может применяться в клинической практике для лечения как взрослых пациентов, так и детей. Правильное (согласно инструкции) использование заявляемого устройства не влечет за собой никаких побочных эффектов, а лечебные процедуры не только не вызывают неприятных ощущений, но, напротив, с удовольствием воспринимаются и взрослыми, и детьми.
Установлено, что и при стационарном, и при амбулаторном лечении обострений бронхиальной астмы с применением заявляемого устройства происходит более раннее восстановление легочной функции, благодаря чему создаются условия для уменьшения объема базисной лекарственной терапии, в том числе для снижения дозировок системных глюкокортикоидов. В частности, в результате существенного уменьшения числа дневных и ночных приступов удушья (вплоть до полного их исчезновения на 5-6 день применения заявляемого устройства) у большинства взрослых пациентов более чем вдвое уменьшается частота использования β2-агонистов короткого действия. Положительное отношение всех без исключения пациентов к лечебным процедурам с использованием заявляемого устройства формируется как результат ослабления приступообразного кашля, снижения частоты приступов удушья, улучшения отхождения мокроты и субъективного облегчения дыхания. При длительном (две недели и более) применении заявляемого устройства к этому добавляются положительные эмоции, которыми сопровождается уменьшение объема лекарственной терапии, особенно снижение потребления стероидных препаратов. По данным объективных исследований в ходе клинических испытаний выявлено, что использование заявляемого устройства приводит к скорому (уже на 2-3 день) и заметному уменьшению количества сухих хрипов, улучшению проведения дыхания и улучшению функциональных показателей, характеризующих проходимость дыхательных путей. Специальная проба с бронхолитиком, начиная с 5 дня применения заявляемого устройства, из положительной становится отрицательной.
Дети реагируют на лечебное воздействие заявляемого устройства заметно живее взрослых. Сеансы лечения посредством заявляемого устройства получают «с удовольствием». Субъективные ощущения «свободного дыхания» в большинстве случаев (около 70%) возникают уже в процессе первого сеанса. При лечении обострений астматической симптоматики у детей со среднетяжелым и даже тяжелым течением заболевания приступы удушья нередко прекращаются вовсе уже после первого (но не позднее третьего) дня применения заявляемого устройства. Около 60% детей на второй-третий день применения заявляемого устройства полностью отказываются от использования β2-агонистов короткого действия, чего не наблюдается в ситуациях применения только лекарственной терапии. Очень положительно дети реагируют на улучшение отхождения мокроты, поскольку в результате освобождения от нее бронхов у них появляются резервы для нормальной физической активности.
По данным объективных (инструментальных) методов исследования применение заявляемого устройства способствует ускоренному (примерно вдвое) исчезновению сухих хрипов и улучшению проведения дыхания. При этом прогрессивное (заметно большее, чем при изолированной лекарственной терапии) улучшение проходимости дыхательных путей достоверно регистрируется и инструментальными методами контроля дыхательной функции. В целом же благодаря лечебным процедурам с использованием заявляемого устройства сроки лечения очередных обострений у детей сократились более чем вдвое в сравнении с многолетними наблюдениями. Так, если при обычном лечении обострения бронхиальной астмы средней тяжести купируются в течение 7-10 дней, то в случаях использования заявляемого устройства эффект ремиссии достигался уже на 3-4 день от начала его использования.
1. Способ оптимизации вегетативных функций организма человека, включающий воздействие электромагнитным излучением сантиметрового диапазона на биологически активные зоны человеческого тела, отличающийся тем, что воздействие на каждую биологически активную зону осуществляют на длине волны, эквивалентной по линейным размерам зоне воздействия, с постоянной плотностью потока энергии в течение всего сеанса, с амплитудной модуляцией сигнала воздействия квазислучайно меняющимся в диапазоне 20 Гц-50 кГц сигналом и с круговой поляризацией излучения.
2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее последовательно соединенные генератор сверхвысоких частот, модулятор в виде импульсного генератора псевдослучайных сигналов, излучающую антенну в виде плоской синфазной антенной решетки и соединенный с каждым из этих блоков блок управления, при этом антенна выполнена с круговой поляризацией, излучает в сантиметровом диапазоне и снабжена по плоскости диэлектрической прокладкой фиксированной толщины из прозрачного для рабочего диапазона частот материала.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что прокладка выполнена из натурального материала, прозрачного для ЭМИ сантиметрового диапазона.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что антенна выполнена на основе полосковой технологии.
5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что разводка полосков делителя антенны выполнена с возможностью обеспечения круговой поляризации поля и изменения направления его вращения.
