Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРАПИИ

Изобретение относится к области пироэлектрических явлений в кристаллах и может быть использовано в демонстрациях по физике поведения спонтанной поляризованности диэлектриков при изменении температуры, а также в физиотерапии и косметологии.

В настоящее время известна электретная лечебная пленка (аппликатор) «Полимедэл» производства ООО НПФ ЭЛМЕТ (Санкт-Петербург). Пленка разрешена к применению Минздравом РФ, протокол №24П/385 от 16.11.2005 г. ФГУ ВНИИИМТ (Аттестат аккредитации №ФС 05-ПТИ-04 от 01.11.2004 г.) Пленка выполнена из фторопласта в виде прямоугольной пластины размером 300×95 мм² и толщиной 10-30 мкм. Знак заряда отрицательный, получаемый коронным разрядом с плотностью заряда 10⁶ Кл/м². Пленка оказывает обезболивающее действие при болевых проявлениях со стороны органов опорно-двигательного аппарата, улучшает обменные процессы и т.д. Продолжительность сеанса 6-12 часов.

Недостатками указанной пленки являются большие потери электрического заряда после наложения аппликатуры, что малоэффективно для повторного применения. Электрическое поле от зарядов пленки получается рассеянным и сила воздействия на молекулы и ионы остается слабой. Также пленка не выдерживает частых изгибов.

Известно устройство П.Т. Гончарова для электронотерапии [А.с. SU №349399, A61N 1/04, опубл. 04.09.1972.], которое представляет собой диск из твердого вещества (например, эбонита), одна сторона которого полирована и является рабочей, а на противоположной стороне для удобства пользования закреплена ручка. Лечебный эффект данного устройства заключается в образовании при трении статического электричества с отрицательными зарядами. Для осуществления лечения с использованием данного устройства трением о кожу кружок наэлектризовывают и подносят к больному месту на расстоянии 1-2 см от него на 10-15 сек. Процедуру повторяют 10-15 раз 1-5 раз в день. Диск из эбонита может использоваться в физиотерапии.

Недостатком использования диска является действие лишь одного физического фактора, обусловленного влиянием на организм зарядов статического электричества.

Также известно устройство для электротерапии [патент RU №2049492, A61N 1/04, А61Н 39/08, опубл. 10.12.1995 г.], которое содержит диск из твердого трибоэлектрета с полированной рабочей поверхностью и закрепленную на нем ручку. Ручка закреплена на диске подвижно с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении и подпружинена относительно диска, причем на поверхности ручки, обращенной к диску, укреплены иглы, а в диске соосно с иглами выполнены сквозные отверстия. Устройство может быть использовано в физиотерапии для комплексного воздействия различными физическими факторами на локализованные участки тела.

Недостатком данного устройства является то, что тактильное восприятие этих воздействий человеком существенно различно, - поскольку иглотерапия связана с болевыми ощущениями, что ограничивает применение на воспаленном участке из-за болезненности проведения процедуры. Также, металлические иглы ускоряют потери заряда, и процесс идет как бы вхолостую.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ электротерапии В.Д. Рагеля и устройство для его осуществления [патент RU №2045286, A61N 1/18, опубл. 10.10.1995], сущность которого заключается в том, что положительный электрод размещают на слизистой оболочке полости рта пациента, через отрицательный игольчатый электрод воздействуют на кожную проекцию патологического очага пациента при силе тока 25-1000 мА в течение 15-60 с последовательностью на 4-25 точек на 1 см² или на такое же количество точек через многоигольчатый электрод. Устройство представлено двумя вариантами: в первом введен блок стабилизации тока, во втором введены источник постоянного тока, блок регулировки силы тока, блок стабилизации силы тока, причем один из электродов выполнен многоигольчатым, с изолированными иглами.

Недостатками данного технического решения являются, во-первых - сложность управления этим способом, особенно по второму варианту, где используется многоигольчатый электрод, требующий последовательного измерения отдельными иглами токов в активных точках, а также необходимо иметь точную аппаратуру. Во-вторых, лечение связано с наличием электрического тока, который подбирается оператором до болевого ощущения пациентом. В-третьих, электрическое поле от игольчатого электрода направлено вдоль канала тока с малым электрическим сопротивлением и может не проходить через кожный покров патологического очага.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности лечения, за счет воздействия сфокусированного электрического поля и изменения спонтанной поляризации.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для электротерапии, содержащем источник постоянного тока, регулятор силы тока и два электрода, новым является то, что с целью повышения эффективности лечения, половина корпуса из диэлектрического неактивного материала покрыта металлической фольгой, внутри которого дополнительно расположены пироэлектрик, на котором сверху и снизу нанесены электроды, соединяющиеся с помощью контактов с разрядником, фторопластовая пленка, проходящая через круглые опоры и фиксирующаяся сверху на электродах-излучателях, создающих сфокусированное электрическое поле, с помощью держателей, переключатель из электропроводящего материала, расположенный над пироэлектриком, реле и лампочка, находящаяся внутри отражателя, благодаря которым изменяется спонтанная поляризация пироэлектрика.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлено устройство для электротерапии. На фиг.2 представлена схема фокусировки электрического поля от электродов-излучателей.

Устройство содержит корпус 1 из диэлектрического неактивного материала толщиной 3-4 мм, в котором размещается основной элемент устройства - пироэлектрик 8, имеющий форму прямоугольного бруска или диска толщиной 2-10 мм. На поверхности пироэлектрика 8, сверху и снизу, нанесены электроды 5, имеющие хорошую электропроводность. Нижний электрод 5 пироэлектрика 8 с помощью проводников 9 соединяется с электродами-излучателями 11, которые имеют форму пластин из металла толщиной 1-3 мм и могут быть выполнены, например, из меди, серебра, латуни или алюминия. Остальные параметры, такие, как ширина и длина, выбираются, исходя из размеров пироэлектрика 8. Электроды-излучатели 11 имеют угол наклона к фторопластовой пленке 10, равный 10⁰. Фторопластовая пленка 10 проходит через круглые опоры 18 слева и справа, и фиксируется сверху на электродах-излучателях 11 с помощью держателей 12. Над пироэлектриком 8 расположен переключатель 14 из электропроводящего материала, например, меди, серебра, латуни, и имеющий два фиксированных положения, которые указаны стрелками и фиксирующими элементами 13. На верхней поверхности корпуса 1 расположена фольга 2, которая может быть выполнена, например, из меди, серебра, латуни или алюминия. Когда переключатель 14 находится в верхнем положении, происходит замыкание контактов реле 15, вследствие чего от аккумулятора 16 через проводящие провода 17 загорается лампочка 3, которая находится внутри отражателя 4. С левой стороны от пироэлектрика 8 расположен разрядник 6, контакты которого соединены с положительным и отрицательным электродами 5 пироэлектрика 8. Зазор между контактами разрядника и оптимальный режим зондирования электрическим полем регулируется диэлектрическим винтом 7.

Основной элемент устройства - пироэлектрик. Основное физическое явление, характерное для пироэлектрика - это способность изменять спонтанную поляризацию при изменении температуры и при линейном приближении, описываемом формулой:

где ΔР - изменение спонтанной поляризации или плотности заряда, γ -пироэлектрический коэффициент, ΔТ - изменение температуры. Для практического использования пироэффекта необходимо иметь материалы с большими значениями пирокоэффициента [Новик В.К. Пироэлектрические преобразователи / В.К. Новик, Н.Д. Гаврилова, Н.Б. Фельдман. - М.: Советское радио, 1979. - с.20-39]. Например, для монокристалла танталата лития LiTaO₃ пирокоэффициент γ=2,5·10^-8 Кл/см². Поэтому на практике применяют пироэлектрики-сегнетоэлектрики, имеющие еще название поликристаллические пироэлектрические материалы.

Пироэлектрики-сегнетоэлектрики выше температуры Кюри теряют пироэлектрические свойства, но при температурах вблизи точки Кюри пирокоэффициент быстро возрастает. Возрастает и электрическое напряжение на электродах пироэлектрика. Чтобы не выходить за пределы рабочих параметров при лечении, в профилактике и других мероприятиях, устройство имеет разрядник. При больших колебаниях температуры, разрядник поддерживает оптимальный режим работы пироэлектрика по электрическому напряжению, по величине напряженности электрического поля, по величине электрического заряда. Рабочий режим регулируется диэлектрическим винтом (фиг.1).

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательный уровень».

Устройство работает следующим образом.

1. Устройство берем в правую руку и прикасаемся фторопластовой пленкой 10 к поверхности тела над очагом больного органа. Переключателем 14 выбираем режим нагрева пироэлектрика 8: от руки или от лампочки. В случае выбора режима нагрева пироэлектрика 8 от руки, переключатель 14 находится в нижнем положении, образуя омический контакт с верхним электродом 5 пироэлектрика 8 и второй омический контакт с фольгой 2. От пальцев рук фольга 2 нагревается, и тепло передается через переключатель 14 на пироэлектрик 8. В среднем температура будет меняться в пределах от 20°С до 30°С, что достаточно для того, чтобы вызвать изменение спонтанной поляризации в пироэлектрике 8, и на его электродах 5 возникнут электрические заряды (фиг.1). Отрицательные заряды переходят на электроды-излучатели 11, которые являются источниками напряженности электрического поля и отрицательных зарядов. Силовые линии электрического поля от электродов-излучателей 11 проходят через фторопластовую пленку 10 и фокусируются электродами-излучателями 11 в пределах R=10-12 см (фиг.2). Отрицательные заряды распределяются на фторопластовой пленке 10 с внешней стороны, и плотность их будет больше на углах перегиба пленки. В случае выбора режима нагрева пироэлектрика 8 от лампочки 3, переключатель 14 находится в верхнем положении и контакт с пироэлектриком 8 отсутствует, замыкаются контакты реле 15, вследствие чего от аккумулятора 16 через проводящие провода 17 загорается лампочка 3, которая находится внутри отражателя 4. Тепло от лампочки и отражателя попадает на пироэлектрик 8, на котором возникают электрические заряды (фиг.1). В зависимости от мощности лампочки, температуру пироэлектрика 8 можно поднять до 40°С. Далее точно так же, как в случае выбора режима нагрева от руки. Через 5-10 минут прогрева, устройство начинает излучать электрическое поле, а на фторопластовую пленку поступают отрицательные электрические заряды. В фокусе излучателей 11 создается неоднородное электрическое поле от отрицательных зарядов. В эту область неоднородности силами притяжения собираются положительные ионы, молекулы, диполи, свободные радикалы, т.е. у которых не хватает одного или даже двух электронов. Фторопластовая пленка 10 будет доставлять электроны на поверхность тела у очага больного органа. Положительные ионы, свободные радикалы, у которых не хватает электрона, достраивают свою внешнюю оболочку до полного заполнения и, тем самым, сохраняют здоровые клетки. Таким образом, электрическое поле и электрические заряды, работая совместно, останавливают воспалительные процессы.

2. Устройство перемещаем по поверхности тела. В этом случае сфокусированное неоднородное электрическое поле уводит неблагоприятные ионы от больных органов и дополняет их отрицательными зарядами, повышая электрический потенциал клеток. Можно образовать перенос ионов или диполей за счет движения устройства по поверхности тела. Такая процедура полезна для очистки сосудов и устранения тромбов.

3. Устройством периодически касаемся фторопластовой пленкой 10 поверхности кожи, проводя зондирование приповерхностных слоев. Такая процедура пригодна для устранения варикозных сгустков крови, а также для устранения морщин и омолаживания кожи.

Технология изготовления пироэлектриков [Рез И.С Диэлектрики. Основные свойства и применения в электронике / И.С. Рез, Ю.М. Поплавко. - М.: Радио и связь, 1989, - с.167-175] позволяет легко варьировать химический состав и управлять такими важными параметрами, как рабочий интервал температур, диэлектрическая проницаемость, пироэлектрический коэффициент. Рабочие поликристаллические образцы формируются из мелкодисперсной массы заданного химического состава прессованием, с помощью которого можно придать образцам нужную форму (пластины, диски, кольца, трубки и т.д.). Для создания рабочих образцов используют поликристаллические сегнетоэлектрики и керамику (твердые растворы на основе титаната бария, титаната-цирконата свинца и т.д.) [Новик В.К. Пироэлектрические преобразователи / В.К. Новик, Н.Д. Гаврилова, Н.Б. Фельдман. - М.: Советское радио, 1979. - с.20-39]. Сегнетоэлектрики проявляют пироэлектрические свойства только в монодоменизированном состоянии, для которого характерна одинаковая ориентация спонтанной поляризованности всех доменов и осуществляется путем выдержки образцов в постоянном электрическом поле при температуре несколько ниже точки Кюри.

Для объяснения работы возьмем твердый раствор с примесью лантана (Pb_0,935La_0,065)(Zr_0,65Ti_0,35)O₃, с такими начальными параметрами: температура Кюри - T_c=164°С, диэлектрическая проницаемость - ε=998, пироэлектрический коэффициент γ=10·10^-4 Кл, температура измерения - t=25°C, температура по Кельвину - T=t+273=ΔT, поляризация связана с температурой ΔР=γΔТ=Q/S, электрический заряд Q, площадь электрода на пироэлектрике S=a·b, из этих данных находим: ΔР=γ·ΔТ=0,298 Кл/м², S=a·b=0,01м·0,08м=8·10^-4 м², Q=ΔP·S=2,384·10^-4 Кл - это величина отрицательного электрического заряда, возникающая на нижнем электроде пироэлектрика при изменении температуры на 25°С. На положительном электроде такой же величины заряд, но другого знака. Напряженность электрического поля от одного излучателя на единицу его длины (l=0,04 м) на расстоянии R=10 см (фиг.2) равняется E₁=1,074·10⁶ В/м [Яворский Б.М. Справочник по физике / Б.М.Яворский, А.А. Детлаф. - М.: Наука, 1964. - с.329-334]. Если R равно фокусному расстоянию, то суммарное электрическое поле от двух излучателей в фокусе будет равно векторной сумме (фиг.2) , где - напряженность электрического поля от одного излучателя на единицу его длины, а - от другого. Они равны по величине, но по направлению не совпадают (фиг.2). Так как силовые линии напряженности электрического поля выходят от заряженных излучателей перпендикулярно, то диапазон фокусных расстояний, для такого расположения электродов-излучателей, будет определяться углом наклона излучателей. Для угла около 10⁰ в фокусе будет диапазон расстояний от 3 до 12 см. Фторопластовая пленка не меняет направление силовых линий напряженности электрического поля. Направление силовых линий электрического поля совпадает с направлением силы, действующей на единичный положительный заряд, как показано на фиг.2.

Заявляемое изобретение имеет простую конструкцию, малые размеры, что снижает трудоемкость процедуры и исключает травматизацию кожного покрова, также отличается универсальностью по методам лечения и профилактики, что имеет перспективу для дальнейшего совершенствования и применения устройства для электротерапии.