способ и устройство свето-лечения отеков конечностей

Формула изобретения

1. Способ светолечения отеков конечностей, включающий равномерное облучение конечности со всех ее сторон путем использования отдельных падающих нормально к поверхности этой конечности световых пучков, мощность каждого из которых Р, общее их количество N и время экспозиции t_эксп определяют из системы взаимосвязанных соотношений

Р IxS_пат/N (1)

N_св kxS_пат/S_св (2)

t_эксп = DxS_пат/РхN (3)

где Р - площадь излучения одного светового источника;

I - заданная плотность мощности на поверхности биообъекта;

S_пат - общая площадь патологической зоны;

k - коэффициент, учитывающий степень перекрытия световых пучков на поверхности биообъекта;

N - требуемое количество светодиодов в облучателе;

S_св - площадь светового пятна на поверхности биообъекта от отдельного светодиода;

D - доза облучения [Дж/см²] .

2. Способ по п. 1, включающий воздействие излучением с шириной спектральной полосы не более 20 нм в спектральном диапазоне 620670 нм.

3. Способ по п. 1, включающий воздействие излучением с шириной спектральной полосы не более 60 нм в спектральном диапазоне 820950 нм.

4. Способ по п. 1, включающий непрерывное облучение со средней плотностью мощности в диапазоне от 0,5 до 20 мВт/см².

5. Способ по п. 1, включающий импульсное облучение с длительностью импульса 10^-310^-7 с и частотой повторения импульсов в диапазоне 52000 Гц.

6. Способ по п. 1, включающий модулированное облучение со скважностью 210 и частотой модуляции в диапазоне 0,5100 Гц.

7. Способ по п. 1, включающий продолжительность воздействия 3060 мин, ежедневно по одному сеансу в течение 9-12 дней с интервалом между отдельными курсами лечения 12-14 недель.

8. Устройство для светолечения отеков конечностей, включающее источники излучения, систему питания и управления и оптическую систему формирования светового потока, выполнено в виде полого полуразъемного цилиндра по внутренней поверхности которого равномерно по площади расположены источники излучения, при этом диаметр цилиндра выбирают в диапазоне 15-20 см.

9. Устройство по п. 8, включающее в качестве источников излучения полупроводниковые лазеры.

10. Устройство по п. 8, включающее в качестве источников излучения полупроводниковые светодиоды.

11. Устройство по п. 8, включающее в качестве источников излучения комбинацию лазерных и светодиодных источников с различными длинами волн.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, включая физиотерапию, хирургию и онкологию, и касается терапевтического воздействия светом на конечности с целью лечения отеков, возникших в силу микро- и макроциркуляционных расстройств кровообращения, а также вследствие возникновения лимфостаза.

Известен способ светотерапии, заключающийся в световом облучении зоны патологии на поверхности тела человека с использованием как лазерных, так и нелазерных источников электромагнитного излучения оптического диапазона [1-3].

Недостатком этого способа является невозможность равномерного распределения излучения от одного источника излучения по всей пораженной заболеванием поверхности биообъекта в каждый момент времени сеанса облучения.

Наиболее близким по технической сущности является способ светолечения и соответствующее устройство, состоящее из нескольких источников излучения, соединенных с блоком управления и блоком питания [4]. Этот способ заключается в облучении биообъекта пучком света от нескольких источников, расположенных в одной плоскости.

Недостатком этого способа при лечении отеков является невозможность облучения всей области патологических изменений, особенно с разных сторон конечностей.

Целью изобретения является повышение качества, эффективности и экономичности терапии больных, страдающих отеками мягких тканей различного генеза.

Поставленная цель достигается тем, что создается равномерная освещенность конечности со всех ее сторон путем формирования отдельных нормально ориентированных по отношению к облучаемой поверхности световых пучков, мощность каждого из них Р, общее их количество N и время экспозиции t_эксп определяются из системы взаимосвязанных соотношений:

PIS_пат/N (1)

N_свkS_пат/S_св (2)

t_эксп=DS_пат/PN (3)

где Р - мощность излучения одного светового источника;

I - заданная плотность мощности на поверхности биообъекта;

S_пат - общая площадь патологической зоны;

k - коэффициент, учитывающий степень перекрытия световых пучков на поверхности биообъекта;

N - требуемое количество светодиодов в облучателе;

S_св - площадь светового пятна на поверхности биообъекта от отдельного светодиода;

D - доза облучения [Дж/см²].

Воздействие осуществляют узкополосным излучением с шириной спектральной полосы излучения не более 2060 нм в диапазонах длин волн 620670 нм и 820950 нм как в непрерывном режиме со средней плотностью мощности в диапазоне от 0.5 до 20 мВт/см², так и в импульсном режиме с длительностью импульса 10^-310^-7с и частотой повторения импульсов 52000 Гц. Предусмотрен также режим модулированного облучения со скважностью 210 и частотой модуляции 0.5100 Гц.

Ежедневные сеансы облучения продолжительностью 3060 мин проводятся в течение 912-дневного периода с повторением курса, при необходимости, через 1214 недель.

Способ реализуется посредством оригинального устройства для облучения, включающего матрицу источников излучения, систему питания и управления, а также формирующую световые потоки отдельных излучателей оптическую систему, выполненного в виде полого полуразъемного цилиндра, по внутренней поверхности которого равномерно расположены источники излучения вместе с соответствующими оптическими системами, обеспечивающими необходимую плотность мощности и равномерность световой облученности на поверхности биообъекта. При этом диаметр цилиндра выбирают в диапазоне 1520 см.

В качестве источников излучения могут быть использованы как лазерные источники, например полупроводниковые, так и нелазерные источники, в частности светодиодные, а также их комбинации, в том числе с различными длинами волн.

Таким образом, предлагаемый способ светолечения выгодно отличается от прототипа [2], поскольку позволяет в ходе сеанса облучения под воздействием низкоинтенсивного квазимонохроматического светового излучения включить механизмы межтканевых взаимодействий, среди которых ведущая роль принадлежит системе микроциркуляции крови. Наряду с этим обеспечивается одновременное облучение протяженной области равномерно со всех сторон при сохранении средней мощности излучения, благодаря чему и достигается существенный лечебный эффект. Ни одно из известных технических устройств в целом не позволяет это сделать. В частности, при использовании одного или немногих традиционных источников (лазеров) распределение их излучения по всей поверхности конечности (51000 см²) приводит к уменьшению плотности мощности примерно на два порядка, что является неприемлемым для принятых методик лечения.

Из литературы известно, что биологическое действие лазерных и светодиодных источников излучения примерно одинаково [1]. Это объясняется тем, что решающим фактором здесь является монохроматичность излучения и совпадение его длины волны с максимумом полосы стимуляции биообъектов. Поскольку ширина этой полосы в биосреде, находящейся преимущественно в конденсированном состоянии, достаточно велика и составляет не менее 4060 нм, то и монохроматичности излучения предъявляются не слишком жесткие требования. Это позволяет в ряде случаев использовать как лазерные источники излучения, так и более дешевые полупроводниковые светодиоды, превосходящие порой лазеры по энергетическим параметрам. Так для обеспечения средней плотности мощности 1 мВт/см² по поверхности патологии общей площадью 1000 см² (например, вся рука) при использовании типичного He-Ne-лазера мощностью 10 мВт, требуется применить, как легко подсчитать, одновременно 100 лазеров. Практически осуществить такую задачу очень сложно. В предлагаемом изобретении задача одновременного воздействия квазимонохроматическим световым излучением равномерно по протяженной поверхности при заданной плотности мощности достигается впервые, причем с применением более доступных, нежели лазерные источники, светодиодов. В частности, для достижения указанных в приведенном примере параметров облученности (1 мВт/см² по поверхности 1000 см²) требуется 200 светодиодов, что при миниатюрности и выгодных электрических параметрах последних достаточно легко осуществимо. Стоимость матрицы излучателей в описываемом случае при нынешнем уровне цен не превысит 200 долларов США, т.е. примерно в 500 раз ниже, чем в случае использования традиционных лазерных источников.

Список чертежей.

Фиг. 1. Пространственное распределение световых пучков в способе светолечения отеков конечностей:

а) поперечное сечение; б) продольное сечение;

1 - биообъект (рука); 2 - световые пучки; 3 - источники излучения; 4 - оптическая система.

Фиг.2. Принцип работы устройства:

а) внешний вид; б) поперечное сечение;

1 - биообъект (рука); 2 - корпус устройства; 3 - источники излучения; 4 - подвижный шарнир; 5 - разъем; 6 - система направляющих фиксаторов.

Фиг.3. Внешний вид разработанного устройства.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом (см. фиг.1). На биообъект 1 падает не один, как в прототипе, а сразу несколько световых пучков 2 от источников излучения 3. Необходимые параметры пучков (поперечный диаметр и расходимость) формируются с помощью оптических систем 4. Количество пучков N, площадь светового пятна на поверхности биообъекта от каждого из них S_св и время экспозиции t_эксп в зависимости от дозы облучения при заданной диаграмме направленности выбранного типа излучателя рассчитываются согласно (1-3) с учетом степени перекрытия световых пятен от них на поверхности биообъекта, определяемой коэффициентом k как отношение диаметра световых пучков к расстоянию между их центрами. Например, при касании отдельных пучков (указанное расстояние равно диаметру) k равен 1, при наложении пучков на величину их радиуса (расстояние равно половине диаметра) k равен 2 и т.д.

В процессе лечения площадь отека уменьшается, что в соответствии с выражением (3) требует корректирования времени экспозиции в сторону его уменьшения.

Способ реализуется с помощью устройства, показанного на фиг.2. Биообъект 1 (рука) помещается внутри цилиндра 2, по внутренней поверхности которого размещены источники 3. Для удобства размещения патологических конечностей большого диаметра, а также для обеспечения доступа при дезинфекции цилиндр выполнен полуразъемным, со створками, соединенными с помощью шарниров 4 и фиксируемыми в сведенном состоянии при помощи замка 5. Для поддержки конечности во время сеанса и для ориентации по оси цилиндра (в целях поддержания равномерной плотности мощности на облучаемой поверхности) применяется, в зависимости от варианта исполнения аппарата, система подпорок 6, либо надеваемая поверх корпуса аппарата матерчатая затяжка-муфта.

Покажем возможность технической реализации матричного светового облучателя на основе описанных принципов на примере облучения обширного отека плеча. Для отека плеча типичного размера с площадью S_пат, равной 700 см², и требуемой интенсивности I величиной 0.5 мВт/см², находим общую мощность как произведение S_пат и I; она равна в нашем случае 350 мВт. В случае применения современных сверхярких излучателей, обладающих световой мощностью излучения Р около 3 мВт, из (1) получаем, что требуется применить не менее 116 источников излучения, что технически легко реализуемо для переносного аппарата, оснащенного, в частности, светодиодными источниками. При заданных Р и N и из выражения (2) определяются требования к _св с учетом коэффициента перекрытия k, что обеспечивается параметрами оптической системы при заданной геометрии объекта.

Пример конкретной реализации для лечения постмастэктомических отеков мягких тканей верхних конечностей у женщин.

Методика лечения с помощью фотоматричного аппарата (характеристики см. ниже) состоит в следующем. Светотерапию осуществляют в виде отдельных курсов, состоящих из 10 ежедневных сеансов. За один сеанс воздействуют излучением светотерапевтической установки на верхнюю конечность (плечо и предплечье). Экспозиция воздействия на каждое поле составляет 30 мин. Световое воздействие на плечо обеспечивает излучение длиной волны 650 нм общей мощностью 200 мВт. Плотность мощности излучения на коже плеча - 0.4 мВт/см², а на предплечье - 0.5 мВт/см². Доза светового облучения за сеанс составляет соответственно 0.72 Дж/см² и 0.9 Дж/см².

Аппарат обладает следующими техническими характеристиками:

Длина волны излучения - 650 нм

Ширина спектра излучения по уровню интенсивности I_max/2 - 20 нм

Общая световая мощность - 200 мВт

Режим излучения - Непрерывный

Максимальный спад интенсивности (неравномерность излучения) на плоскости, отстоящей от плоскости расположения источников света на 3.5 см - 20%

Максимальный диаметр конечности, входящей в зону облучения без разведения створок - 15 см

Максимальная длина облучаемого участка конечности - 19 см

Длительность непрерывной работы - Не более 18 ч

Допустимая рабочая температура окружающей среды - 035^oС

Максимальная рабочая влажность воздуха - 80%

Питание - Сеть 220 В, 50 Гц

Потребляемая от сети мощность - Не более 20 Вт

Габариты, не более:

Диаметр - 19.5 см

Высота - 19 см

Вес - Не более 2 кг

В конструкции применены сверхяркие красные светодиоды L-1543 SRC-E "Kingbright" и импульсная схема питания, обеспечивающая аппарату легкость и компактность.

Аппарат выполнен по классу электробезопасности II типа BF и не требует защитного заземления. Излучение устройства не создает опасности при прямом попадании в глаза.

Применявшаяся в методе лечения светотерапевтическая установка показана на фиг. 3. Внутрь цилиндра, как было показано на фиг.2, на время сеанса помещалась отекшая область плеча или предплечья. Совмещение оси цилиндра с осью симметрии отекшей области конечности, а также фиксация цилиндра на конечности обеспечивалась видными на фиг.3 фиксаторами-подпорками, способными перемещаться в радиальных направлениях. Цилиндр выполнен полуразъемным (двустворчатым) для удобства размещения объекта облучения в зоне воздействия.

Уход за прибором представляет собой периодическую очистку от пыли и микрочастиц бытовой грязи марлевым тампоном, смоченным 0.5%-ным раствором нашатырного спирта и дезинфекции его внешних поверхностей при помощи 4%-ного раствора перекиси водорода по ГОСТ 177 с добавлением 0.5%-ного моющего средства типа "Лотос", "Астра" по ГОСТ 25644 или 3%-го раствора хлорамина по ТУ6-01-4689387-89.

Литература

1. Илларионов В.Е. Основы лазерной терапии. М: Респект, 1992, с. 35, 92.

2. N.B. Piller, A.Thelander. Treatment chronic postmastectomy lymphedema with low level laser therapy: a cost effective strategy to reduce severity and improve the quality of survival. Laser Therapy, V. 7, pp. 163-168, 1995.

3. N. B. Filler, A. Thelander. Treatment of chronic postmastectomy lymphedema with low level therapy: a 2,5 year follow-up, Lymphology, V.31, pp. 74-86, 1998.

4. Патент 2090224 от 20.09.97. В.Н. Дирин, В.П. Сушко. Фототерапевтический аппарат.