Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний

Изобретение относится к медицинской технике, применяемой в дерматологии и хирургии для лечения и профилактики кожных заболеваний, раневых и ожоговых поверхностей с высокой бактериальной обсемененностью. Может использоваться также для неинвазионного облучения крови ультрафиолетовым (УФ) излучением.

Известно устройство для лечения ран (патент RU №2008042, МПК A61N 5/06, опубликовано 28.02.1994), содержащее облучатель с источником ультрафиолетового излучения в виде импульсной газоразрядной лампы, отражателем и светофильтром, блок питания и управления, подключенный к облучателю. Блок питания и управления содержит источник постоянного напряжения, накопительный конденсатор, подключенный к источнику постоянного напряжения, и генератор импульсов поджига. При этом импульсная газоразрядная лампа и накопительный конденсатор электрически соединены между собой так, что образуют разрядный контур, связанный с генератором импульсов поджига посредством импульсного трансформатора.

Данное устройство позволяет сократить время лечебной процедуры и устранить отрицательные побочные эффекты при облучении. Эти результаты достигнуты за счет использования высокоинтенсивного импульсного УФ-излучения сплошного спектра.

Наиболее близким устройством, выбранным в качестве прототипа для заявлямого технического решения, является устройство для лечения и профилактики дерматологических заболеваний и ожоговых ран (патент RU №2088286, МПК A61N 5/06, опубликовано 27.08.1997). Устройство содержит облучатель с импульсной газоразрядной лампой, установленной в отражателе, светофильтр и блок питания и управления, подключенный к облучателю. Блок питания и управления включает в себя импульсный трансформатор, генератор импульсов поджига, соединенный с первичной обмоткой импульсного трансформатора, накопительный конденсатор, зарядное устройство в виде высоковольтного источника постоянного тока, соединенное с накопительным конденсатором и вторичной обмоткой импульсного трансформатора, и схему управления, подключенную к зарядному устройству и к генератору импульсов поджига. При этом импульсная газоразрядная лампа, накопительный конденсатор и вторичная обмотка импульсного трансформатора электрически соединены между собой так, что образуют разрядный контур.

Техническая проблема, решаемая созданием данного изобретения, заключается в нестабильности и неопределенности получаемого лечебного эффекта при использовании известных устройств, особенно в случае обширных пораженных поверхностей.

Можно отметить следующие причины возникновения данной проблемы.

Во-первых, при использовании для обработки пораженных раневых поверхностей отраженного и прямого излучения импульсной газоразрядной лампы поле облучения характеризуется очень заметной неоднородностью: непосредственно под лампой плотность облучения значительно больше, чем плотность облучения на краю поля облучения. Это объясняется тем, что прямое излучение лампы создает на обрабатываемой поверхности облученность в соответствии с известным законом:

где E - облученность рассматриваемой точки поля;

I _o - сила излучения импульсной газоразрядной лампы;

L - наклонная дальность до рассматриваемой точки поля облучения;

α - угол падения лучей на облучаемую (обрабатываемую) поверхность.

Отсюда видно, что при перемещении анализируемой точки в поперечном направлении относительно оси лампы облученность, создаваемая прямым излучением лампы, уменьшается как за счет увеличения наклонной дальности, так и за счет увеличения угла падения лучей на обрабатываемую поверхность.

Таким образом, прямое излучение импульсной газоразрядной лампы вносит сильную неоднородность поля облучения.

Во-вторых, облученность как в центре, так и на краю зоны облучения зависит от удаления облучателя от обрабатываемой поверхности. Медицинскому персоналу, осуществляющему лечебную процедуру обработки пораженных поверхностей облучением, трудно выдерживать задаваемое технической документацией лечебного медицинского оборудования оптимальное удаление облучателя от обрабатываемой поверхности, поскольку в общем случае речь идет об обширных пораженных поверхностях человеческого тела сложной формы (использование различных фиксирующих подставок не рассматривается ввиду очевидности и ограниченности такого решения).

Одновременное влияние двух перечисленных факторов приводит к существенной неопределенности величины получаемой обрабатываемой раневой поверхностью дозы облучения и, следовательно, к неопределенности и нестабильности получаемого лечебного эффекта.

Технический результат заявляемого изобретения направлен на повышение стабильности и предсказуемости получаемого лечебного эффекта.

Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что устройство для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний содержит облучатель с импульсной газоразрядной лампой, установленной в отражателе, и блок питания и управления, подключенный к облучателю. Блок питания и управления включает в себя импульсный трансформатор, генератор импульсов поджига, соединенный с первичной обмоткой импульсного трансформатора, накопительный конденсатор, зарядное устройство, соединенное с накопительным конденсатором и вторичной обмоткой импульсного трансформатора, и схему управления, подключенную к зарядному устройству. Импульсная газоразрядная лампа, накопительный конденсатор и вторичная обмотка импульсного трансформатора электрически соединены между собой так, что образуют разрядный контур. Кроме этого, облучатель дополнительно содержит рассеиватель, установленный в средней зоне отражателя, и по крайней мере один датчик положения, а в блоке питания и управления установлен электронный ключ, вход которого соединен с одним из выходов схемы управления, выход подключен к входу генератора импульсов поджига, а управляющий его вход соединен с датчиком положения облучателя.

В вариантах исполнения рассеиватель может быть выполнен из кварцевого стекла, а также в виде оптического растра.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлены:

фиг. 1 - блок-схема устройства для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний совместно со схемой облучения пораженной поверхности в поперечном сечении относительно оси импульсной газоразрядной лампы;

фиг. 2 - функциональная схема блока питания и управления с подключенными к нему импульсной газоразрядной лампой облучателя и датчиком его положения.

Устройство для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний содержит облучатель (Обл) 1, в котором размещены импульсная газоразрядная лампа (ИГЛ) 2, отражатель (Отр) 3, рассеиватель (Расс) 4 и по крайней мере один датчик положения (ДП) 5, а также блок питания и управления (БПУ) 6, подключенный к облучателю 1.

ИГЛ 2 представляет собой цилиндрическую кварцевую колбу с герметично вваренными в ее торцы электродами. При этом межэлектродное пространство заполнено инертным газом, например ксеноном.

Отражатель 3 выполнен в виде пластины с отражающей поверхностью, изогнутой по дуге с образованием части цилиндра с параболической образующей. При этом ИГЛ 2 размещена в фокусе (или вблизи фокуса) отражателя 3.

Рассеиватель 4 установлен в средней зоне отражателя 3. Рассеиватель 4 размещен таким образом, чтобы препятствовать прохождению прямого излучения ИГЛ 2 к центральной области поля излучения и не препятствовать прохождению отраженных от отражателя 3 лучей. Рассеиватель 4 может быть выполнен из кварцевого стекла с матовыми поверхностями, которые будут обеспечивать рассеивание падающих лучей. Использование кварцевого стекла в качестве материала рассеивателя 4 обеспечивает наиболее широкий спектральный диапазон облучения (например, кварцевое стекло марки КУ-1 прозрачно в диапазоне длин волн 190…2500 нм). В другом варианте исполнения рассеиватель 4 может быть выполнен в виде оптического растра из множества микролинз.

ДП 5 облучателя 1 может быть, например, ультразвуковым или оптическим. В любом случае реализации ДП 5 вырабатывает разрешающий управляющий выходной сигнал при удалении облучателя 1 от обрабатываемой поверхности (ОП) 7 на расстояние h в пределах оптимальных значений, например при h=50±10 мм. При выходе величины h за пределы указанного диапазона разрешающий выходной сигнал не вырабатывается.

При необходимости выделения какого-либо спектрального интервала излучения в облучателе 1 может быть установлен соответствующий светофильтр (на схемах не показан).

БПУ 6 содержит схему управления (СУ) 8, зарядное устройство (ЗУ) 9, накопительный конденсатор (НК) 10, электронный ключ (ЭК) 11, генератор импульсов поджига (ГИП) 12 и повышающий импульсный трансформатор (ИТ) 13.

Один из выходов СУ 8 соединен с входом ЭК 11, выход которого подключен к входу ГИП 12. Таким образом ЭК 11 включен между СУ 8 и ГИП 12, подключенным к первичной обмотке ИТ 13, при этом к управляющему входу ЭК 11 подключен ДП 5 облучателя 1. СУ 8 также подключена к ЗУ 9, которое, в свою очередь, соединено с НК 10 и вторичной обмоткой ИТ 13.

ИГЛ 2 облучателя 1 через вторичную обмотку ИТ 13 подключена к НК 10 и к ЗУ 9. При этом электрическое соединение между собой НК 10, вторичной обмотки ИТ 13 и ИГЛ 2 образует разрядный контур.

СУ 8 выполнена на основе микропроцессора и в ней функционально присутствуют ячейки памяти, счетчик импульсов, компараторы зарядного напряжения. ЗУ 9 выполнено в виде AC/DC преобразователя и функционально представляет собой высоковольтный источник тока. ЭК 11, включенный между СУ 8 и ГИП 12, может быть выполнен, например, на основе транзистора или тиристора. ГИП 12 представляет собой сравнительно слаботочную разрядную схему на основе конденсатора и тиристора, вырабатывающую импульсы напряжения величиной 600...800 В и длительностью 1…10 мкс. ИТ 13 выполнен на ферритовом кольце, первичная обмотка которого содержит 1…2 витка, а вторичная - 20…30 витков.

Предложенное устройство для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний работает следующим образом.

Врач-оператор в зависимости от характера заболевания и степени поражения тканей задает необходимую дозу облучения путем ввода с помощью органов управления соответствующего количества импульсов в ячейку памяти СУ 8. Затем врач-оператор устанавливает или удерживает облучатель 1 над пораженным участком поверхности тела пациента в пределах оптимального диапазона значений (в примере выполнения h=50±10 мм) и включает устройство. Для обработки обширных раневых поверхностей, например, вызванных ожогом, врач-оператор должен в ходе процедуры облучения перемещать облучатель 1 над пораженной поверхностью, выдерживая при этом оптимальное удаление облучателя 1 от обрабатываемой поверхности 7.

СУ 8 запускает ЗУ 9 и отслеживает напряжение на НК 10. По достижении требуемой величины зарядного напряжения (1,2…1,5 кВ) СУ 8 вырабатывает управляющий сигнал, который через замкнутый ЭК 11 поступает на ГИП 12. При этом ГИП 12 вырабатывает импульс поджига в виде броска напряжения, который, в свою очередь, вызывает появление импульса тока в первичной обмотке ИТ 13. На вторичной обмотке ИТ 13 при этом индуцируется импульс амплитудой 15…20 кВ, который пробивает межэлектродный промежуток ИГЛ 2. Далее по образовавшемуся в атмосфере ксенона первичному проводящему каналу начинает разряжаться НК 10. В процессе разряда НК 10 формируется мощный импульс разрядного тока, который вызывает интенсивный разогрев и ионизацию ксенона. Образующаяся плазма ксенона интенсивно излучается в широкой области спектра, включающей ультрафиолетовое (УФ), видимое и инфракрасное (ИК) излучение. Это излучение отражается от отражателя 3 и попадает на обрабатываемую поверхность 7, осуществляя лечебный эффект.

По мере окончания разряда НК 10 плазма инертного газа в ИГЛ 2 остывает, газ переходит в атомарное состояние, излучение прекращается. Устройство приходит в исходное состояние. СУ 8 с помощью имеющегося в ее составе компаратора устанавливает факт разряда НК 10 и фиксирует импульс облучения в счетчике импульсов. Затем процесс работы циклически повторяется. Тем самым обеспечивается наработка нужной дозы облучения пораженной поверхности тела пациента до тех пор, пока показания счетчика импульсов не сравняются с введенным в ячейку памяти СУ 8 необходимым количеством импульсов облучения.

При этом, если во время процедуры по каким-либо причинам изменится расположение облучателя 1 относительно обрабатываемой поверхности 7 и расстояние h выйдет из зоны оптимальных значений, то выработка импульсов излучения прекратится - ДП 5 облучателя 1 снимет управляющий сигнал с ЭК 11, который в свою очередь закроется, в результате чего ГИП 12 перестанет генерировать импульсы поджига. Выработка импульсов излучения возобновится после восстановления нужного взаимного расположения облучателя 1 и обрабатываемой поверхности 7. Таким образом, заданная врачом-оператором доза облучения будет обеспечена независимо от временных колебаний удаления облучателя 1 от обрабатываемой поверхности 7.

Поле облучения, формируемое облучателем 1 на обрабатываемой поверхности 7, определяется совместной работой ИГЛ 2, отражателя 3 и рассеивателя 4.

Так, середину зоны облучения освещает только рассеватель 4 и изначально наиболее сильное прямое излучение от ИГЛ 2 рассеивается и распределяется по обрабатываемой поверхности 7, в результате в середине зоны облучения снимается избыточный уровень облученности.

Край зоны облучения освещается (фиг. 1):

а) отраженными от отражателя 3 лучами,

б) ослабленным за счет увеличенной наклонной дальности и угла падения «полутеневым» прямым излучением ИГЛ 2;

в) краевыми лепестками индикатрисы рассеяния рассеивателя 4.

В результате такого комбинированного освещения интенсивность облучения краевой зоны поля облучения повышается и вместе с этим повышается равномерность всего поля облучения.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает облучение пораженных, в том числе обширных, поверхностей тела пациента с высокой степенью равномерности и стабильности величины дозы облучения, что позволяет достичь высокой стабильности, повторяемости и предсказуемости лечебного эффекта при лечении раневой инфекции и дерматологических заболеваний.