CC BY
53
УДК 621.317.07.089
ОСОБЛИВОСТ1 М1КРОХВИЛЬОВИХ НИЗЬКО1НТЕНСИВНИХ ВИПРОМ1НЮВАНЬ МАТЕР1АЛ1В ДЛЯ Ф1З1ОТЕРАПЕВТИЧНИХ
ПРОЦЕДУР1
1 7
Яненко О. П. , д.т.н., професор; Яворський Б. I. , д.т.н., професор;
2 1 Ткачук Р. А . , д.т.н., професор; Русинчук В. П. , маг^трант
1 Нащоналъний техмчний умверситет Укршни «Кшвсъкий полтехмчний тститут», Кигв, Украгна,
2Тернотлъсъкий нащоналъний техмчний унгверситет ¡м. 1вана Пулюя,
Тернотлъ, Украгна [email protected]
PECULIARITIES OF LOW-INTENSITY MICROWAVE RADIATION OF MATERIALS FOR PHYSIOTHERAPY TREATMENTS
1 2 Yanenko O. P. , Doctor of Engineering, Professor; Yavorskyy B. I. , Doctor of
Engineering, Professor; Tkachuk R. A. , Doctor of Engineering, Professor;
Rusynchuk V. P.1, Undergraduate Student.
1Ukrainian National Technical University «Kyivpolytechnical institute», Kyiv, Ukraine, 2Ternopil Ivan Puluj National Technical University, Ternopil, Ukraine
Вступ
Низькоштенсивш MiKpoxBanbOBi сигнали, в основному мм^апазону частот, достатньо широко використовуються в практичнш медицин тд piзними назвами - мшметрова терашя, шформацшно-хвильова, мжрохви-льова резонансна тератя [1, 2]. Об'еднуючим фактором е дiапазoн частот, який при цьому використовуеться, (30 - 300) ГГц, та потужшсть впливаю-чого сигналу. 1нтегральна потужшсть монохроматичних та шумових сиг-наив може вибиратися в межах
(10-6 - 10-12) Вт/см2
, а спектральна щшь-
10 21 2
шсть потужност шуму -
(10-10 - 10-21) Вт
см- /Гц. Використання низько ш-тенсивних сигнаив достатньо ефективне в багатьох сферах практично!' ме-дицини - ортопедп, неврологи, ендокринологп пульманологп та шших на-прямках i теxнoлoгiяx фiзioтеpапii. В той же час , поряд iз спещаизованою медичною апаратурою широко використовуються в piзнoманiтниx фiзio-терапевтичних теxнoлoгiяx матеpiали та об'екти природного походження. До таких матеpiалiв слiд вiднести, перш за все озокерит, лжувальш гряз^ паpафiн, сiль та широкий ряд мшераив, якi застосовуються в лгготера-пii [3, 4].
Дoслiдження електромагштних мiкpoxвильoвиx пoлiв i випромшю-вань (ЕМВ) мшераив проведене авторами [5, 6] подтвердило про наявнiсть
1 http://radap.kpi.ua/radiotechnique/article/view/989
в спектр1 сигналу компоненти мшшетрового д1апазону, яка може викорис-товуватись в якост лшувально! складово! при на^ванш мшераив до те-рапевтично допустимо! температури (40 - 50) 0С. В процес проведених дослщжень були видшеш мшерали з високою випромшювальною здат-нють до яких вщнесено нефрит, агат, ошкс. За температури людського тша 36 0С р1вень випромшювання цих мшераив бшьший за р1вень випромшю-вання людини , що сприяе формуванню додатних потоюв ЕМВ. Окр1м того виявлеш мшерали, як за тако! температури мають менший р1вень випромшювання i в цьому випадку формують вщ'емш потоки ЕМВ.
Вперше вщ'емш потоки в оптичнш областi були зафiксованi та вивче-нi автором [7], а в област мм- хвиль колективом авторiв [8].
Враховуючи вказанi особливостi авторами публжацп [6] було запро-поновано тепловий генератор з реверсивним регулюванням температури та вщповщним формуванням тих чи iнших потоюв ЕМВ. Достатньо ефектив-ну дш вщ'емних потокiв пiдтвердили лабораторнi та кмшчш дослiдження проведенi в шститул проблем онкологи iм. Р.Е. Кавецького НАН Укра!ни та науково-дослiдному цен^ квантово! медицини МОЗ Укра!ни, що знайшло вiдображення в технологи лшування, оформлено! патентом [8].
Постановка задачi
Ефективнiсть природних матерiалiв для фiзiотерапi!' пояснюеться в основному дiею тепла та про^ванням вiдповiдно! дiлянки тша пащента i зовсiм не враховуеться, що при на^ванш подiбнi матерiали випромшю-ють широкий спектр сигнашв радiочастотного дiапазону [6]. Терапевтична ж сумарна дiя, при цьому буде складатися як з теплово! так i мжрохвильо-во! компоненти, а тому бшьш поглиблене вивчення структури сигнаив природних матерiалiв для фiзiотерапi! е актуальною задачею.
Метою даного дослгдження е визначення наявностг та ргвня випромг-нювання мгкрохвилъовоХ складовог, при нагр1ванш наведених природних матергалгв до терапевтичног температури, для можливостг ii врахуван-ня при проведеннг фгзготерапевтичних процедур.
Основна частина
Вщомо, що фiзичнi тша при на^ванш випромшюють шумовi сигнали в широкому дiапазонi частот. Рiвень спектрально! потужност мжрохви-льово! компоненти цих сигнаив, для радiочастотного дiапазону можна ро-зрахувати за формулою Релея - Джшса:
S= (1)
С 2
де k — постшна Больцмана ( 1,38 1023 Дж); T — температура об'екта (фь
к
зичного тiла); f — частота випромiнювання; с — швидкiсть свiтла; ß — коефщент «шросл», який характеризуе випромiнювальну здатшсть
об'екта (для абсолютно чорного тша / = 1).
Коефщент в для «шрих» тш можна визначити за вiдомою формулою:
3 = Р0 / Рачт (2)
де Р, Ртт — iнтегральна потужнють випромiнювання об'екта та вiдповiдно
абсолютно чорного тша за дано! температури.
Враховуючи вщм1чеш особливосп нагрiтих тiл був створений лаборатор-ний макет для експериментального до-слiдження матерiалiв, схема якого представлена на рисунку 1.
Для дослщження випромшюваль-но! здатностi були вибранi матерiали, що найбiльш часто використовуються в фiзiотерапi! — озокерит ( родовище Борислав, Львiвська обл.), лiкувальна грязь ( Микулинщ, Тернопiльська обл.), кристалiчна сшь (Артемiвськ) i пара-фiн, як один iз компонентiв лшуваль-них сумшей [3]. Для порiвняння досль джувалась також випромiнювальна здатнiсть пластинки дерева (ясен) та фрагмент юстки. Озокерит вiдрiзняеться високою теплоемнiстю та низь-кою теплопровiднiстю з можливою температурою використання в тепло-вих аплжащях 40-500 С. В його склад входять парафши, церезини, а також, як i в склад лiкувальних грязей — бiологiчно активш речовини. В резуль-татi проведення вимiрювань на частотi / = 45ГГц були отримаш наступи значення випромiнювано! потужностi для зразюв, якi представленi в табл. 1.
Рис. 1. Схема лабораторного макету
для дослщження матер1ал1в: 1 — термостат з автоматичним контролем
температури, 2 — нагр1вач, 3 — кювета з дослщжуваним матер1алом,
4 — приймальна антена, 5 — високочутлива радюметрична система (РС), 6 — шдикатор.
Таблиця 1
До^джуваний зразок Значення потужностi (Вт / см2) в
Озокерит(сумш) 1,8 -1013 0,1
Грязь (чиста) 1,6 -1013 0,08
Грязь + парафш (використаш) 0,5 -1013 0,02
Парафш, чистий 1,05 -1014 0,05
Дерево 6-10~13, 0,3
Сшь 2,2 -1013 0,11
Людина(^=31°С) 4 -10~13 0,21
Кютка 6,8 -1013 0,35
Процес вимiрювання значень випромiнювано! потужност про-водився з використанням атесто-вано! радiометрично! системи, чутливють яко! становить 1014(Вт), що дае можливють з впевненiстю говорити про точ-нiсть та достовiрнiсть отриманих результапв. Перед початком проведення вимiрювань зразки було пiдготовлено та нагрло в термостат! до температури 40"С. Випромiнювальна здатнiсть АЧТ для дано! температури, розрахо-
19 9
вана за формулою (1), складае 1,94-10 Вт/см , а коефiцiенти «шросл» вибраних матерiалiв, визначенi за формулою (2), наведен в табл.1. Ви-промшювання людини представляе собою усереднене значення двох респондент, вимiряне в середин долонi з попередньою ощнкою 11 темпера-тури (1т — температура точки на долош людини).
1з таблицi видно, що рiвень випромiнювання дiлянки долонi людини, навпъ за температури (310С), значно меншш нiж температура прогрiтих матерiалiв (400С), бiльший в 2 рази по вщношенню до сумiшi озокериту та в 4 рази по вщношенню до лшувально! сумiшi грязi та парафшу.
Аналiз отриманих результатiв показуе, що наряду з про^ванням ап-лiкацiями озокеритом та грязями (створенням додатних потоюв) форму-еться мшрохвильова компонента, яка по вiдношенню до тша пацiента створюе «вщ'емний потш», здатний зменшувати больовi синдроми з над-лишком температури. Парафiн, що додаеться як до складу озокериту так i лшувально! грязi при тдготовщ лшувально1' сумiшi для 11 стабшзацп, призводить до зменшення випромшювально! здатностi сумiшi в мшрохви-льовому дiапазонi, величина яко1 залежить вщ вiдсоткового стввщношен-ня компонентiв. Цим стввщношенням можна регулювати рiвень «вщ'емного» потоку, а вiдповiдно i ефективнють лiкування захворювань з больовими синдромами, добавляючи до сумiшi бiльший вщсоток парафiну. Таку ж здатнiсть мае сшь i розчини на 11 основi (сольовi аплшаци, ванни тощо), на вiдмiну вiд дерева та юстки, якi мають бiльший рiвень випромь нювання нiж тiло людини i формують по вiдношенню до нього додатш потоки ЕМВ.
О^м того, була дослiджена динамжа змiни ЕМВ матерiалiв при 1х охолодженнi вiд максимальнiй температурi на^ву, яка використовуеться при процедурах (500 С) до температури тiла (контрольовано! точки долонi). Графiк змiни рiвня штегрально1' потужностi представлений на рис. 2. Рь вень випромiнювання людини для контрольних точок температур 310С, 400С та 500С розраховувався з використанням формули Найквюта:
Р = кТА/, (3)
8
де А/ = 10 Гц смуга анаизу високочутливо! радюметрично! системи.
0 13 2
Для точки 31 С розрахункове значення складае 4,18 10- Вт/см яке вiдрiзняеться вщ вимiряного менше 5 вщсотка, що е прийнятним для НВЧ вимiрювань та добре пiдтверджуе достовiрнiсть вимiрювань. Подiбним чином були розраховаш рiвнi випромiнювання тiла людини для температур 400С та 500С.
Р Вт/с*г 8x10 й
6x10"13
4x10"11
7/
А
/ - У -- 1
- !-- --- * л.
5.
зо
35
со
45
50 ГС
Рис. 2. Графiк змiни штегрально'1 потужносп: 1 — iнтегральна потужнiсть тша людини;
2 — iнтегральна потужшсть сумiшi озокериту; 3 — штегральна потужнiсть грязi з домiшками парафшу; 4 — iнтегральна потужнiсть парафшу; 5 — iнтегральна потужнiсть чиста грязi; 6 — iнтегральна потужшсть дерева; 7 — штегральна
потужшсть юстки.
Продемонстроваш залежносл iнтегральноi штенсивносл мжрохви-льового випромiнювання вiд температури надають можливють говорити, що поряд iз iнфрачервоною (тепловою) компонентою юнуе мiкрохвильова складова, яка може також впливати на фiзiологiчний стан живого оргашз-му. Кiлькiснi результати проведеного дослщження дають можливiсть вста-новити, як саме речовини та природш джерела, що використовуються з лшувальною метою, для покращення функцiонального стану випромшю-вання, мають максимальний рiвень мiкрохвильового випромiнювання. Окрiм того, з отриманого графша рис.2, можна ощнити динамiку змiни по-тужностi цього випромшювання при проведеннi тепловоi процедури. 1з розглянутих матерiалiв найменшу випромшювальну здатнiсть мае парафiн. Так за температури 400С потужнiсть випромiнювання становила значення, яке спiвставлень з чутливютю вимiрювальноi радiометричноi системи. Добавка парафшу до озокериту для шдвищення пластичност сумiшi одноча-сно значно знижуе рiвень мiкрохвильовоi компоненти.
Як видно з рис. 2 при температурi меншш за 350 С рiвень мшрохви-льово!' компоненти фрагменту юстки та дерева практично сшвпадае з рiв-нем випромiнювання дшянки тiла людини. Збiльшення температури вище 350 С призводить до рiзкого збiльшення потужностi мiкрохвильовоi компоненти, особливо фрагмента юстки. Така динамша змiни ЕМВ може бути одним iз позитивних лiкувальних факторiв, який виникае в тш людини i благотворно впливае на функцiональний стан людського оргашзму при за-хворюваннях з тдвищеною температурою або в мюцевих дiлянках тiла з юстковим включенням при запальних процесах.
Висновки
1. Ефектившсть використання природних матерiалiв в тепловш фiзю-терапп необхiдно пов'язувати не тшьки з наявнiстю iнфрачервоноi компонента, a i, як показали дослщження, з пpисутнiстю мжрохвильово! складо-во!, яка мае значний вплив на результат лшування.
2. Мшрохвильове ЕМВ для розглянутих терапевтичних мaтepiaлiв мае характер вiд'емного потоку, по вщношенню до тiлa людини, який створюе ефект «вщбору» енергп при мюцевих запальних процесах.
3. Використання мaтepiaлу з низькою випpомiнювaльною здатнютю (пapaфiнa) в сумiшi з основним компонентом (озокеритом або гряззю) до-зволяе не тiльки стaбiлiзувaти лжувальну сумiш, a i регулювати piвeнь по-тужностi вiд'емного потоку.
4. Слщ вiдмiтити також, що кютки людини мають бiльш високий pi-вень випpомiнювaння мжрохвильово! складово!, у поpiвняннi з м'якими тканинами i е своеpiдними генераторами мiкpохвиль, як стимулюють кль тини нашого оргашзму, в тому числi при збшьшенш температури тiлa.
Перел1к посилань
1.Ситько С.П. Аппаратурное обеспечение современных технологий квантовой медицины/ С.П. Ситько, Ю.А.Скрипник, А.Ф.Яненко. - К. : ФАДА ЛТД, 1999. - 199 с.
2.Ситько С.П. Введение в квантовую медицину/ С.П.Ситько, Л.Н.Мкртчян. - К. : Паттерн, 1994. - 146с.
3. Фоменко Н.В. Рекреацшш ресурси та курортология / Н.В. Фоменко. - К. : Центр навчально! лггер., 2007. - 312с.
4. Специальная физиотерапия / под ред.. Л. Николовой. - София : Медицина и физкультура, 1983. - 433 с.
5.Скрипник Ю.А. Микроволновая радиометрия физических и биологических обь-ектов / Ю.А. Скрипник, А.Ф.Яненко, В.Ф.Манойлов, В.П.Куценко, Ю.Б. Гимпилевич. -Житомир : Изд-во «Волынь», 2003. - 408 с.
6. Яненко О.П. Дослщження випромшювально! здатносп мшерал1в для побудови м1крохвильових генератор1в медичного призначення / О.П. Яненко, А.В. Мовчанюк, В.С. Вшокуров // Вюник НТУУ «КП1». Сер1я Радютехшка. Радюапаратобудування. -2011. - № 47. - с. 158-164.
7. Степанов Б. И. Основы спектроскопии отрицательных световых потоков / Б. И.Степанов. - Минск : Изд-во Белгосуниверситета, 1961. - 124 с.
8. Понежа Г.В. Положительные и отрицательные потоки микроволнового излучения от физических и биологических объектов / Г.В. Понежа, С.П. Ситько, Ю.А. Скрипник, А.Ф. Яненко // Physics of Alive. - 1998. - Vol.6, № 1. - p. 11-14.
9. Патент на винахщ №59399, Украша, МК1 А6Ш5/02 Спос1б мшрохвильово! те-pami / Л.С. Бундюк, О.П. Кузьменко, Г.В. Понежа, С.П. Сггько, Ю.О. Скрипник, О.П. Яненко ; Заявн: НДЦ квантово! медицини «Вщгук» МОЗ Украши ; Заявл. 30.12.1999р. 0публ.15.09.2003р. Бюл.№9
References
1. Sit'ko S.P. eds., Skripnik Yu.A. and Yanenko A.F. (1999) Apparaturnoe obespeche-nie sovremennykh tekhnologii kvantovoi meditsiny [Instrumental provision of modern technology of quantum medicine]. Kiev, FADA LTD Publ., 199 p.
2. Sit'ko S.P. and Mkrtchyan L.N. (1994.) Vvedenie v kvantovuyu meditsinu [Introduction to quantum medicine]. Kiev, Pattern Publ., 148 p.
3. Fomenko N.V. (2007) Rekreatsiini resursy ta kurortolohiia [Recreational resources and Balneology]. Kyiv, Tsentr navchalnoi literatury, 312 p.
4. Nikolova L. eds. (1983) Spetsial'naya fizioterapiya [Special physiotherapy]. Sofiya : Meditsina i fizkul'tura Publ., 433 p.
5. Skripnik Yu.A., Yanenko A.F., Manoilov V.F., Kutsenko V.P. and Gimpilevich Yu.B. (2003) Mikrovolnovaya radiometriya fizicheskikh i biologicheskikh ob'ektov [Microwave radiometry of physical and biological objects]. Zhitomir, Volyn' Publ., 408 p.
6. Yanenko, A. F., Movchanyuk, A. V. and Vinokurov, V. S. (2011) Research of a radiate ability of minerals is for the construction of microwave generators of the medical setting. Visn. NTUUKPI, Ser. Radioteh. radioaparatobuduv., no. 47, pp. 158-164. (in Ukrainian)
7. Stepanov B. I. (1961) Osnovy spektroskopii otritsatel'nykh svetovykh potokov [Foundations of spectroscopy of negative light fluxes]. Minsk, Belgosuniversitet Publ., 124 p.
8. Ponezha G.V., Sit'ko S.P., Skripnik Yu.A. and Yanenko A.F. (1998) Polozhitel'nye i otritsatel'nye potoki mikrovolnovogo izlucheniya ot fizicheskikh i biologicheskikh ob"ektov [Positive and negative flows of the microwave radiation from physical and biological objects]. Physics of Alive, Vol.6, № 1, pp.11-14.
9. Bundiuk L.S., Kuzmenko O.P., Ponezha H.V., Sitko S.P., Skrypnyk Iu.O., Ianenko O.P. (2003) Sposib mikrokhvylovoi terapii [Method of microwave therapy]. Patent UA 59399.
Яненко О.П., Яворський Б. I., Ткачук Р.А .,Русинчук В. П. . Особливост1 мтрохви-льоеих низькоттенсивних еипромтюеань матер1ал1е для ф1зютерапевтичних процедур Авторами проведено досл1дження низько ттенсивних електромагттних випро-м1нювань (ЕМВ) природних матер1ал1в, як1 використовуються для теплових ф1зюте-рапевтичних процедур. В результатг радюметричних вим1рювань слабких сигнал1в на частотi 45 ГГц проведена юльшсна ощнка ргвня потужност1 цих сигнал1в, який об-
-12 -13 2 0
межуеться дiапазоном (10- - 10' ) Вт/см за терапевтичних температур (35-50) С. Виявлено, що нарiвнi i3 тепловим (тфрачервоним) додаттм потоком при використан-т озокериту та л^вальног грязi формуеться мтрохвильова компонента вiд 'емного типу, чим пояснюеться додатковий цшющий вплив лтувальних процедур при больових запальних процесах , як характеризуються тдвищеною температурою. Встановлено, що парафш мае низьку випромтювальну здаттсть, а спiввiдношенням кiлькостi основного компонента л^вальног сумiшi та парафту можна регулювати рiвень вiд 'емног мжрохвильовог компоненти.
Ключовi слова: електромагттне еипромтюеання, озокерит, е1д'емн1 та дода-тн1 потоки
Яненко А. Ф., Яворский Б. И., Ткачук Р. А., Русинчук В. П. Особенности микроволновых низкоинтенсиеных излучений материалов для физиотерапевтических процедур. Авторами рассмотрены результаты исследования низкоинтенсивных ЕМИ природных материалов, используемых для тепловых физиотерапевтических процедур. В результате радиометрических измерений слабых сигналов на частоте 45 ГГц проведена количественная оценка уровня мощности этих сигналов, ограниченных диапазо-
-12 -13 2 О
ном (10- - 10' ) Вт/см для терапевтических температур 35-50 С. Выявлено, что наряду с тепловым (инфракрасным) положительным потоком при использовании озокерита и лечебной грязи формуется микроволновая компонента отрицательного типа, чем объясняется дополнительное лечебное влияние при болевых воспалительных процессах, которые характеризуются увеличенной температурой. Установлено, что парафин имеет низкую способность излучения и соотношением количества основного компонента лечебной смеси можно регулировать уровень отрицательной микроволновой компоненты.
Ключевые слова: электромагнитное излучение, озокерит, отрицательные и положительные потоки
Yanenko A.F., Yavorskyy B.I, TkachukR.A., Rusinchuk V.P. Peculiarities of low-intensity microwave radiation of materials for physiotherapy.
Introduction The results of low-intensity EMI of natural materials studies used for thermal physiotherapy are reviewed.
Research results In a result of radiometric measurements of weak signals at frequency of 45 GHz and therapeutic temperatures of (35-50)°C the quantitative assessment of the pow-
-12 -13 -2
er level of these signals remain limited in diapason of (10-12 - 10-13) W ■cm' . It was detected that in addition to thermal (i.e. infrared) positive flow using the mineral wax and mud were molded the micro components of negative type. This fact explains the additional therapeutic influence at painful inflammatory processes, which are characterized that is increased temperature.
Conclusions It was found that the wax has a low emissivity and that by the ratio of the main component of the therapeutic mixture it is possible to control the level of negative microwave component.
Keywords: electromagnetic radiation, mineral wax, negative and positive flows
