Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Проблемы разработки конкурентоспособных аппаратов светостимуляции 26
1.1 Биологические аспекты взаимодействия лазерного излучения с биотканью 26
1.2 Принципы построения светостимулирующих аппаратов 32
1.3 Общая структура аппаратов 33
1.4 Функциональная электроника 35
1.4.1 Устройства накач ки 35
1.4.2 Модуляторы излучения 37
1.5 Состояние рынка светостимулирующей аппаратуры 38
1.6 Выводы по главе 1 43
1.7 Постановка задачи: 45
Глава 2. Принципы оптимизации светооблучения биологических объектов 47
2.1 ХронобиологическиЙ подход к светостимуляции 46
2.2 Реальная математическая модель автоматизированного метода биосинхронизации 47
2.3 Введение новых видов модуляции излучения 47
2.4 Теоретическое обоснование и применение автоматического контроля текущего состояния биологического объекта 48
2.5. Математическая модель мощности светооблучения от частоты пульса биообъекта 52
2.6. Разработка структуры САР фазовой автоподстройки частоты пульса и ее математическое описание 52
2.7. Исследование устойчивости системы автоматического регулирования мониторингового контроля биообъекта и автоматического регулирования мощности светооблучения 55
2.8. Выводы по главе 2 57
Глава 3 - Теоретический анализ и обоснование применения сверхъяркого светодида в качестве энергетического облучателя 58
3.1.Влияние когерентности излучения на стимулирующий эффект облучения биообъектов 58
3.1.1. Исследование диаграммы направленности и спектрального распределения силы света светодиода 59
3.1.2. Разработка универсальной методики расчета средней плотности мощности энергетического потока светодиода с учетом светотехнических показателей 58
3.2. Разработка требований и математической модели равномернооблучающих матриц на основе полупроводниковых излучателей 61
3.2.1. Разработка программы и обработка результатов оптимизации светоизлучающей матрицы на ЭВМ 62
3.3. Выводы по главе 3 63
Глава 4. Принципы построения конкурентоспособных светостимулирующих аппаратов с универсальной базовой конструкцией и выносным излучающим терминалом с функциями автоматизированного контроля состояния биообъекта 64
4.1 Обобщение теоретических и практических результатов применения разных длин волн облучения 64
4.2 Оптимизация структуры аппарата 64
4.2.1. Теоретическое обоснование и практическая реализация в аппарате функции непосредственной доставки излучения к поверхности биоткани с помощью выносного излучающего терминала 66
4.2.2. Практическая реализация схемы автоматизированного биосинхронизированного управления излучением 71
4.3. Теоретические вопросы исследования многокритериальной оптимизации функциональных, схемотехнических и конструктивных решений светостимулирующей аппаратуры 92
4.3.1 Характеристика статистического аппарата и его преобразование для исследования основных технико-экономических характеристик выборок изделий светостимулирующей аппаратуры. 92
4.3.2.Графическое отображение корреляционных связей 92
4.3.3. Реальная модель математических ожиданий 93
4.3.4. Применение логарифмических шкал 107
4.3.5 Исследование эффективности работы конструкторских и технологических подразделении предприятия при проектировании и подготовке производства светостимулирующих и лазерных аппаратов. 119
4.3.6 Оценка повышения себестоимости электронных изделий при улучшении нескольких показателей качества на предприятиях-производителях электронн ой лазерной техн и ки. 127
4.4.Практическая значимость результатов работы 134
4.4.1. Особенности магнито-лазерной терапии и модуляция сигналами шума в аппаратах АЛТП-2-2, АЛТП-2-3 140
4.5 Создание конкурентных преимуществ по массогабаритным размерам и стоимости 145
4.6. Выводы по главе 4 148
Заключение 152
Литература 155
- Принципы построения светостимулирующих аппаратов
- Введение новых видов модуляции излучения
- Разработка требований и математической модели равномернооблучающих матриц на основе полупроводниковых излучателей
- Оптимизация структуры аппарата
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время экологическая обстановка в мире стремительно ухудшается. Негативные явления, происходящие в биосфере, оказывают воздействие на все виды живых организмов. Одним из эффективных методов восстановления поврежденной биосистемы являются световые биостимулирующие факторы, как естественные, так и формируемые с помощью технических средств. Световое излучение в настоящее время широко применяется для эффективного биологического воздействия на живые организмы (например, в ветеринарной практике). Но живые организмы - это сложные нелинейные системы, поэтому одинаковое воздействие может вызвать разные реакции даже в одном и том же организме (из-за наличия биоритмов, индивидуальной восприимчивости и других факторов, включая даже изменение настроения). Поэтому для проведения эффективного воздействия необходимо учитывать не только индивидуальные особенности живого организма, но и его текущее состояние, которое постоянно меняется с течением времени, в процессе самого воздействия и т.п. Доступной аппаратуры для контроля состояния биообъекта в режиме реального времени в настоящее время практически нет. Кроме того, необходимо повышение качества светостимулирующих приборов и аппаратов с точки зрения экологической безопасности. Проведенная экологическая экспертиза существующих приборов и аппаратов этого направления показывает необходимость уделить существенное внимание оптимизации режимов облучения за счет уменьшения дозировок светового излучения на биообъекты (для устранения побочных явлений, нежелательных передозировок) при сохранении эффективности светостимулирующего воздействия. Это возможно только в том достаточно сложном случае, если дозировать световое воздействие путем модуляции его интенсивности и синхронизации в такт с биоритмами самого живого организма, тем самым учитывая его индивидуальные особенности. Кроме того, актуально введение новых видов модуляции излучения направленных на усиление светостимулирующего эффекта. Важно также подобрать такие параметры для контроля состояния живых организмов, которые были бы универсальными для большей части животного мира. Очевидно, что одной из самых сложных проблем является аппаратная реализация таких приборов контроля и повышения качества природной среды, которые должны иметь лучшие характеристики по сравнению с прототипами, быть конкурентоспособными, иметь преимущества в стоимости, массогабаритных размерах, качестве, надежности, удобстве в эксплуатации, энергопотреблении. Решение поставленных задач вызывает необходимость разрабатывать новые научно-обоснованные методы многокритериальной оптимизации при конструировании приборов для данной области применения. Такой комплексный подход к решению поставленных задач делает тему выбранной диссертации актуальной.
Цель работы: Разработка новых приборов и методов контроля светости
мулирующего воздействия на биологические объекты природной среды, опти
мизирующих лучевую нагрузку, с учетом инд іЕрдоацоддододе^іадJflf Тей орга
низма в режиме реального времени. БИБЛИОТЕКА I
О» wpwjplt>_\
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
Анализ и обобщение существующих методов светового воздействия на объекты природной среды, применяемых видов модуляции, определение наиболее эффективных параметров. Анализ технического и ценового уровня зарубежного и отечественного рынка приборов контроля и управления природной среды, определение требований к разрабатываемым приборам.
-
Исследование особенностей воздействия когерентного, некогерентного и других видов светового излучения на живые организмы природной среды.
-
Разработка новых видов модуляции светостимулирующего воздействия. Разработка новых методов снижения лучевой нагрузки на организм при помощи введения биологической обратной связи. Теоретический расчет и экспериментальное обоснование многокритериальной быстродействующей биологической обратной связи с корреляцией по максимально универсальным для организмов парамеграм (пульсовой волны и дыхательной фазы).
-
Разработка модели светодиодных излучающих матриц для равномерного облучения биоповерхиостей.
-
Разработка модели модуляции светоизлучения с помощью звуковых сигналов. Разработка новых принципов комплексного воздействия на организм - на основе светоакустического сигнала.
6 Разработка универсальной конструкции прибора, позволяющей решать задачи разнопрофильного светового стимулирующего воздействия, при сохранении универсальности базовой конструкции.
7. Разработка нового, многокритериального метода оптимизации приборов контроля природной среды - корреляционный графико-аналитический анализ технико-экономических характеристик.
Методы исследования: дифференциальное и интегральное исчисление, статистический анализ, функционапьно-стоимосгной анализ, математическое моделирование, методы экспертных оценок, ірафико-аналитический метод, экспериментальные исследования и испытания.
Научная новизна:
1 .Исследованы особенности и выделены наиболее значимые факторы воздействия когерентного, некогерентного и других видов светового излучения от различных технических источников излучения на живые организмы.
-
Предложен новый метод повышения эффективности воздействия светового излучения на организм на основе автоматизированного учета не только индивидуальных особенностей организма, но и контроля его текущего состояния в режиме реального времени.
-
Предложен новый принцип управления мощностью излучения лазерного прибора при различных видах модуляции по результатам многопараметрическою контроля состояния организма с целью снижения лучевой нагрузки при сохранении эффективности лечебного процесса.
-
Предложен новый принцип модуляции светового излучения на основе во ідсйс і ния"ярмплек^цого светоакустического сигнала
t *.««? I,',,'»!,1
5. Разработаны принципы построения и многокритериальной оптимиза
ции конструкций и схемного построения приборов экологического мониторин
га природных объектов с варьируемыми видами модуляции излучения, на ос
нове универсальной базовой конструкции, позволяющей решать задачи разно
профильного светового воздействия, при сохранении универсальности базовой
конструкции.
6. Разработан новый метод оптимизации приборов контроля природной
среды - корреляционный графико-аналитический метод анализа технико-
экономических характеристик.
Теоретическая и практическая значимость:
В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований, создан и внедрен ряд малогабаритных полупроводниковых лазерных приборов: АЛТП2, АЛТП2-2, АЛТП2-3, АЛТП2-Ш, АЛТП2-ІІІ-1, АЛТП2-М, АЛТП2-М-1, АЛТП2-Б, АЛТП2-Б-1, серийно выпускаемых ОАО «Завод ЭЛВ-КОН». Результаты данных исследований использованы при создании:
конструкции и функциональной схемы прибора с биосинхронизацией потока световой энергии, выполненного в виде сетевого адаптера, имеющею выносной излучающий терминал, датчик пульса и датчик дыхания;
функциональной схемы малогабаритного прибора, вписанного в размеры сетевого адаптера, с модуляцией излучения с помощью звукового сигнала, с выходом на устройства звукового и светового отображения информации, обеспечивающего тем самым комплексное повышение эффективности корректирующего воздействия на объекты природной среды.
Предложен новый метод для многокритериальной оптимизации функциональных схем и конструкций приборов контроля природной среды, который позволяет решить важную народнохозяйственную задачу - обеспечение отечественного рынка экономичной и в то же время эффективной и конкурентоспособной техникой, для решения проблем повышения качества продукции и улучшения природной среды.
Достоверность полученных результатов подтверждена совпадением расчетных и экспериментальных результатов, данными заводских и ведомственных испытаний.
Реализация результатов работы. Практические результаты диссертационной работы явились основой для организации серийного производства на ОАО «Завод ЭЛЕКОН» (г.Казань) разработанных автором приборов и систем светотерапии, широко внедренных в Республике Татарстан и России; теоретические результаты работы внедрены в учебном процессе Казанского государе і -венного университета им А.Н.Туполева (по специальности: Проектирование и технология радиоэлектронных средств).
Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на V Международной специализированной выставке "Лазеры: инновации и консалтинг в России" (2-5.06.2002г., Международный выставочный центр "Сокольники", г.Москва), на Международной выставке "Больница-94" (26-30.09.1994г., г.Санкт-Петербург), на заседании Ученого Совеїа Казанской I о-сударственной медицинской академии последипломною образования
(26.06.2002г.), на совещании специалистов Министерства Здравоохранения Республики Татарстан по вопросу применения лазерной терапии (19.11.1997г.), а также на заседаниях НТС предприятия "Завод "ЭЛЕКОН" (в 1999-2005 гг.). В 2003 г. автор награжден Дипломом за II место в конкурсе на лучшее изобретение по Республике Татарстан (за Патент РФ №2193903). За достигнутые результаты Указом Президента Республики Татарстан от 26.11.2002г. автору было присвоено звание «Лауреат Государственной премии Республики Татарстан в области науки и техники».
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 31 научной работе, включая 12 Патентов РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, списка использованной литературы и заключения. Работа изложена на 174 страницах, содержит 43 рисунка, 5 таблиц.
Принципы построения светостимулирующих аппаратов
Основными требованиями к светостимуляции и лазерной терапии является возможность дозировки ичлучения и его доставки к патологической области биобъекта. Поэтому каждый светостимулирующий и лазерный терапевтический аппарат должен обеспечивать:- требуемые параметры излучения (длину волны и мощность светового и лазерного излучения)- регулировку мощности излучения- контроль величины мощности излучения- установку времени автоматической экспозиции- модуляцию лазерного излучения- доставку излучения к патологической области пациентабезопасность применения в соответствии с нормативной документацией (МЭК).
В зависимости от требований врачей и назначения аппаратов, типов применяемых лазеров эти задачи решались по разному.
При лечении принципиально важным является дозировка облучения, которая может быть достигнута либо изменением выходной мощности квантового генератора при неизменном времени процедуры, либо изменением длительности процедуры при фиксированной мощности излучения, либо варьированием того и другого. В зависимости от поставленной задачи в состав лазерного терапевтического аппарата вводится аттенюатор мощности излучения (или регулировка тока накачки) лазера, измеритель мощности излучения (или индикатор) и таймер. Неотъемлемой частью лазерного терапевтического аппарата является модулятор лазерного излучения, частота которого выбирается из характера лечебной методики.
Па рисунках 1.3 — 1.6 приведены общие структурные схемы лазерных каналов аппаратов производства ОАО «Завод ЭЛЕКОН».базе гелий-неонового излучателя, где: 1 - сетевой блок питания; 2 - высоковольтный преобразователь; 3 - гелий-неоновый лазер; 4 - электромагнитная заслонка; 5 — таймер;.6 - индикатор мощностиРис. 1.4 - Структурная схема лазерного канала аппаратов ТПЛА, ИСТОК, ЛЕЕР, где:I - сетевой источник питания; 2 - высоковольтный преобразователь; 3 гелий-неоновый лазер; 4 - механический аттенюатор излучения; 5 полупроводниковыйлазер: 7 - измеритель выходной мощности (индикатор излучения в аппаратах АЛТП-2, АЛТП-2Ш).
В газоразрядных гелий-неоновых лазерах в качестве устройств накачки применяются высоковольтные преобразователи, обеспечивающие на выходе напряжение (10-15) кВ. Типичная структурная схема подобного преобразователя (аппараты У Л ГС, ТПЛА производства ОАО «Завод ЭЛЕКОН») приведена на рисЛ.7
Принцип работы высоковольтного преобразователя заключается в следующем: сетевое напряжение подается на силовой ключ 3, управление которым осуществляется от ШИМ-ЧИМ преобразователя 4, частота и длительность импульсов которого определяется напряжением на выходе компаратора 2. Напряжение на выходе компаратора 2, в свою очередь, зависит от результата сравнения опорного напряжения от источника 1 и напряжения детектора 5. Последнее напряжение пропорционально напряжению, получаемому на выходе высоковольтного трансформатора 8, возбуждаемого ключом преобразователя 7.
Дія накачки полупронодниковых лазеров используют усилители тока на транзисторах. Типичная функциональная схема, примененная в аппарате КОНТАКТ производства ОАО «Завод ЭЛЕКОП» показана на рисунке 1.8полупроводниковый лазерРис.1.8 - Функциональная схема накачки полупроводнике Е ЫХ лазеров
Принцип работы заключается в следующем: стабилизатор J2 определяет пороговый ток через лазер А1, а регулируемый стабилизатор определяет ток накачки через лазер и обеспечивает его регулировку и соответственно мощность излучения. Токи І2 и J2 суммируются на R1 и усиливаются транзистором VT1 пропорционально величине R2.
Газоразрядный гелий-неоновый лазер может работать только в стационарном режиме и изменение мощности его излучения режимом накачки исключается. Для модуляции излучения гелий-неонового лазера в аппаратах производства ОАО «Завод ЭЛЕК011» (ТПЛА, ЛЕЕР, ТСТОК) используются электромеханические устройства.
На пути лазерного излучателя I находится шторка 2, посаженная на ось мотора 3. При вращении шторка два раза за оборот мотора 3 перекрывает путь выхода луча и таким образом модулирует выходное излучение аппарата. Изменение оборотов мотора осуществляется изменением выходного напряжения источника 4
Модуляция излучения полупроводниковых лазеров осуществляется электронным регулированием тока через стабилизатор Л (см. рис. 1.8). Практическая схема электроннорегулируемого источника тока, примененного в аппарате KOI ІТАКТ, приведена на рис, 1.10.1 - генератор модуляцииРис. 1.10 - Схема электроннорсгулируемого источника тока, примененного в аппарате KOI 1ТАКТ Ток стабилизатора (VT1, R2) протекает через VT2 и создает на его внутреннем сопротивлении падение напряжения, которое пропорционально току, поступающему с генератора модуляции 1. Напряжение, создаваемое на VT2, пропорционально управляет током VT3 и соответственно мощностью излучения.
Потребности Российских медицинских учреждений в лазерном оборудовании. Основные требования к данному типу оборудования.
Сейчас в России около 17 тысяч больниц , краевых, областных. Республиканских нуждаются в приобретении лазерного оборудования, и мало кто из них может воспользоваться зарубежными лазерными аппаратами. Стоимостью 200-300 тысяч долларов США. В этих условиях роль отечественных производителей возрастает. Необходимость ширевнедрять лазерные технологии в практическую медицину безусловна. И для этих целей необходимо активизировать работы по созданию новых типов лазеров ( полупроводниковых и твердотельных с диодной накачкой) [39]. При исследовании потребности в лазерном терапевтическом оборудовании российских клиник необходимо отметить , что для этих целей необходима организация производства и внедрения лазерного оборудования, которое может дать немедленный экономический и социальный эффект. Именно таких технологических установок массового пользования , медицинской аппаратуры, которых остро не хватает российскому здравоохранению [40]. Требования к современной электронной аппаратуре. Аппаратура нового поколения кроме массы, габаритов, энергопотребления, надёжности выдвигает такие требования , как: безопасность, экологичность, мобильность, эффективность средств контроля и диагностики, эффективность исполнительных систем и технологических процессов, тиражируемость (массовость), экономичность, социальную значимость [41].
Применительно к лазерной медицинской аппаратуре отдельными авторами также выдвигаются обобщённые требования, а именно: снижение веса и энергетики установки, уменьшение веса и габаритов, ослабление нагрузки на оптические элементы, увеличение срока службы, снижение риска побочных явлений на ткани за счёт уменьшения доз облучения [42]. Цены лазерной терапевтической аппаратуры в условиях рынка.Мировые цены и основные характеристики приведены в Табл. 1.1
Введение новых видов модуляции излучения
При этом KMal(t) - коэффициент определяющий вид модуляции имеет существенное значение для оптимизации доз и может принимать различные значения:д) Автором впервые предложен для увеличения эффективности светостимуляции новый вид модуляции с помощью звукового сигнала.откмод СО = AKsm(2-x-FK + 0K\ где: к - номер гармоники, целое число от 0 до N-I, Ак - амплитуда к-ой гармоники, FK - частота к-ой гармоники, Фк - фаза к-ой гармоники, t - время равное в моменты і-той дискретизации (взятия отсчетов) сигнала t = іТд, Графическое отображение мощности излучения модели показано на рис.2Д
В итоге, в режиме биоуправления доза воздействия по сравнению с рекомендуемой уменьшается за счет снижения интенсивности во время выдоха и диастолы сердца. При сохранении того же положительного эффекта, достигнуто уменьшение мощности (интенсивности) светооблученияна i ji мах.
В главе поставлена и решена задача автоматического контроля состояния биообъекта при воздействии на него физического фактора -светового излучения. На основе полученных данных контроля строится система автоматического регулирования мощности светооблучения, которая обеспечивает предупреждение побочных явлений в процессе облучения биообъекта. Известно, что в результате светового воздействия возникают положительные биостимулирующие эффекты на клеточном и органном уровнях. Однако светостимулирующая мощность индивидуальна для каждого биообъекта. Пренебрежение индивидуальными особенностями организма приводит к передозировкам и побочным явлениям при облучении. В связи с этим в процессе светостимуляции необходимо автоматически изменять величину мощности светового облучения в зависимости от текущего состояния и чувствительности организма биообъекта. Для этих целей в рамках работы создается система автоматического регулирования мощности облучения с биологической обратной связью по параметрам пульсовой волны. В качестве задающего воздействия выбрана частота пульса, находящаяся под влиянием изменяющегося внешнего воздействия -мощности светооблучения (рис.2.2)святыохде X - частота пульса в исходном состоянии, СА- светостимулирующий аппарат, о - напряжение рассогласования, ОУ - объект управления (биообъект), Д - датчик пульса, С -формирователь сигналов, ФД- фазовый дискриминатор, V - выходная частота пульса
Для анализа данной системы составляется математическая модель зависимости частоты пульса биообъекта от мощности воздействия на него светостимулирующего излучения . Обобщая имеющиеся научные сведения о воздействии на биообъекты светового излучения выявляется функциональная зависимость между величиной мощности облучения и частотой пульса. Основной причиной побочных явлений светостимуляции является возможность учащения сердечного ритма выше допустимой нормы, являющейся индивидуальной для каждого биообъекта, особенно с ослабленной функцией сердечной деятельности и повышенной чувствительность к облучению. В связи с чем стабилизация пульса в процессе светостимуляции является важной компонентой этой процедуры.
Математическая модель зависимости частоты пульса от мощностивоздействующего на биообъект светоизлучения может быть выраженасоотношением:где: L - частота пульса биообъекта, уд/мин.; Р - мощность светооблучения, мВт; Lo - частота пульса в исходном состоянии; К() - коэффициент учитывающий скорость нарастания частоты пульса.
Система стабилизации разработана на основе фазовой автоподстройки частоты (ФЛПЧ) в которой биообъект вместе с датчиком пульса рассматривается как гнератор частоты управляемый мощностью лазерного облучения, (рис.2.3)Рис.2,3. Фазовая автоподстройка частоты пульса биообъектагде: (ФД)- фазовый дискриминатор (детектор), (ФНЧ)- фильтр нижник частот, (РУ)- устройство регулирующее мощность излучения (лачерный аппарат), (СГ)- синхронизируемый генератор, (УИ) уСТрОЙСТВО Номере [СИЯ.
Заменяя фазовый детектор и фильтр нижних частот типовыми инерционными звеньями (рис.2.4), определим передаточную функцию синхронизируемого генератора.
Под воздействием изменения напряжения на выходе ФІІЧ изменяется частота синхронизируемого генератора. Закон изменения частоты генератора от мощности излучения на входе регулирующего устройства:
В нашей системе измерительное устройство (фазоиый детектор) сравнивает фазы, поэтому, определяя передаточную функцию синхронизируемого генератора, в качестве выходной его величины надо брать изменение фазы. Изменения частоты и фазы связаны соотношением:
Разработка требований и математической модели равномернооблучающих матриц на основе полупроводниковых излучателей
Анализ литературных данных показывает, что площадь облучения имеет принципиальное значение для нормализации ритмов микроциркуляции крови, эффективности воздействия, и самое главное, его стабильности. При малой площади облучения перестройка микроциркуляции носит временный характер и легко исчезает после сеанса светооблучения. Для стабильного восстановления устойчивости, характерной для нормальной (здоровой) ткани требуется перестройка ритмов микроциркуляции на всей площади органа или проекционной зоны. По этой причине необходимо создание светоизлучающих матриц. Подтвержденная в работе стимулирующая эффективность современных свстодиодов открывает перспективы матричных излучателей, обладающих минимальной ценой. Но возникает проблема их оптимального расположения и обеспечения минимальной неравномерности светооблучающего потока на биоповерхности. Такие задачи до сих пор не ставились, являются новыми и требуют научного обоснования и решения.
Освещенность на поверхности в точке X от двух источников будет:Графики относительной освещенности от матрицы из 2-х светодиодов, в зависимости от отношения L/h показаны на рис.9
Из рис.3.4 матрица при заданном угле расхождения излучения светодиода равном 30 град, имеет минимальную неравномерность освещенности на биоповерхности при расстоянии между светодиодами равном 0,5h.3.3. Выводы по главе 3
Учитывая, что эффективное действие светового излучения находится в пределах плотностей мощности от 0,1 до 10 мВт/см , по полученным результатам можно сделать вывод, что современные сверхъяркие светодиоды красного диапазона, - эффективные источники облучения биотканей, обеспечивающие дозозависимое светостимулирующее воздействие.
Предварительные исследования, проведённые в главе 1 и главе 2 показали, что для получения требуемых характеристик аппарата целесообразно использовать структуру аппарата на этапе проектирования, дающую в процессе производства снижение себестоимости, вместе с этим аппарат у потребителя (медицинские учреждения) должен удовлетворять самые изыскания требования клинических специалистов. Доминирующим требованием при этом должны быть: контролируемость облучения биобъекта по каналу биологической обратной связи, исключение за счет этого побочных явлений при светостимуляции его организма, низкая стоимость, высокая надёжность, применение инновационных решений, способных дать при светостимуляции живых организмов новые эффекты при меньших дозах облучения.
Автор проводит независимые исследования исходя из медицинских источников и конференций практических врачей в разные годы и во время подготовки работы [29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39]. Целью этих проработок было выявление наиболее эффективных длин волн, и их влияние на сокращение сроков восстановления живых организмов и излечения человека. Обработанные результаты представлены на рис.4.1. Длмна яйЛНЫизлучения fuseptwra Рис.4.1. Эффективность светостимулирущих воздействий в виде сокращения сроков реабилитации поврежденных живых организмов при различных длинах волн излучения.
Следовательно длины волн излучения в диапазоне: 630-650 нм и 850-890 нм обладают максимальной терапевтической эффективностью
Комплексный подход к оптимизации функциональных блоков приборов контроля окружающей среды и его результаты, изложенные в предыдущих главах позволяют выдвинуть необходимые требования к разрабатываемому светостимулирующему аппарату, среди которых прежде всего высокая экологичность воздействия на организм за счет введения автоматического регулирования мощности излучения по результатам индивидуального мониторингового контроля состояния организма биообъекта, низкая стоимость, по сравнению с аналогами, новые, эффективные виды модуляции, уменьшающие лучевую нагрузку на организм и снижающие уровень адаптации его к
Оптимизация структуры аппарата
Схема имеет выпрямитель (7), стабилизатор напряжения (11), имеющий выходное напряжение-6 В, и мнемонический индикатор (13), визуально регистрирующий работу источника питания и расположен на корпусе адаптера. Напряжение на выпрямитель поступает с малогабаритного трансформатора, расположенного внутри адаптера.
В схеме имеется пороговая система индикации наличия лазерного излучения: на фотоприемник (1) при подносе к нему лазерного щупа с лазерного излучателя и поступлении лазерного ИК излучения вырабатывается напряжение и поступает на вход компаратора (3), на другой из его входов поступает опорное напряжение (2), при срабатывании компаратора (2) зажигается мнемонический индикатор (5), расположенный на лицевой стороне адаптерного блока. Оригинальность платы состоит и в том, что она имеет и ключ блокировку излучения (10), которая позволяет делать работу аппарата недоступной для окружающих кроме лечащего врача. Ключ может блокировать работу R-S триггера и ключ (15) будет при этом закрыт, и не даст возможность прохождения сигнала звуковой частоты на звуковой излучатель (12) с генератора звуковой частоты (8).
Универсальность схемы состоит и в том, что она имеет свой тактовый генератор (4) сигнал[)1 которого проходя через делитель частоты (9) представляют собой частоту 2 Гц и поступают через ключ 16 на функциональную схему блока стабилизации мощности излучения выносного лазерного модуля.
При необходимости установки дополнительной функциональной схемы с другими нетрадиционными видами модуляции, их сигналы будут проходить через переключатель S непосредственно через входные цепи ключа (16), затем на его выход и с выхода на блок стабилизации мощности излучения выносного лазерного модуля. Ключевые элементы (17) и (18) управляют мнемоническими индикаторами (19) и (20), визуально определяя начало и конец лечебной процедуры. В аппаратах АЛТП-2 такой важный параметр, как экспозиция, т.е. длительность облучения выдерживается крайне просто в автоматическом режиме, в частности в автоматическом режиме запуск таймера осуществляется кнопкой ПУСК на блоке БСМИ. Время экспозиции фиксировано и составляет 60 с, по окончании пусковое устройство автомати чески возвращается в исходное состояние, о чем свидетельствует акустическая сигнализация и погасание индикатора ИЗЛУЧЕНИЕ. Экспозиция отличающаяся от однократной в большую сторону выдерживается повторными запусками требуемое количество раз. В аппарате АЛТП-2 применены 3 режима модуляции, наиболее часто используемые в физиотерапевтической практике, непрерывный режим, модуляция лазерного излучения и частота 2 Гц, 128 Гц.
Такое новое научно-обоснованное решение позволило расширить функциональные возможности аппарата. Стало возможным решать задачи разнопрофильного физиотерапевтического воздействия по направлениям медицинского применения. На (Рис.4.4) показаны функциональные схемы блока стабилизации мощности излучения и платы шумовой модуляции.
Рис.4.4. (а) - Функциональная схема блока стабилизации мощности излучения, где: 1-ключ, 2-кнопка пуск, 3-мнемонический индикатор, 4-стабилизатор тока, 5-усилитель тока, 6-выходной усилитель тока, 7-лазерный излучатель, (б)- Функциональная схема платы шумовой модуляции, где: I-тактовый генератор, 2-формировательпсевдослучайной последовательности, 3-фильтр розового шума, 4-усилитель
Оригинальность функциональная схемы блока стабилизации мощности излучения Рис.4.4 (а) состоит в том, что он позволяет осуществлять дистанционное управление основными режимами основного базового блока. С помощью кнопки (1) пуск на лазерном модуле происходит подача промодули рованного сигнала на ключевой элемент (2), при его срабатывании зажигается мнемонический индикатор (3). При этом промодулированный сигнал поступает на стабилизатор тока (5) и на выходной каскад усилителя тока (6). Дія стабилизации мощности лазерного излучения заводится обратная связь по оптическому каналу с помощью мониториого фотодиода , расположенного непосредственно в корпусе лазерного излучателя по сути это решение представляет электронную схему автоматической установки и регулировки тока накачки лазерного излучателя .и предохраняя тем самым излучатель от перегрузок Показано что модуль содержит и микрообъектив .В аппаратах такой важный параметр, как экспозиция, т.е. длительность облучения выдерживается крайне просто в автоматическом режиме, в частности в автоматическом режиме запуск таймера осуществляется кнопкой ПУСК на блоке БСМИ. Время экспозиции фиксировано и составляет 60 с, по окончании пусковое устройство автоматически возвращается в исходное состояние, о чем свидетельствует акустическая сигнализация и погасание индикатора ИЗЛУЧЕНИЕ. Экспозиция отличающаяся от однократной в большую сторону выдерживается повторными запусками требуемое количество раз. В оптический соединитель устанавливается цилиндрическая градиентная линза, преобразующая расходящийся пучок лазерного излучения в параллельный и применяемая в рамках терапии при эпикутанном воздействии. Дополнительно в комплекте имеется стоматологическая насадка, используемая при лечении парадонтоза. Кроме насадок к оптическому соединителю подключается любая оптическая насадка через волоконно-оптический кабель (модуль) Блок БСМИ заканчивается оптическим соединителем с присоединительным размером 2,5 мм., на который устанавливаются магнитные насадки, усиливающие терапевтический эффект при лазеротерапии.В разрабатываемом аппарате функциональная схема шумовой модуляции
