магнитотерапевтическая установка

Формула изобретения

1. МАГНИТОТЕРАПЕВТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая индуктор с трехфазной двухполюсной обмоткой, имеющей линейную и лобовые части и полость для размещения пациента, а также магнитный экран и ферромагнитный кожух, отличающаяся тем, что полость для размещения пациента образована введенным в установку диэлектрическим каркасом, на котором размещена обмотка, магнитный экран выполнен в виде трех соосных цилиндров, расположенных последовательно по длине индуктора, при этом центральный цилиндр размещен между линейной частью обмотки и кожухом, а боковые между каркасом и лобовыми частями обмотки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что толщина d стенки магнитного экрана выбрана из условия



где R радиус полости индуктора;

H напряженность магнитного поля в полости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для лечения больных злокачественными новообразованиями путем общего воздействия на организм магнитным полем.

Известны способы магнитотерапии и реализующие их магнитотерапевтические устройства, основанные на применении низкочастотных магнитных полей [1]

В зависимости от формы, размеров и изменения напряженности магнитного поля в рабочем объеме магнитотерапевтическая аппаратура делится на аппараты местного и общего воздействия на организм больного. Создание магнитных полей высокой напряженности (более 30-50 Э) в объемах, соизмеримых с размерами тела пациента, сопряжено со значительными технологическими трудностями, большими энергозатратами. Известно несколько технических решений, которые относятся к аппаратам общего воздействия магнитным полем на организм пациента [2]

Они принципиально различаются взаимным расположением линий магнитной индукции и тела пациента, характером изменения напряженности магнитного поля (импульсное, синусоидальное и др.), периодичностью циклов работы. Соответственно существенно различны их конструкции и функциональные схемы. Обобщенными признаками этих устройств являются сравнительно однородные (равномерные) по объему рабочей полости характеристики магнитного поля, близкие диапазоны рабочих частот (50-150 Гц) и уровни максимальной напряженности поля (до 100 Э).

Однородность магнитного поля в полости размещения пациента является существенным терапевтическим фактором, так как с одной стороны обеспечивается равномерность воздействия на все органы и части тела пациента, а с другой, гарантируется непревышение опасных для здоровья уровней напряженности поля в локальных зонах полости. Важным фактором, ограничивающим изготовление и практическое использование этих аппаратов, является их значительная (до нескольких тонн) масса, что сказывается на их себестоимости и возможности размещения в стандартных помещениях онкологических клиник.

За прототип принимается известная магнитотерапевтическая установка в которой реализован способ лечения злокачественных опухолей вращающимся магнитным полем. Установка прошла клинические испытания. Опытные образцы установки успешно применяются для лечения злокачественных опухолей в клинике при Кубанском медицинском институте.

Индуктор магнитотерапевтической установки "Магнитотурботрон" выполнен в виде цилиндра, охватывающего рабочую камеру и состоит из магнитопровода, трехфазной двухполюсной обмотки и кожуха. Магнитопровод изготовлен из пакета листовой электротехнической стали, имеет форму цилиндра на внутренней поверхности которого имеются прямоугольные пазы, в которых уложены и закреплены витки обмотки. В данной конструкции магнитопровод выполняет две основные функции: корпуса, несущего механические нагрузки, и магнитного экрана, отражающего часть магнитного поля в рабочую камеру. Стандартная трехфазная двухполюсная обмотка имеет линейную часть из проводников, уложенных в продольные пазы магнитопровода, и лобовые части из полукольцевых проводников, переходящих от паза к пазу через сектор 180^о на торцах магнитопровода. Кожух выполняет роль экрана, защищающего медперсонал от электромагнитного излучения.

Конструкция индуктора установки "Магнитотурботрон" имеет ряд недостатков, связанных скорее всего с историей ее создания. Она не разрабатывалась и рассчитывалась специально для магнитотерапии, а была заимствована из электротехники, и фактически, повторяет конструкцию статора двухполюсной трехфазной электрической машины. Этим обусловлена значительная масса индуктора (электрические машины с диаметром статора около 1 м имеют мощность более 1000 кВт и должны выдерживать значительные механические и тепловые нагрузки). Укладка обмотки в продольные пазы на внутренней поверхности магнитопровода в электрических машинах предназначена для максимального увеличения магнитной индукции и магнитодвижущей силы. Однако в магнитотерапевтической установке, при такой укладке обмотки, вблизи паза происходит фокусировка магнитного поля с многократным превышением средней по объему напряженности, что приводит к его существенной локальной неоднородности, которая может превышать медицинские нормы. Магнитное поле, создаваемое токами в проводниках лобовых частей статоров электрических машин, несоизмеримо с полем в зазоре между ротором и статором, им обычно пренебрегают. В магнитотерапевтической же установке поле лобовых частей вносит существенные искажения в однородность его распределения в торцовых зонах рабочего объема, что недопустимо в соответствии с медицинскими нормами.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно снижение массы индуктора и повышение однородности магнитного поля в рабочем объеме.

Указанная цель достигается тем, что в индукторе магнитотерапевтической установки, содержащем трехфазную двухполюсную обмотку, имеющую линейную и лобовые части, магнитный экран, ферромагнитный кожух, полость для размещения пациента, магнитный экран выполнен в виде трех соосных цилиндров, расположенных последовательно по длине индуктора, при этом центральный экран размещен между линейной частью обмотки и кожухом, а боковые между каркасом, образующим полость индуктора, и лобовыми частями обмотки. Кроме того, толщина стенки d (мм) магнитного экрана выбирается из условия

d 1-3 R где R радиус полости индуктора;

Н максимальная напряженность магнитного поля в полости.

На чертеже схематически представлен индуктор в разрезе по осевой плоскости.

Индуктор состоит из неферромагнитного цилиндрического каркаса 1 (например, из стеклопластика) с внутренним диаметром полости 2, достаточным для размещения неферромагнитной лежанки 3 с пациентом. На наружной поверхности каркаса 1 размещена трехфазная двухполюсная обмотка. Обмотка имеет линейную часть 4, в которой проводники уложены вдоль образующей цилиндра, и лобовые части 5 из полукольцевых проводниковых переходов по окружности цилиндра на торцах. Магнитный экран состоит из трех соосных частей 6 7, расположенных последовательно по длине индуктора. Центральный экран 6 цилиндрической формы длиной L₁ расположен поверх линейной части обмотки и служит для отражения магнитного поля ее токов в полость индуктора. Он ограничивает по длине рабочий объем полости. Боковые экраны 7 цилиндрической формы длиной L₂ расположены между лобовыми частями обмотки и каркасом и служат для экранировки полости от искажающих полей. Они ограничивают по длине торцовые зоны полости. Ферромагнитный кожух 8 защищает обслуживающий персонал от электромагнитного излучения индуктора.

Толщина стенки цилиндрического магнитного экрана выбиpается из условия практически полного (выше 99%) отражения магнитного поля. Преобразовав известные соотношения, можно определить, что в первом приближении толщина экрана должна быть пропорциональна радиусу экранируемого объема и квадратному корню напряженности поля. Коэффициенты пропорциональности определены эмпирическим путем вариацией параметров опытного образца индуктора. Получено соотношение

d 1-3 R

Технология изготовления индуктора включает следующую последовательность операций:

на цилиндрической оправке выполняется стеклопластиковый каркас толщиной 3-5 мм, к которому крепятся все детали индуктора и который несет основные механические нагрузки;

в торцовых зонах, в месте расположения лобовых частей обмотки изготавливаются боковые магнитные экраны из нескольких витков ленты из электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм; здесь же устанавливается гребенка, на которой закрепляются витки обмотки;

далее последовательно в несколько заходов выполняется трехфазная двухполюсная обмотка (следует обратить внимание, что в отличие от электрических машин, имеющих продольную обмотку в виде уложенных в пазы жгутов, продольные проводники распределяются равномерно по поверхности каркаса и, фактически, в предлагаемой конструкции имитируют систему продольных поверхностей токов);

поверх линейной части обмотки вплотную к ней из одной или нескольких полос листовой электротехнической стали в несколько витков выполняется намотка центрального магнитного экрана расчетной толщины (при этом на внутренней поверхности экрана отсутствует зубцовопазовая структура, что исключает возможность появления недопустимой по медицинским нормам неоднородности магнитного поля).

поверх экранов и обмотки наносится скрепляющий слой стеклопластика, т.е. индуктор представляет собой единую металло-стеклопластиковую композицию.

Выбор электротехнических параметров индуктора оптимизирован с помощью ЭВМ по критерию минимизации массы при заданных ограничениях на допустимый нагрев элементов конструкции за счет электрического сопротивления обмоток и гистерезисных потерь в магнитных экранах. Оптимизация электрических, конструктивных и технологических параметров привела к снижению массы индуктора по сравнению с прототипом в 6-8 раз (изготовленные образцы индуктора имеет массу, не превышающую 500 кг).

Выбор формы центрального экрана в виде цилиндра без зубцово-пазовой структуры на внутренней поверхности и практически равномерное распределение проводников линейной части обмотки по цилиндрической поверхности каркаса привели к практическому отсутствию неоднородности поля вблизи обмотки. Расчеты, проведенные с помощью метода конформных отображений, показали, что в предложенной конструкции пики неоднородности напряженности магнитного поля вблизи обмотки меньше, чем у конструкции прототипа в 10-20 раз. В результате при номинальной напряженности магнитного поля в рабочем объеме на уровне 70 Э гарантируется непревышение санитарно-гигиенической нормы 100 Э.

Введение в конструкцию боковых экранов защищает рабочий объем полости от искажающих полей токов лобовых частей обмотки.