Разработка физиотерапевтического аппарата для лазерной акупунктуры Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

В данном уравнении математической модели подставлены значения всех подобранных параметров и X(t) представляет собой тестовую последовательность.

Для формирования моделей ЭКС других патологий процесс не претерпевает никаких изменений. Методика, предложенная авторами статьи, позволяет создавать тестовые последовательности и математические модели не только электрокардиосиг-нала в «норме» и при «патологиях», но и других видов ЭФС.

Генерация тестовых последовательностей по построенным математическим моделям осуществляется имитатором ЭКС, подобным описанному в работе [3], но с более широкими возможностями. Такой имитатор способен воспроизводить синтезированные по математическим моделям сигналы. Его можно использовать при проверке работоспособности электрокардиографических каналов медицинских устройств.

Для оценки работы алгоритмов распознавания и обработки других ЭФС необходимо расширить базу знаний имитатора, создав для этого базу данных моделей тестовых последовательностей этих сигналов.

Это позволит применять разработанный имитатор для тестирования и оценки работоспособности медицинских приборов регистрации и анализа параметров электрофизиологических сигналов, а также для нужд процесса обучения студентов медико-технических специальностей.

Литература

1. Костенков С. Ю., Сидорова М. А. Особенности математических моделей электрофизиологических сигналов // Известия вузов. Поволжский регион. Технические науки. 2013. № 3. С. 19-25.

2. ГОСТ Р 50267.47-2004 (МЭК 60601-2-47-2001). Изделия медицинские электрические. Часть 2. Частные требования безопасности с учетом основных функциональных характеристик к амбулаторным электрокардиографическим системам. М.: Изд-во стандартов, 2004.

3. Костенков С. Ю. Особенности разработки программного имитатора электрофизиологических сигналов / С. Ю. Костенков, М. А. Сидорова / / XXI век: Итоги прошлого и проблемы настоящего. Технические науки. Информационные технологии. 2013. № 10 (14). С. 210-214.

УДК 615.841+615.814.1

В. Н. Баранов, д-р мед. наук, академик Лазерной академии наук РФ, профессор, А. С. Качалин, аспирант, М. С. Бочков, аспирант,

Тюменский государственный нефтегазовый университет

Разработка физиотерапевтического аппарата для лазерной акупунктуры

Ключевые слова: точка акупунктуры, лазерное излучение, эффективный режим, область кожи, теплопроводность, чувствительность к температурным раздражителям.

Keywords: рoint acupuncture, laser radiation, the effective mode area of skin, thermal conductivity, sensitivity to thermal irritant.

Проведен сравнительный анализ различных режимов прогревания точек акупунктуры (ТА) лазерным излучением и предложено новое устройство для реализации наиболее эффективного режима. Установлено, что области кожи, соответствующие локализации зоны акупунктуры, имеют более низкую теплопроводность и отличаются высокой чувствительностью к температурным раздражителям.

В настоящее время возрастают требования к лазерной терапии. Методики лечебного лазерного воздействия, заключающиеся в облучении биологических тканей при неподвижном положении излу-

чателя как в непрерывном модулированном, так и в импульсном и сканирующем режимах, недостаточно эффективны [1]. В последние годы в физиотерапии начали успешно применяться методики лазерного облучения точек акупунктуры (ТА). Известно [3, 5], что легкое раздражение нервных окончаний и активация нервной проводимости обеспечивается повышением температуры в тканях. Считается, что лазерное воздействие на зоны акупунктуры идентично древнему китайскому методу прогревания и прижигания полынными сигарами [3, 4]. В мок-сатерапии используются методики: неподвижного расположения горящей сигары над ТА; плоскостного сканирования — «поглаживания» сигарой ТА («утюжка»); «клюющего дзю», когда сигара ритми-

биотехносфера

| № 3(33)72014

чески приближается и отдаляется от точки с частотой 1—2 Гц. Однако все еще не разработаны методики лазерного воздействия и системы управления лазерным лучом для объемного сканирования ТА — аналога китайской методики «клюющего дзю», которое по данным китайской медицины обладает более выраженным возбуждающим действием на нервную систему в отличие от двух предыдущих методик [3].

Была поставлена цель — провести сравнительный анализ различных режимов прогревания ТА лазерным излучением и предложить новое устройство для реализации наиболее эффективного режима. Установлено, что области кожи, соответствующие локализации зоны акупунктуры, имеют более низкую теплопроводность и отличаются высокой чувствительностью к температурным раздражителям [2]. В этой связи по температурным показателям на поверхности кожи в проекции ТА, регистрируемым при облучении лазерами, предполагается судить и о силе лечебного раздражения, создаваемого на аку-пунктурной точке. Для измерения температуры применялся портативный тепловизор Fluke Ti32. В качестве генератора лазерного излучения применена установка производства НИИ Полюс им. М. Ф. Стель-маха (Москва), включающая два полупроводниковых лазера, излучающих на длинах волн 0,67 и 0,85 мкм. Мощность излучения на выходе гибкого кварцевого световода контролировалась измерителем мощности лазерного излучения «Мустанг-стандарт».

Объектом исследования явились кожные поверхности пальцев рук в проекции внемеридиальных ТА Ши-сюань (РС86), находящихся в середине кончика пальцев. Исследуемая группа состояла из пяти мужчин в возрасте от 24 до 26 лет. На кожу указательного пальца правой руки, а затем, после кратковременного отдыха, и левой руки в проекции ТА последовательно воздействовали лазером на длинах

а)

36

35,6

CS

£ 35,2

§ 34,8 Н

34,4

34

волн излучения 0,67 и 0,85 мкм. Расстояние от дис-тального торца световода до кожи пальца равнялось 3 мм. Мощность излучения составляла 5,0 мВт для излучения с длиной волны 0,67 мкм и от 10,0 мВт для излучения с длиной волны 0,85 мкм. Плотность мощности лазерного излучения на поверхности пальца при облучении в неподвижном режиме составляла 25,0 мВт/см2, при плоскостном сканировании за одну секунду от 0 до 25,0 мВт/см2, а при объемном сканировании в течение одной секунды менялась в зависимости от расстояния до кожи пальца от 1,0 до 25,0 мВт/см2. Экспозиция равнялась 180 с.

Термограммы на поверхности кожи пальца в проекции ТА снимались четыре раза: до облучения и три раза во время облучения через каждые 60 с. Статистическая обработка результатов исследования производилась в предположении нормальности распределения Стьюдента с доверительной вероятностью 0,95. В результате исследования были получены термограммы, характеризующие динамику изменения температуры на поверхности кожи пальцев в процессе лазерного облучения ТА (рис. 1). Температура при неподвижном режиме облучения и режиме плоскостного сканирования в обоих диапазонах излучения снижалась к концу третьей минуты лазерного воздействия, причем при инфракрасном облучении в неподвижном режиме даже опускалась на 0,2 °С к концу первой минуты облучения. Температура быстрее и интенсивнее росла к концу третьей минуты при облучении в режиме объемного сканирования. Причем нагрев наблюдался как при облучении на длине волны 0,67 мкм (на 1,2 °С), так и на длине волны 0,85 мкм (на 0,8 °С).

Режимы облучения при неподвижном расположении световода и плоскостном лазерном сканировании генерировали меньше теплоты на поверхности кожи, причем к концу третьей минуты отмеча-

б)

60 120 Время, с Р < 0,05

180

35,5

34,5

CS

р

CS

р

33,5

32,5

31,5

60 120 Время, с Р < 0,05

180

Динамика температуры в области ТА при воздействии несколькими режимами излучений: с длиной волны 0,85 мкм (а) и 0,67 мкм (б)

1 — неподвижный режим облучения; 2 — режим объемного сканирования; 3 — режим плоскостного сканирования

0

0

Рис. 1

№ 3(33)/2014 |

биотехносфера

лась тенденция падения температуры, связанная, по-видимому, со спазматической реакцией артериол микроциркуляторного русла глубинных слоев кожи в ответ на плотный поток баллистических фотонов и, соответственно, со снижением кровотока на ее поверхности. Излучение же лазеров по методике объемного сканирования из-за сильного рассеяния в поверхностных слоях ткани пальцев интенсивнее поглощалось мембранами клеток и вызывало более выраженный местный нагрев кожи и, возможно, ответную на теплоту активацию микроциркуляции. По-видимому, излучение с длиной волны 0,67 мкм интенсивнее поглощалось меланином кожи и гемоглобином крови капилляров, чем излучение с длиной волны 0,85 мкм, чем и объясняется более выраженный нагрев поверхности кожи при облучении излучением с длиной волны 0,67 мкм. Излучение же с длиной волны 0,85 мкм попало в так называемое «медицинское спектральное окно», простирающееся от 0,7 до 0,9 мкм, где поглощение света было минимальным.

Результаты исследования позволили обосновать необходимость разработки и применения в физиотерапии нового устройства, обеспечивающего объемное сканирование ТА путем автоматического перемещения световода в возвратно-поступательном направлении с плавной регулировкой частоты его перемещения от 0,5 до 10,0 Гц. Схема устройства показана на рис. 2. Предлагаемая система управления лазерным излучением содержит: механизм, перемещающий световод, состоящий из двигателя 1, вращающего на своей оси рычаг 2, закрепленный подвижно с мобильным световодом 3, помещенным в отдельный корпус 4; прозрачную пробирку 5, внутри которой перемещается световод, а также из лазерных диодов 11, которые подключаются к световоду через оптический разъем 12.

Излучение лазеров подается к точке акупунктуры 6. Устройство включает: регулятор частоты перемещений световода 7 и мощности излучения 8; прерыватель излучения 13; блоки индикации окончания процедуры 9 и управления 10 с кнопками для включения питания устройства и включения выключения излучения, установки времени, частоты и мощности сканирования.

Выводы

В результате исследования показано, что температура на поверхности кожи в проекции точек акупунктуры при неподвижном облучении и в режи-

5 б.

12

11

Рис. 2

Блок-схема системы управления объемным лазерным сканированием

ме плоскостного сканирования как на длинах волн 0,67 мкм, так и на длине 0,85 мкм снижалась к третьей минуте лазерного воздействия, причем при инфракрасном облучении в неподвижном режиме температура снижалась быстрее. Исследование объемного сканирования показало рост температуры зоны облучения, что указывает на преимущество режима объемного сканирования перед остальными как более теплообразующего. Предложена схема устройства, перемещающего световод в возвратно-поступательном направлении с регулировкой частоты его перемещения.

Литература

1. Ефименко А. В., Монахов Ю. А., Петров А. А. Перспективные конструкции оптико-механических дефлекторов для управления лазерным лучом // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2006. № 5 (28). С. 68-74.

2. Загускин С. Л. Гипотеза о возможной физической природе сигналов внутриклеточной и межклеточной синхронизации ритмов синтеза белка // Известия АН. Сер. биолог. 2004. № 4. С. 389-394.

3. Овечкин А. М. Основы чжень-цзю терапии. Саранск, 1991. 417 с.

4. Bisco I. I. Use of the laser beam in acupuncture // Acupuncture Electro-therapeut. Res. Int., 1980. V. 5. P. 29-40.

5. Ferrari E., Emiliani V., Cojoc D. et. al. Biological samples micromanipulation by means of optical tweezers // Microelectronic Engeneering, 78-79. 2005. Р. 575-581.

3

биотехносфера

I № 3(33)72014