Устройство для физиотерапевтического воздействия - RU2288753C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области медицины, а именно к устройствам широкого спектра действия, включающего профилактическое и лечебное физиотерапевтическое воздействие на организм человека и иных биологических объектов. Изобретение может найти применение для физиотерапевтического воздействия на патологические очаги в организме, в частности для разрушения доброкачественных и злокачественных новообразований и других сосредоточенных образований, например, таких как камни во внутренних органах. Кроме того, его можно использовать для стимуляции и/или коррекции функционального состояния организма, профилактики различных заболеваний и для физиопроцедур, стимулирующих работу и жизнедеятельность определенных областей внутренних органов и тканей.

В уровне техники широко известны различные устройства для воздействия на патологические очаги в живых организмах, принцип действия которых определяется способами физического воздействия на патологические очаги, например, ультразвуком, магнитными полями, СВЧ-токами, сигналами лучевой терапии и т.п.

Широкое применение в медицине находят технические средства лучевого воздействия на новообразования внутренних органов, например, такие как линейные ускорители, гамма-аппараты и т.д. При этом зачастую указанные средства лучевого воздействия используют в комбинации с введением лекарственных средств, химиотерапией и т.д. Так, например, известны устройства, позволяющие варьировать дозой облучения в зависимости от индивидуальных параметров предельного усиления кровотока в зоне облучения (патент RU №2088285, А 61 N 5/06, 1997.08.27), с учетом распространения опухолевых процессов (патент RU №2089247, А 61 N 5/10, 1997.09.10), в зависимости от иных средств лечения, назначаемых пациенту одновременно с лучевой терапией (патент RU №2163823, А 61 N 5/00, 2001.03.10).

Однако в указанных устройствах для лучевого воздействия высока тяжесть лучевых реакций и осложнений в окружающих очаг воздействия органах и тканях, максимальна поверхностная доза в зоне облучения.

Известно устройство для высокочастотной терапии (патент RU №2048822, А 61 N 1/04, 1995.11.27), содержащее электроды с индивидуальными аппликаторами, в которых с целью повышения степени локализации высокочастотного электрического поля в заданной области тела электроды и скрепленные с ними стенки аппликаторов установлены с возможностью перемещения.

Однако в данном устройстве мощность воздействия в определенной зоне ограничена в связи с возможными осложнениями во внутренних органах и в окружающих патологический очаг тканях.

Известны устройства для терапевтического воздействия, осуществляющие комбинированные методы с проведением лучевой терапии, в которых учитываются тяжесть общетоксических и лучевых реакций при проведении лучевой терапии, в связи с чем для ослабления лучевого поражения тканей на зону облучения наносят лекарственный препарат (патент RU №2089247, А 61 N 5/10, 1997.09.10).

Однако данные устройства также не позволяют в достаточной мере снизить тяжесть общетоксических реакций пациентов, вызванных применением лучевой терапии во внутренних органах и тканях, так как последние остаются незащищенными.

Известно устройство для лечения больных злокачественными опухолями, содержащее средство облучения опухолевого очага, блок определения объемов опухолевого поражения и зон его регионарного метастазирования и блок управления, позволяющий варьировать параметрами лучевого воздействия и управлять локальным воздействием на клинически определяемые патологические очаги (патент RU №2141366, А 61 N 5/10, 1997.06.20). Указанное устройство позволяет варьировать объемом облучения от меньшего к большему, например, путем подведения в зону патологического очага третьей части радикальной суммарной очаговой дозы. При этом уменьшаются осложнения в начале облучения, создается резкий градиент доз между облучаемыми и необлучаемыми тканями, однако данное устройство не позволяет значительно снизить повреждения в окружающих патологический очаг тканях и внутренних органах в случае необходимого применения радикальных доз облучения для достижения определенных результатов радиопоражаемости.

Известно устройство для лечения мочекаменной болезни (патент RU №2125899, А 61 N 5/06, А 61 N 2/04, 1995.06.14), включающее блок воздействия электрическим током частотой 10-130 Гц и схему для комбинированного магнитолазерного воздействия.

Указанное устройство также не лишено недостатков, присущих вышеперечисленным устройствам, так как в нем отсутствует возможность применения необходимых предельных концентраций воздействия в локализованном месте без негативных реакций со стороны окружающих патологический очаг тканей и органов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является система обработки радиационной терапии для облучения субъекта (патент RU 2091093 С 1 МПК⁶ A 61 N 5/10 27.09.97), содержащая средство для генерирования рентгеновского луча, состоящее из нескольких генераторов рентгеновского луча, размещенных вокруг субъекта исследования, компьютерное устройство с блоком управления и блоком памяти, а также средство для томографического формирования изображения. В данном устройстве используется метод радиационной терапии, основанный на облучении субъекта воздействия промодулированным по интенсивности сканирующим рентгеновским лучом, детектировании прошедшего излучения и последовательном приведении в действие генераторов рентгеновского луча.

Недостатком известного устройства является недостаточная эффективность, связанная с усложненным выявлением патологического очага и методов воздействия на него. Данное устройство должно модулировать рентгеновский луч на частоте, подходящей для приложения микроволнового сигнала в конкретном месте или местах внутри субъекта, сканировать субъект для определения, какая микроволновая частота или частоты будут полезны. Однако в данном устройстве не осуществляется концентрирование энергии в патологическом очаге, что снижает эффективность устройства в целом.

Основной задачей, решаемой заявленным изобретением, является создание устройства для физиотерапевтического воздействия, позволяющего повысить эффективность воздействия при одновременном снижении негативных реакций на физиотерапевтическое воздействие окружающих очаг тканей и органов.

Поставленная задача решается тем, что в известное устройство для физиотерапевтического воздействия, содержащее аппарат физиотерапевтического воздействия, выполненный в виде рамы и n источников физиотерапевтического воздействия, расположенных по периметру рамы, блок управления и блок локализации воздействия, соединенный с зоной локализации воздействия, введены жесткое основание и блок перемещения по координатам x, y, z, при этом рама аппарата физиотерапевтического воздействия, установленная на жестком основании с возможностью перемещения в линейных координатах х, у, z, соединена механически с соответствующими выходами блока перемещения по координатам х, у, z, входы которого подключены к соответствующим выходам по координатам х, у, z блока управления, входы которого соединены с соответствующими дополнительными выходами блока перемещения по координатам х, у, z, при этом управляющий вход блока управления соединен с выходом блока локализации воздействия.

Источники физиотерапевтического воздействия могут быть выполнены в виде малогабаритных электронных пушек, или генераторов токов сверхвысокой частоты, или оптических квантовых генераторов, или генераторов ультразвуковых колебаний, или любых иных источников физиотерапевтического воздействия в зависимости от требуемого воздействия.

Кроме того, возможно устанавливать источники физиотерапевтического воздействия в любом сочетании в случае применения, например, комбинированных методов лечения.

Вид источника физиотерапевтического воздействия выбирают в зависимости от необходимого воздействия на патологический очаг либо стимуляции функционального состояния организма. В случае необходимости разрушения новообразования могут быть использованы источники радиоактивного или рентгеновского облучения. В случае использования такого основного фактора лечения, как термовоздействие на новообразование, могут быть использованы излучатели в виде СВЧ-генераторов в диапазоне частот от единиц до десятков гигагерц, или малогабаритные электронные пушки. В случае воздействия на сосредоточенные образования такие, например, как камни во внутренних органах, могут быть использованы генераторы ультразвуковых колебаний.

Целесообразно выполнить раму в виде кольца или полусферы, охватывающей верхнюю поверхность жесткого основания.

Жесткое основание может быть выполнено перфорированным для применения воздействия по всему периметру рамы.

На кольце целесообразно установить телескопически выдвигающиеся штанги, на каждой из которых может быть установлен источник физиотерапевтического воздействия.

При этом источники терапевтического воздействия должны быть установлены на кольце или телескопически выдвигающихся штангах таким образом, чтобы направленные от них сигналы воздействия образовывали конус, основанием которого служит круг, ограниченный кольцом, а вершиной является точка пересечения лучей или сигналов.

Блок управления может быть выполнен в виде блока памяти координат х, у, z, блока обработки сигналов датчиков координат х, у, z, блока сравнения по координатам х, у, z, выполненного в виде схемы сравнения по координате х, схемы сравнения по координате у и схемы сравнения по координате z, каждая из которых имеет прямые и инверсные входы, являющиеся соответственно прямыми и инверсными входами блока сравнения по координатам х, у, z, и блока усилителей, выполненного в виде первого, второго и третьего усилителей, при этом группа выходов блока памяти координат х, у, z соединена с соответствующими прямыми входами блока сравнения по координатам х, у, z, группа входов блока обработки сигналов датчиков координат х, у, z является соответственно группой входов блока управления, а группа выходов блока обработки сигналов датчиков координат х, у, z соединена с соответствующими инверсными входами блока сравнения по координатам х, у, z, при этом выходы блока сравнения по координатам х, у, z соединены с соответствующими входами блока усилителей, выходы которого являются выходами по координатам х, у, z блока управления, а вход блока памяти координат х, у, z является управляющим входом блока управления.

Блок перемещения по координатам х, у, z может быть выполнен в виде соединенных последовательно по каждой из координат электродвигателя, датчика координат рамы, первый выход которого соединен с редуктором, и винтовой передачи, при этом входы электродвигателей по каждой из координат являются соответствующими входами блока перемещения по координатам х, у, z, валы винтовых передач по каждой из координат являются соответствующими выходами блока перемещения по координатам х, у, z, a вторые выходы датчиков координат рамы являются соответствующими дополнительными выходами блока перемещения по координатам х, у, z.

Распределенное поверхностное и внутритканевое физиотерапевтическое воздействие, осуществляемое за счет выполнения конструкции устройства таким образом, что осуществляется предварительное сведение сигналов источников воздействия в точку пересечения, которая затем устанавливается в месте нахождения патологического очага, или иной области воздействия, предварительно локализуемой по линейным координатам х, у, z, позволяет сконцентрировать физиотерапевтическое воздействие требуемой мощности непосредственно в месте локализации воздействия с минимальной дозовой нагрузкой в окружающих область воздействия органах и тканях.

Выполнение устройства, в которых аппарат физиотерапевтического воздействия выполнен в виде рамы с распределенными на нем n источниками физиотерапевтического воздействия с возможностью перемещения в продольном, поперечном и направлении вправо-влево по соответствующим координатам х, у, z, установленном на жестком основании, на котором размещают пациента внутри кольца, блока управления, соединенного с блоком перемещения кольца по соответствующим координатам х, у, z, позволяет повысить эффективность воздействия, сконцентрировав максимальный сигнал в конкретной зоне воздействия. При этом данное физиотерапевтическое воздействие, с учетом распределенных по периметру рамы (или по дуге - половине окружности кольца) n источников воздействия, лучи или сигналы которых сведены в одну область по определенным координатам х, у, z, позволяет минимизировать как поверхностную, так и внутритканевую дозу воздействия на внутренние органы и, таким образом, снизить негативные реакции на организм, под которыми понимаются лучевые реакции и другие осложнения от воздействия, например от перегрева окружающих патологический очаг тканей при облучении высокочастотными сигналами.

На фиг.1 схематично изображен общий вид конструкции и блок-схемы устройства.

На фиг.2 схематично изображены конструкция и функциональная схема устройства.

На фиг.3 изображена функциональная схема блока управления.

На фиг.4 (а, б, в) приведено схематическое изображение конструкции блока перемещения по координатам х, у, z и механики его движения.

На фиг.5 приведено схематическое изображение устройства рамы с телескопическими штангами (а) и (б).

Устройство (фиг.1) содержит аппарат физиотерапевтического воздействия, выполненный в виде n источников 1 физиотерапевтического воздействия, равномерно расположенных по окружности рамы, выполненной в виде кольца 2 на телескопических выдвигающихся штангах 3, и блок 4 локализации воздействия, оптически связанный с областью локализации воздействия. Кольцо 2 установлено на жестком основании 5 с возможностью перемещения в продольном направлении (координата х) и направлениях вверх-вниз (координата у) и вправо-влево (координата z). Устройство содержит также блок управления 6, соединенный с блоком 7 перемещения по координатам х, у, z, группа выходов которого соединена механически с кольцом 2.

Блок управления 6 (фиг.2) содержит блок памяти 8 координат х, у, z, блок 9 обработки сигналов датчиков координат, блок сравнения 10, выполненный в виде схемы сравнения 10-1 по координате х, схемы сравнения 10-2 по координате у, схемы сравнения 10-3 по координате z, блока 11 усилителей, выполненного в виде первого 11-1, второго 11-2 и третьего 11-3 усилителей, при этом выходы блока 8 памяти координат х, у, z соединены соответственно с прямыми входами х, у, z соответствующих схем сравнения 10-1, 10-2, 10-3 по координатам х, у, z, группа входов блока 9 обработки сигналов датчиков координат х, у, z является соответствующей группой входов блока управления 6, а группа выходов блока 9 обработки сигналов датчиков координат соединена с соответствующими инверсными входами х, у, z схем сравнения 10-1, 10-2, 10-3, выход схемы сравнения 10-1 по координате х соединен с входом первого усилителя 11-1, выход которого является выходом х блока управления 6, выход схемы сравнения 10-2 по координате у соединен с входом второго усилителя 11-2, выход которого является выходом у блока управления 6, выход схемы сравнения 10-3 по координате z соединен с входом третьего усилителя 11-3, выход которого является выходом z блока управления 6, при этом вход блока 8 памяти координат х, у, z является управляющим входом блока управления 6.

Блок перемещения 7 (фиг.2) по координатам х, у, z выполнен в виде первой 12-1, второй 12-2 и третьей 12-3 винтовых передач, первого 13-1, второго 13-2 и третьего 13-3 редукторов, первого 14-1, второго 14-2 и третьего 14-3 датчиков координат рамы 2, первого 15-1, второго 15-2 и третьего 15-3 электродвигателей, входы которых являются соответственно входами х, у, z блока 7 перемещения по координатам х, у, z, a выходы электродвигателей 15-1, 15-2, 15-3 соединены соответственно с входами первого 14-1, второго 14-2 и третьего 14-3 датчиков координат рамы 2, первые выходы которых подключены соответственно к первому 13-1, второму 13-2 и третьему 13-3 редукторам. Вторые выходы датчиков 2 координат рамы 14-1, 14-2, 14-3 являются соответственно дополнительными выходами блока 7 перемещения по координатам х, y, z.

Источники 1-n физиотерапевтического воздействия, в зависимости от требуемой дозы воздействия и назначенного лечебного или профилактического действия, могут быть выполнены в виде малогабаритных электронных пушек, генераторов токов СВЧ, ультразвуковых колебаний и т.д.

Источники 1-n физиотерапевтического воздействия перед работой устройства устанавливают таким образом на кольце 2 или телескопически выдвигающихся штангах 3, чтобы направленные от них сигналы воздействия образовывали конус, основанием которого служит круг, ограниченный кольцом 2, а вершиной точка пересечения лучей или сигналов.

Жесткое основание 5 выполнено перфорированным в случаях, если воздействие осуществляется с помощью источников, установленных по всему периметру рамы, выполненной в виде кольца 2, охватывающего жесткое основание. Кольцо 2 может быть выполнено в виде полусферы, охватывающей верхнюю поверхность жесткого основания 5. При этом жесткое основание 5 может быть выполнено сплошным.

При проведении лучевого воздействия устройство может быть снабжено дополнительным кольцом для поглощения лучей, проходящих через новообразование или иной патологический очаг пациента.

Устройство для физиотерапевтического воздействия работает следующим образом.

Рама, выполненная в виде кольца 2, устанавливается на жестком основании 5 с возможностью перемещения в продольном, поперечном и направлении влево-вправо в линейных координатах х, у, z. Кольцо 2 соединено механически с жесткими винтовыми передачами 12, последовательно соединенными с редукторами 13, датчиками координат рамы 14 и электродвигателями 15. Для организации высокой точности перемещения по соответствующим линейным координатам х, у, z применяются шаговые электродвигатели либо бесконтактные двигатели постоянного тока.

Кольцо 2 с помощью жесткой винтовой передачи 12-1, редуктора 13-1, датчика координат рамы 14-1, электродвигателя 15-1, прикрепленных неподвижно к жесткому основанию 5, может осуществлять перемещение вдоль жесткого основания 5, по координате х (вперед-назад). Соответственно с помощью винтовой передачи 12-2, редуктора 13-2, датчика координат рамы 14-2 и электродвигателя 15-2 осуществляется перемещение кольца вверх-вниз по линейной координате у. Аналогичным образом осуществляется перемещение кольца влево-вправо по линейной координате z с помощью винтовой передачи 12-3, редуктора 13-3, датчика координат рамы 14-3 и электродвигателя 15-3.

Перед началом работы кольцо находится в исходном состоянии так, чтобы точка сведения лучей (она строго фиксирована относительно кольца и задается при настройке аппарата) была расположена посередине жесткого основания по кординатам х и z и на 10-15 см выше жесткого основания по кординате у. Эта точка и принимается за начало неподвижной системы координат. Источники физиотерапевтического воздействия 1-n должны быть установлены ни телескопически выдвигающихся штангах 3 таким образом, чтобы направленные от них сигналы воздействия образовывали конус, основанием которого служит круг, ограниченный кольцом, а вершиной точка пересечения лучей или иных сигналов физиотерапевтического воздействия.

Телескопические штанги 3, на которых установлены источники воздействия 1-n, выдвигаются автоматически или оператором вручную.

Пациент размещается на жестком основании внутри кольца 2. Если после размещения пациента на жестком основании окажется, что зона воздействия попала в начало кординат, то все сигналы по х, у, z на входе блока управления 6 будут равны нулю и кольцо не будет перемещаться. Во всех других случаях оно будет перемещаться на требуемое расстояние.

С помощью блока 4 локализации воздействия устанавливается зона воздействия - патологический очаг или зона стимуляции функционального состояния внутреннего органа или тканей в координатах х, у, z у пациента. Блок 4 локализации воздействия может быть выполнен в виде ультразвукового компьютерного томографа, который определяет и вводит в блок управления 6 информацию о патологическом очаге или иной зоны требуемого воздействия по трем линейным координатам х, у, z. Ультразвуковой томограф, в частном случае выполнения блока локализации воздействия, связан с блоком управления обычными электрическими связями, причем величина электрических сигналов, передаваемых из блока 4 локализации в блок управления 6, пропорциональна величине координат х, у, z. Кроме ультразвукового томографа это может быть любая система визуализации изображения зоны воздействия, например устройство рентгеновской томографии, ядерно-магнитно-резонансные системы.

При включении питания устройства электродвигатели 15 приходят во вращение, в результате чего кольцо 2 перемещается по всем трем координатам х, у, z. При этом сигналы на выходах датчиков 14 координат рамы, являющихся дополнительными выходами блока 7 перемещения по координатам х, у, z, поступают на входы блока управления 6, являющиеся соответствующими входами х, у, z блока 9 обработки сигналов датчиков координат х, у, z.

Предварительно установленный у пациента патологический очаг либо зона необходимого воздействия для стимулирования работы определенного органа с целью организации необходимой физиотерапевтической процедуры, представленная в линейных координатах х, у, z с помощью блока 4 локализации воздействия, поступает на управляющий вход блока управления 6, являющегося входом блока памяти 8 координат х, у, z. Блок 8 памяти координат х, у, z содержит не менее трех запоминающих ячеек по х, у, z, с выхода которых сигналы, величины которых соответствуют определенным координатам по х, у, z, в цифровом коде поступают на соответствующие прямые входы схем сравнения по х (10-3), по у (10-2) по z (10-1).

На инверсные входы соответствующих схем сравнения 10 по х, у, z поступают сигналы по координатам х, у, z с соответствующих выходов блока 9 обработки сигналов датчиков координат х, у, z, пропорциональные величине координат по х, у, z точки сведения лучей, которые в исходном состоянии равны нулю. На выходах блока 10 сравнения по координатам х, у, z формируются сигналы, пропорциональные разности сигналов с блока 8 памяти координат х, у, z и блока 9 обработки сигналов датчиков координат х, у, z. При совпадении по уровню сигналов на прямых и инверсных входах каждой из схем сравнения блока сравнения 10 сигналы на их выходах становятся равными нулю, что приводит к остановке электродвигателей 15 блока 7 перемещения по координатам х, у, z.

Остановка работы механической системы передач блока 7 перемещения по координатам х, у, z означает, что область патологического очага или очага для профилактического воздействия у пациента совпадает по линейным координатам х, у, z с зоной сведения лучей или иных физиотерапевтических сигналов.

Устройство может быть снабжено дополнительным кольцом (не показано), жестко связанным с кольцом 2 и служащим для поглощения сигналов лучевого воздействия, расходящихся после точки пересечения лучей.

В том случае, если рама выполнена в виде кольца 2 и охватывает жесткое основание 5, то последнее выполняется перфорированным.

В устройстве может применяться комбинированное воздействие на патологические очаги или иные зоны воздействия, в связи с чем на телескопических штангах 3 могут быть установлены одновременно, например, источники лучевого воздействия и СВЧ либо в ином сочетании.

Возможно также перемещение жесткого основания при неподвижной раме-кольце 2 в продольном, поперечном и направлении вверх-вниз.

Источники 1-n физиотерапевтического воздействия подключаются после установки предварительно рассчитанных режимов воздействия, характеризуемых интенсивностью и временем воздействия. Режимы воздействия устанавливаются в зависимости от величины патологического или иного очага воздействия и выбранного физического метода воздействия.

Заявленное устройство позволяет осуществлять широкий спектр физиотерапевтического воздействия на различные виды новообразований и других сосредоточенных образований во внутренних органах.

Устройство позволяет изменять диапазон воздействия от стимулирования и активизации деятельности здоровых клеток до разрушения опухолевых клеток.

Заявленное устройство позволяет целенаправленно и эффективно воздействовать на патологические очаги в организме либо иные зоны, требующие профилактического или стимулирующего воздействия, минимизируя негативные реакции на окружающие очаг воздействия органы и ткани.

Реферат

Изобретение относится к области медицины, а именно к устройствам широкого спектра действия, включающего профилактическое и лечебное физиотерапевтическое воздействие на организм человека и иных биологических объектов, в частности для разрушения доброкачественных и злокачественных новообразований и других сосредоточенных образований. Устройство для физиотерапевтического воздействия содержит аппарат физиотерапевтического воздействия, блок управления и блок локализации воздействия, соединенный с зоной локализации воздействия, а также жесткое основание и блок перемещения по координатам х, у, z, при этом аппарат физиотерапевтического воздействия выполнен в виде рамы, установленной на жестком основании с возможностью перемещения в линейных координатах х, у, z, и n источников физиотерапевтического воздействия, расположенных по периметру рамы, соединенной механически с соответствующими выходами блока перемещения по координатам х, у, z, входы которого подключены к соответствующим выходам по координатам х, у, z блока управления, соответствующие входы которого соединены с дополнительными выходами блока перемещения по координатам х, у, z, при этом управляющий вход блока управления соединен с выходом блока локализации воздействия. Техническим результатом является повышение эффективности физиотерапевтического воздействия на патологические и иные зоны воздействия при одновременном снижении негативных реакций со стороны окружающих зону воздействия органах и тканях. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула