Далі до складу системи входять канали підведення випромінювання до біологічної тканини та до фотоприймача, наприклад волоконно-оптичні, на рисунку вони позначені як 2, 3, 4, 5. Для забезпечення максимальної компактності їх можна розміщати в єдиному зонді 6. Канал 2 дозиметру оптичного випромінювання, узгоджено з системою паралельної обробки сигналів, яка складається з фотоприймача 10, вихід якого поєднаний з входом блоку підсилення 11. Сигнал з каналу 3 дозиметру оптичного випромінювання з інформацією про відбиту БТ біологічного об’єкту компоненту оптичного випромінювання подається на блок підсилення 12, вихід якого поєднаний з входом блоку обробки сигналів 13. Сигнали з блоків 11 та 12 подаються на блок 18 і, в залежності від даних обробки, блок 18 подає керуючі сигнали на блоки живлення 14 або 16 лазерів 15 або 17, які за допомогою каналів 4 або 5 зонду здійснюють опромінювання БТ БО однією або іншою довжиною хвилі (0,6328 або 0,81 мкм). Зазначимо, що канали 2, 3 та блоки 10, 12 використовуються для визначення дози лазерного випромінювання.
Зонд 6 призначений для комплексної лазерної терапії при опроміненні світловим випромінюванням двох довжин хвиль. Оцінку лазерного впливу здійснюють шляхом аналізу світлового сигналу, який характеризує оптичні параметри БТ. Канали 2, 3 зонду виконують функцію дозиметру оптичного випромінювання. Крім того, аналіз розподілу світлових полів на виході каналу 2, 3 дає можливість описувати зміну оптичних параметрів біологічної тканини для подальшого порівняння з даними, зареєстрованими під час проведення опромінювання.
Світлове монохроматичне випромінювання надходить на БТ від джерела випромінювання, оптично узгодженого з світловодами каналів 4, 5.
Оптичним зондом 6 проводиться спостереження за станом БТ, у даному випадку працюють магнітоіндукційний чутник 1 та канал 2. На основі отриманих результатів в блоці 18 здійснюється вмикання одного з каналів та проводиться опромінювання певної довжини хвилі та певної потужності. Одночасно з опромінюванням відбувається плинне спостереження каналами 2, 3 за зміною оптичних характеристик БТ, яка опромінюється. Канали 2, 3 в залежності від зареєстрованих сигналів, що характеризують повний або часткові коефіцієнти дифузного відбиття, здійснює за допомогою блока 18 керування потужності та черговості дії лазерного випромінювання. Таким чином провадиться адаптивний механізм роботи запропонованої системи.
У третьому розділі описано принципи вимірювання, аналізу та застосування властивостей лазерного випромінювання у медицині, що базується на використанні широкого кола явищ, пов’язаних із різноманітними проявами взаємодії цього випромінювання з БТ.
У відповідності до запропонованої моделі поширення оптичного випромінювання в багатошарових біологічних тканинах, відстеження розсіяного назад лазерного випромінювання проводиться на ділянці [х1; х4]. Тому для повного аналізу динаміки змін оптичних характеристик окремих шарів біологічної тканини, а відтак і загальних тенденцій в оцінці впливу лазерного випромінювання на БТ, розроблено принципи побудови чутника реєстрації розсіяного назад лазерного випромінювання, який забезпечить функціонування в зазначеній геометрії значень. Для цього у якості чутника оптичного випромінювання може використовуватись фотометрична головка у вигляді еліпсоїда обертання (Рис.6). Дана фотометрична головка розроблена для покращення енергетичних оптичних характеристик досліджуваного потоку випромінювання, відбитого від БТ. У фокальних площинах цього дзеркала розміщені відповідно досліджувана БТ та приймач випромінювання, що дозволяє ефективніше концентрувати відбите випромінювання на приймачі випромінювання. Така конструкція чутника оптичного випромінювання забезпечує реєстрацію всіх часткових коефіцієнтів дифузного відбиття, які характеризують оптичні властивості окремих шарів біологічної тканини.
Позаяк значна частина лазерного випромінювання, яку спрямували в БТ, розсіюється та поглинається в другому шарі (рис.2), розроблено конструкцію електромагнітної волоконно-оптично системи лазерної терапії, що дозволяє аналізувати динаміку зміни другого часткового коефіцієнту дифузного відбиття (5). Система терапії знаходиться в стані присутності умовного контакту між БТ і комплексним чутником, тобто щілині величиною z між чутливими елементами системи реєстрації торкання. Виникаючі при цьому електромагнітні поля реєструють індукційними чутниками 1 (рис.7) встановлені в опромінюючому зонді системи, яка пропонується.
Рис.7 Опромінюючий зонд: 1 – індукційний відчутник; 2, 3 - світловоди відведення випромінювання від червоного та інфрачервоного лазерів відповідно; 4, 5 – світловоди передачі розсіяного БТ ЛВ до ФП; 6 – зонд.
На базі функціональних та принципових схем побудовано та досліджено периферійні модулі системи ЛТ. Виконано дослідження експериментально зразка системи, який функціонально призначений для акупунктурної ЛТ на підставі апаратного аналізу біологічно активних точок.
Як досліджувальну ділянку тіла використано першу фалангу мізинця пацієнту. Біологічно активні зони (акупунктурні точки) належать меридіану, який характеризує серцево-судинну систему організму людини. Пошук точок здійснювався за допомогою методу Фоля. Було досліджено 63 пацієнта віком від 18 до 30 років. Дванадцять пацієнтів скаржилися на певні болі в серці, з медично встановленими діагнозами захворювання серцево-судинної системи N = (1 - 12) (Таблиця 1). Після опромінювання точки C(V) 9 на протязі 30 с виміряні значення напруженості електромагнітного поля довели, що стимульоване електромагнітне поле організму для практично здорових людей збільшується помітно, в той час як для хворих значення напруженості електромагнітного поля навіть зменшено, тобто потрібно підбирати інші інтервали часу для стимуляції. Проте зареєстровані результати характеристик полів доводять помітний вплив лазерного випромінювання на БТ, що дозволяє ввести показник адекватності у вигляді знаку зміни параметрів організму людини. Збільшення величини напруженості електромагнітного поля після короткотривалого лазерного впливу свідчить про збудження середовища акупунктурної точки, що дозволяє припустити, що таким чином "вмикаються" захисні редути організму, або певного органу чи системи, яка до цього впливу знаходилася у стані рівноваги.
Окрім вищезазначених, були отримані характеристичні залежності параметрів лазерної терапії від ряду фізичних характеристик організму людини та її антропологічних даних. Опрацювання та аналіз цих експериментальних досліджень дозволяють припустити відсутність жодних закономірностей в характері процесів зміни електромагнітних полів організму людини за та без присутності стимульованого лазерного впливу. Це доводить гіпотезу про виняткову залежність величин електромагнітних полів організму людини від стану, в якому, власне, і знаходиться організм (окремий орган або система).
Таблиця 1 Виміри напруженості БТ до та після процедури акупунктурної ЛТ, ф=30 с. ЕРС 11 – значення до ЛТ в першій парній точці,
ЕРС 12 – значення після ЛТ в першій парній точці,
ЕРС 21 – значення до ЛТ в другій парній точці,
ЕРС 22 – значення після ЛТ в другій парній точці.
У четвертому розділі запропоновано та обґрунтовано загальний алгоритм роботи та методику функціонування системи в цілому. При цьому деякі фрагменти цього алгоритму призначені для використання при здійсненні окремих функцій модулів загальної системи, тобто досягається багатофункціональність запропонованої системи. Зазначено особливості функціонування системи лазерної терапії за системним підходом.
Спостереження за дійсним станом БТ є необхідним за певний проміжок часу до проведення процедури опромінювання та після неї для можливої корекції впливу електромагнітних полів. При цьому можуть спостерігатися як позитивні, так і негативні випадки стану, який досліджується. Таким чином, функціонування системи ЛТ обумовлене операціями здійснення спостереження за БАТ та на його основі визначення параметрів лазерного випромінювання, повторне спостереження та прийняття рішення на корекцію режимів опромінювання або на зупинку опромінювання внаслідок небажаної ситуації, що сталася.
Робота системи розпочинається з вводу даних про пацієнта, який, наприклад, підлеглий опромінюванню з метою лікування та моніторингу його плинного стану під час проведення лікувальної процедури. При цьому, як правило, необхідно врахувати відомості про стать, вік, загальний діагноз для визначення необхідних для опромінювання ділянок організму. Згідно відповідних відомостей, атласів тощо визначають потрібний біологічно активний меридіан та номери двох точок, за якими проводитиметься спостереження та вплив, тобто виконання активних та пасивних функцій чутників електромагнітних полів.
Надалі опрератору необхідно внести наступні комплексні дані, з використанням яких можливе плинне спостереження для висновку про стан даної БТ: межове значення коефіцієнту відбиття світлового lЧ випромінювання Кмеж; межове значення коефіцієнту відбиття світлового lІЧ випромінювання Кмеж для визначення відстані від поверхні об’єкту; межове значення параметру DUЕМмеж напруженості електромагнітного поля; час Т експозиції процедури lЧ опромінювання; потужність UN пасп lN випромінювання.
Наведений алгоритм передумовлює, що проводиться спостереження при здійсненні лікувальної процедури опромінювання відповідної діагнозу БАТ1 або БАТ2 лазерним випромінюванням низької інтенсивності з довжиною хвилі, наприклад, lЧ=0,6328 мкм. При цьому БАТ1 таабо БАТ2 меридіану спостерігається плинно під час всєї процедури для висновку про стан БТ.
Сприятливість біологічних структур до низько енергетичного випромінювання всього оптичного діапазону обумовлена наявністю сукупності специфічних і неспецифічних фото акцепторів, котрі поглинають енергію цього випромінювання та забезпечують її трансформацію при біофізичних і біохімічних процесах. Це випромінювання призводить до виникнення в тканинах та органах БО ефектів, пов’язаних з безпосередньою і опосередкованою дією електромагнітних полів оптичного діапазону.
У висновках викладено основні результати дисертаційної роботи, розкрито їх наукову та практичну цінність. Підтверджено досягнення поставленої мети, розкрита практична цінність вирішених задач.
У додатках наведено технічні характеристики сучасних приладів лазерної терапії, джерел та приймачів лазерного випромінювання, графіки характеристичних залежностей параметрів лазерної терапії від ряду фізичних характеристик організму людини та її антропологічних даних, фотографії електромагнітної волоконно-оптичної системи лазерної терапії, алгоритми роботи системи ЛТ та окремих її модулів, а також протоколи клінічної апробації експериментального зразка системи адаптивної лазерної терапії.
Основні результати роботи
У дисертаційній роботі обґрунтовано, теоретично проаналізовано і експериментально доведено важливість реалізації методу та системи лазерної терапії. При цьому отримані такі наукові та практичні результати:
Розроблено новий метод лазерної терапії на основі принципу адаптивного здійснення терапевтичних процедур, що дозволяє створити високоефективні пристрої ЛТ з функціями аналізу оптичних та електромагнітних характеристик БТ.
Створено експоненціальну модель поширення оптичного випромінювання в багатошаровій БТ, що дозволяє визначити поверхневі координати точок реєстрації часткових коефіцієнтів дифузного відбиття від окремих шарів БТ.
На основі розроблених нових принципів побудови чутників власних електромагнітних полів та оптичного випромінювання реалізовано електромагнітну волоконно-оптичну адаптивну систему лазерної терапії, яка дозволяє підвищити ефективність здійснення ЛТ за рахунок аналізу зміни напруженості електромагнітного поля БТ та коефіцієнту дифузного відбиття епідермісу в зоні опромінення. Клінічними випробуваннями показано, що у хворих на серцево-судинні захворювання при проведенні акупунктурної ЛТ напруженість електромагнітного поля зменшується на 8-40% на протязі часу процедури, в той час як у умовно здорових людей цей параметр або не змінюється, або збільшується.
Запропоновано схемотехнічне рішення електромагнітної адаптивної системи лазерної терапії, реалізація якої дозволить здійснити аналіз оптичних характеристик окремих шарів багатошарової біологічної тканини під час проведення процедур ЛТ.
список опублікованих наукових праць за темою дисертації
1. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С., Скицюк В.І. Моделювання автоматизованої системи реєстрації та моніторингу біотехнічних об’єктів // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – 2003. – Т.1. №4/2003 (21). – С.116-121.
2. Здобувачу належить розробка схемотехнічної моделі автоматизованої системи реєстрації та моніторингу біотехнічних об’єктів.
3. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С. Розробка класифікатора засобів моніторингу біотехнічних об’єктів // Вісник НТУУ “КПІ” серія приладобудування. – 2003. – №26. – С.131-138.
4. Здобувачу належить систематизація та створення класифікації засобів моніторингу біотехнічних об’єктів.
5. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С. Метод комплексної діагностики плинного стану біотехнічних об’єктів (Частина 1) // Вісник НТУУ “КПІ” серія приладобудування. – 2004. – №28. – С.145-150.
6. Здобувачу належить розробка методу комплексної діагностики плинного стану біотехнічних об’єктів.
7. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С., Метод комплексної діагностики плинного стану біотехнічних об’єктів (Частина 2) // Вісник НТУУ “КПІ” серія приладобудування. – 2004. – №29. – С.150-157.
8. Здобувачу належить розробка методу комплексної діагностики плинного стану біотехнічних об’єктів.
9. Безуглый М.А., Клочко Т.Р., Тымчик Г.С. Исследование системы параметров мониторинга биотехнических объектов // Вісник Черкаського ДТУ. – 2005. – №3. – С.88-91.
10. Здобувачу належать теоретичні та експериментальні дослідження системи спостереження за станом біотехнічних об’єктів.
11. Пат.58107 України, МКІ7 А61В5/00. Спосіб та обладнання комплексної діагностики та лікування. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Скицюк В.І., Тимчик Г.С. - №2002107876, Заявл.03.10. 2002. Опубл.15.07. 2003, Бюл. №7.
12. Здобувачу належить розробка функціональної схеми та принципу функціонування системи комплексної діагностики та лікування.
13. Пат.61635 України, МКІ7 G01N21/47. Дозиметр оптичного випромінювання. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С., Циганков А.Т. - №203032423, Заявл. 20.0302003. Опубл.17.11. 2003, Бюл. №11.
14. Здобувачу належить розробка дозиметра оптичного випромінювання та теоретичних засад його функціонування.
15. Пат.66202 України, МКІ7 А61B 5/00. Обладнання комплексної діагностики та лікування. Безуглий М.А., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С., Скицюк В.І. - №2003087668, Заявл.13.08. 2003. Опубл.15.04. 2004, Бюл. №4.
16. Здобувачу належить розробка схемотехнічної моделі автоматизованої системи реєстрації та моніторингу біотехнічних об’єктів.
17. Пат.6597 України, МКІ7 А61B 5/00. Обладнання комплексної діагностики та лікування. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С., Скицюк В.І. - №20041008308, Заявл.13.10. 2004. Опубл.16.05. 2005, Бюл. №5.
18. Здобувачу належить розробка схемотехнічної моделі автоматизованої системи реєстрації та моніторингу біотехнічних об’єктів.
19. Пат.10194 України, МКІ7 А61B 5/00. Спосіб неінвазивної комплексної діагностики. Клочко Т.Р., Безугла Н.В., Безуглий М.О., Тимчик Г.С. - №u200501981, Заявл.03.03. 2005. Опубл.15.11. 2005, Бюл. №11.
20. Здобувачу належить розробка способу неінвазивного аналізу біологічних тканин.
21. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С. Оптичний метод та пристрій інформодіагностики стану біотехнічного об’єкту // Інформаційна та негентропійна терапії. – 2003. – №1. – С.12-13.
22. Здобувачу належить розробка схемотехнічної моделі автоматизованої системи реєстрації та моніторингу біотехнічних об’єктів.
23. Безуглый М.А. Системы мониторинга биологических объектов // V міжнародна молодіжна науково-практична конференція "Людина та космос" 16-18 квітня 2003 р. – Дніпропетровськ; Дніпропетровськ; НЦАОМУ, 2003. – С.188
24. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С., Циганков А.Т. Д.озиметр оптичного випромінювання // Науково-технічна конференція "Приладобудування 2003: підсумки і перспективи" 2003 р. – Київ; К.; Політехніка, 2003. - С.142.
25. Здобувачу належить розробка дозиметра оптичного випромінювання та теоретичних засад його функціонування.
26. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С., Засоби моніторингу біологічних об’єктів // Науково-технічна конференція "Приладобудування 2003: підсумки і перспективи" 2003 р. – Київ; К.; Політехніка, 2003. - С.144.
27. Здобувачу належить систематизація та створення класифікації засобів моніторингу біотехнічних об’єктів.
28. Безуглий М.О. Математичне моделювання функціонування системи моніторингу біологічного об’єкту VІ міжнародна молодіжна науково-практична конференція "Людина та космос" 14-16 квітня 2004 р. – Дніпропетровськ; Дніпропетровськ; НЦАОМУ, 2004. – С.122.
29. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С., Дослідження ефектів розсіювання автоматизованим комплексом моніторингу біотехнічних об’єктів // Науково-технічна конференція "Приладобудування: підсумки і перспективи" 2004 р. – Київ; К.; Політехніка, 2004. - С.144.
30. Здобувачу належить розробка математичної моделі світлорозсіяння лазерного випромінювання в біологічних тканинах.
31. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Тимчик Г.С. Особливості функціонування системи моніторингу стану біотехнічного об’єкту за системним підходом // Науково-технічна конференція "Приладобудування: підсумки і перспективи" 2005 р. – Київ; К.; Політехніка, 2005. - С.217-219.
32. Здобувачу належать теоретичні та експериментальні дослідження системи спостереження за станом біотехнічних об’єктів.
33. Безуглий М.О., Клочко Т.Р., Шиша Т.О. Пристрій сканування для системи діагностики // Науково-технічна конференція "Приладобудування: підсумки і перспективи" 2005 р. – Київ; К.; Політехніка, 2005. - С.220-221.
34. Здобувачу належить розробка алгоритму функціонування модулів системи діагностики.
Анотація
Безуглий М.О. Метод та система адаптивної лазерної терапії. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 – Біологічні та медичні прилади і системи. - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", м. Київ, 2008 р.
Дисертація розглядає питання розробки методів та засобів лазерної терапії із застосуванням біологічного зворотного зв’язку за двома групами параметрів. У роботі виконано медико-експериментальне дослідження впливу лазерного випромінювання на зміну інформативних показників власних та оптичних характеристик біологічної тканини та доведено доцільність використання як сигналів зворотного зв’язку напруженості електромагнітного поля та коефіцієнтів (повного та часткових) дифузного відбиття біологічної тканини. На основі досліджень параметрів електромагнітного випромінювання біологічної тканини в різних діапазонах запропоновано нові принципи побудови чутників власних та оптичних полів, а також системи адаптивної лазерної терапії. Cтворено алгоритм функціонування електромагнітної волоконно-оптичної системи адаптивної лазерної терапії, її периферійних модулів, що передбачає механізм настройки параметрів дози лазерного випромінювання в залежності від функціонального стану пацієнта в даний проміжок часу.
Ключові слова: лазерна терапія, біологічний зворотний зв’язок, лазеротерапевтична апаратура, біологічна тканина, коефіцієнт дифузного відбиття, напруженість електромагнітного поля.
the summary
Bezuglyy M. O. Method and system of adaptive laser therapy. -
8-09-2015, 23:58