CC BY
57
Краткое сообщение
размывание признакового пространства посредством функций принадлежностей. В слое Ь2 происходит синтез частных разделяющих прямых, то есть множества {у=^к)(х)} для (2). Эти уравнения задаются на входах этого слоя Ь2 (на выходе первого слоя имеем три частных коэффициента уверенности по принадлежности тестируемого объекта к заданному классу К1, К2, К3).
Хотя на рис. 2 на выходах слоя Ь2 указаны уравнения плоскостей, на самом деле это уравнения прямых, так как, по крайней мере, хотя бы один из их коэффициентов ^1, ^2, w3 должен быть равен нулю, что обеспечено самим принципом обучения модуля -разделяющие прямые получены в плоскостях, являющихся проекциями признакового пространства К1,К2,К3 на одну из трех плоскостей: К1,К2; К1,К3; К2,К3. Слой Ь3 обеспечивает иерархический принцип проверки условий. Его структура такова, что на входе Ь1 может быть активизировано только одно из условий п-1. При выполнении условия более высокой иерархии запрещается проверка условий более низкой иерархии.
Слой Ь4 обеспечивает присутствие на выходе решающего модуля коэффициента уверенности отнесения объекта к заданному классу. Его модель представлена в виде мультиплексора, на входах которого имеется п коэффициентов уверенности, соответствующие каждому из п-1 условий слоя Ь3. Алгоритм обучения модуля нечеткого вывода см. на рис. 2. Для его работы нужны обучающие выборки: заданный класс и «фон». Раз выделяем всего лишь 2 класса, то в слое Ь1 используем функции принадлежности только к 1-му классу, т.к. частный коэффициент уверенности по 2-му классу определяется как дополнение до единицы частного коэффициента уверенности по 1-му классу.
Два множества {К1\,К2\,К3\} и {К12|,К22|,К32|}, механизмы получения которых идентичны, но если они будут показаны на плоскости, как на рис.3, то элементы, относящиеся к разным выборкам будут помечены разными символами, на рис. 3 это символы * и °. При п=1 блок 4 (рис. 2) строит три проекции признакового пространства, соответствующих двум обучающим выборкам, одну из которых см. на рис. 3. В блоке 5 (рис. 2) оператор в интерактивном режиме строит отделяющие прямые так, чтобы выделить область признакового пространства, где находятся объекты только одного класса. Окончательный выбор отделяющей прямой определяется показателем качества, который зависит от числа объектов класса, попавших в область отделения.
0rf=W^Irfc.1 + ^2Ж2 ^20п=*№2 1пК1 + 'М22пК$ (3)
»■»<=»3л<К2 + »32»К3
На рис. 3 область отделения - это объекты 1-го класса над отделяющей прямой. Уравнение отделяющей прямой фиксирует весовые коэффициенты п-го сумматора в слое Ь2.
После этого надо зафиксировать класс попавших в область отделения объектов и их дислокацию над отделяющей прямой или под отделяющей прямой. Этот процесс проходит в интерактивном режиме (блок 8), и его итог фиксируется в п-м условии слоя Ь3. Блоки 10, 11 и 12 (рис. 2) обеспечивают занесения частных коэффициентов уверенности в базу правил слоя Ь4.
Рис.3. Диалоговый способ отделения объектов в признаковом пространстве
При этом в зависимости от того, какой класс отделяется п-й прямой, частный коэффициент уверенности будет равен нулю либо единице при условии, что в отделяемую область попали объекты только одного класса. Если это не так, то частный коэффициент уверенности равен отношению объектов первого класса, находящихся в области отделения, к общему числу объектов, попавших в эту область, при условии, что мы отделяем объекты первого класса. В блоках 13, 14 и 15 (рис. 2) происходит удаление объектов, попавших в область отделения из обучающих выборок. В блоках 18 и 19 (рис. 2) принимается решение о прекращении процесса отделения объектов или его продолжения. Это решение может быть принято экспертом либо в интерактивном режиме,
либо путем анализа результата вычислений в блоке 17, где определяется п-й частный коэффициент уверенности
КУп=Шос7(Шост + К2ост), (4)
где Шост - число оставшихся объектов в выборке 1-го класса после п отделений, К2ост- число оставшихся объектов в выбор -ке 2-го класса после п отделений.
Предложена 4-слойная структура нечеткого решающего модуля, включающая фуззификатор и базу правил, полученную на основе диалогового алгоритма обучения, позволяющая агрегировать частные коэффициенты уверенности по трем признаковым подпространствам с заданной точностью бинарной классификации, и предложен алгоритм обучения нечеткого решающего модуля, отличающийся использованием диалогового режима при отделении объектов на плоскости, являющейся проекцией трехмерного признакового пространства на одну из ортогональных плоскостей, в результате работы которого создается иерархическая структура решающих правил, позволяющая отнести объект к заданному классу с заданной достоверностью.
Литература
1. Кореневский Н.А. // Системный анализ и управление в биомедицинских системах.- 2003.- Т.1, №1.- С. 13-16.
2. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы.- М.: Горячая линия - Телеком, 2004.- 452 с.
3 .Растригин Л.А. Метод коллективного распознавания.-М.: Энергоиздат, 1981.- 80 с.
7а
Халед Абдул Рахим Салем окончил в 2004 году КГТУ. С 2005 года - очный аспирант кафедры «Биомедицинская инженерия». Автор 4 научных работ.
УДК 681.51:621.391.008.05
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ В ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
КОМПЛЕКСНОЙ НИЗКОИНТЕНСИВНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕРАПИИ
Ю.А. ЛУЦЕНКО*, И.И. СОКОЛОВСКИЙ**, С.И. СОКОЛОВСКИЙ**,
А. А .ЯШИН*
Введение: пример группы профессионального риска.
Управление транспортным средством - весьма специфический вид профессиональной деятельности - он является высокозатратным как с психоэмоциональной, так и соматической стороны (сома - тело). Типичная поза при этом: глаза широко раскрыты, мышцы шеи и спины напряжены и сжаты, спина сгорблена, плечи сжаты, будто несут на себе непосильный груз. Оптимизация эргономических характеристик рабочего места (кресла) не приводит к сколь существенному изменению указанного состояния. Мягкость опорных поверхностей кресла хотя и создает поначалу иллюзию повышенного комфорта, вскоре неизбежно ведет к перенапряжению мышц поясницы и спины из-за недостаточной поддержки областей бедер, ягодиц и крестца. При этом тазовая область смещается кпереди и поясничный лордоз уплощается или становится выпуклым. При жестких опорных поверхностях кресла экипаж почти сразу ощущает неудобство, причем степень дискомфорта резко возрастает со временем, достигая состояния невроза. Антропометрические характеристики у разных членов экипажа различаются, поэтому угол установки сидения и форма прокладки на сидении, являясь приемлемыми для одного человека, для другого существенно неприемлемы - ягодичная область сидящего человека скользит кпереди, сглаживая поясничный лордоз, как было указано ранее. В условиях профессиональной деятельности такое состояние сохраняется длительное время, так что большие и малые мышцы шеи находятся в сжатом положении, что приводит к нарушению кровообращения. В мышцах накапливаются вредные продукты обмена, что приводит к накоплению токсических веществ, которых при отсутствии лечения может становиться все больше и больше. Болевые ощущения распространяются на верхнюю часть спины, головную область, макушку, виски, глазницы, плечи, по обеим рукам. Боль распространяется на поясницу, ягодицы, нижние конечности. Если болевых точек слишком много, то это влияет на качество сна - такие люди не достигают четвертой стадии сна. После пробуждения нет чувства бодрости. В дальнейшем происходит формирование стойких патологических изменений позвоночного
**ГУП НИИ НМТ; 300026, г. Тула, пр-т Ленина, 104 ИТСТ НАНУ «Трансмаг»; Украина, 49005, Днепропетровск, ул. Писар-жевского, 5
Ю.А. Луценко, И.И. Соколовский, С.И. Соколовский и др.
столба и, как следствие, развитие его дегенеративно-
дистрофических заболеваний, что в свою очередь приводит к появлению болей. Боли в спине могут быть также вызваны нарушением функционального состояния позвоночника и связанных с ним околопозвоночных мышц, мышц спины и шеи.
Столь широкий набор патологических изменений в организме, болевых ощущений, которые могут достигать высокой интенсивности, так что в патологический процесс вовлекается не только опорно-двигательный аппарат, но и другие системы организма человека, приводят к тому, что к чисто гуманитарной проблеме неизбежно примыкает проблема безопасности управления транспортными средствами, в особенности высокоскоростными [1]. Естественно поэтому возникает проблема профилактики указанных нарушений в организме людей - членов экипажей транспортных средств и терапии уже возникших заболеваний. Учитывая, что указанный контингент составляют люди, в принципе, здоровые, необходимы разработки таких методик коррекции и терапии и устройств, их реализующих, которые бы не включали применение фармакологических средств (для техно-геннонагруженных территорий применение указанных средств нежелательно в принципе [2]). Ввиду низких уровней физиотерапевтических факторов, носящих энергоинформационный механизм воздействия, такая терапия имеет неповреждающий характер. Имеются данные о возможности использования низкоинтенсивных электромагнитных милливолновых полей для лечения опорно-двигательного аппарата человека [3]. Однако в указанных исследованиях использовался стандартный генератор милливол-нового излучения, предназначенный для использования в заводских лабораториях и имеющий значительные весогабаритные характеристики. Между тем, современные технологии позволяют создавать малогабаритные (вплоть до миниатюрных) полупроводниковые источники миллиметрового излучения с заданными энергочастотными и поляризационными характеристиками.
Выбор способа профилактики заболеваний и конструкции физиотерапевтического источника милливолнового излучения. Конструкторский синтез высокостабильного генератора с электрически управляемой частотой излучения. Известный способ физиотерапии больных остеохандрозом позвоночника посредством неинвазивного воздействия на биообъект низкоинтенсивным шумовым электромагнитным излучением (ЭМИ) миллиметрового диапазона длин волн [4] при значительной интегральной интенсивности излучения обладает выраженным седативным (диффузным) эффектом. Однако из-за низкой пропускной способности биологических тканей для шумового электромагнитного излучения [5], из-за селективности реакции сложной биомолекулы или клетки на воздействие ЭМИ различных длин волн отклик организма человека на шумовой сигнал не может быть эффективным, так как в этом излучении энергия, приходящаяся на частоту, на которую реагирует некоторая выделенная степень свободы молекулы, клетки слишком мала, чтобы создать существенную вероятность возбуждения биомолекулярных структур в таком количестве и обеспечить такое их коллективное взаимодействие, чтобы обеспечить запуск того или иного биологического механизма, хотя пространственная плотность энергии в таком шумовом спектре может быть значительной (аналогично «безучастности» биоорганизма к облучению естественным, неразло-женным светом нетепловой интенсивности). Поэтому отсутствие быстрых нейрофизиологических откликов на такое воздействие при нечетко выраженных субъективных ощущениях, которые позволяли бы нормировать интенсивность и время экспозиции в контурно-замкнутой биотехнической системе «пациент - аппарат» с системой обратных связей, снижает эффективность электромагнитной миллиметровой терапии [6], то есть редукции отрицательной клинической симптоматики явно недостаточно, чтобы признать такой способ терапии приемлемым, так как при разработке новых методов лечения следует стремиться, чтобы лечение было патогенетическим и этиотропным.
Известен также способ электромагнитной терапии посредством неинвазивного воздействия на биообъект широкополосным (в пять октав) мм-излучением диапазона КВЧ [7]. Полагается, что благодаря широкополосности ЭМИ возможна одновременная терапия обширного класса заболеваний. Однако при таком способе терапии возможны побочные эффекты. Это обусловлено тем, что при наличии в организме нескольких патологий, когда в патологический процесс вовлечены биомолекулярные структуры, клетки разнообразных типов и с различной степенью дефектности, то при предъявлении организму широкополосного излучения за счет свободной энергии метаболизма начнется неконтролируемый процесс довозбуждения (достройки) избыточного количества репрессированных (дефектных) клеточных структур,
приводящее к перестимуляции. Это противоречит фундаментальному закону медицины, гласящему, что темп лечения должен соответствовать резервным возможностям организма и превышение этого темпа может принести только вред [8]. В случае электромагнитной терапии это означает, что энергии метаболизма может оказаться недостаточно для реализации активации (достройки) чрезмерного количества биомолекулярных клеточных структур, что эквивалентно созданию в организме стрессовой ситуации и возникновению побочных эффектов.
Известен также способ электромагнитной терапии, который включает воздействие на ограниченные участки тела пациента модулированным по амплитуде, а также модулированным по частоте электромагнитным излучением с длиной волны в интервале 2.. .10 мм в течение 15.. .20 минут с интенсивностью 0,1.. .10 мВт/см2 [9]. Режим моночастотной терапии адресован клеточным структурам одного типа, в наибольшей мере репрессированным в соответствии с доминирующей нозологией и в процессе лечения возможно восстановление клеточных структур данного типа, а режим амплитудной модуляции (прерывистый режим) позволяет снизить энергетическую нагрузку на организм. Однако неопределенность спектральных и поляризационных характеристик, произвольный выбор частоты м характера амплитудной и частотной модуляции (50 Гц), не увязанный с временными параметрами протекания известных биологических процессов, более высоких, по сравнению с клеточным, иерархических уровнях биобъекта (органном и организменном), не позволяют однозначно рекомендовать режим работы для конкретного биообъекта. Не определен и характер поляризации воздействующих электромагнитных полей, который учитывал бы вид патологии и направление движения энергии и диссиметрию биомолекулярных (клеточных) структур. Не определены методы повышения чувствительности биотканей к низкоинтенсивным электромагнитным полям и терапевтической эффективности при глубоких патологиях.
Известно устройство для воздействия на биологические объекты электромагнитным излучением миллиметрового диапазона, содержащие полупроводниковый генераторный диод, включенный между двумя планарными проводниками и запиты-ваемый от источника постоянного тока через фильтр нижних частот в виде конструктивной емкости, образованной низкоимпе-дансным отрезком коаксиальной или планарной линии [10]. Отсутствие четко выраженного колебательного контура в конструкции такого генератора обеспечивает широкополосную шумовую генерацию, диапазон частот которой определяется параметрами генераторного диода. Отсутствие настроечных (перестроечных) элементов в генераторе не позволяет оптимизировать амплитудно-частотную характеристику устройства, в связи с чем функциональные возможности устройства ограничены. Для широкополосного некогерентного излучения не удается осуществить необходимую биоадекватную поляризацию воздействующих электромагнитных волн. Из конструктивных соображений в таком устройстве трудно обеспечить повышение терапевтической эффективности и за счет включения в процесс лечения иных физиотерапевтических факторов (постоянных магнитных полей), источник которых был бы связан с излучателем, а полярность магнитного поля соответствовала характеру патологии.
Известно также устройство для электромагнитной КВЧ-терапии, содержащей генератор, диэлектрический стержень, диэлектрический цилиндр из вспененного полимерного материала, цилиндрический волновод, волноводный рупор, втулку для крепления рупора и диэлектрическую насадку [11]. Конструкция указанного устройства решает задачу вывода ЭМИ КВЧ диапазона из генератора и ввода его в биологически активные зоны на теле человека. Наличие в устройстве цилиндрического волновода и волноводного конусного рупора, позволяет сформировать структуру электромагнитного поля так, что допускается любая взаимная ориентация излучателя и тела человека, в отличие от излучателей полоскового или пирамидального типа, где взаимное расположение излучателя и биообъекта строго детерминировано, что затрудняет проведение терапевтических процедур и получение положительного эффекта. Отсутствие конструкционных признаков в генераторе ЭМИ, которые обеспечили бы когерентность излучения, меняли поляризацию электромагнитных волн в соответствии с характером заболевания и вели амплитудную или частотную модуляцию излучения - крупный недостаток.
Известно устройство для мм-электромагнитной терапии, содержащее полупроводниковый генераторный диод (диод Ганна), установленный между широкими стенками отрезка прямоугольного волновода номинального сечения, и запитываемый от источника смещения через фильтр нижних частот, установленный в широкой стенке отрезка прямоугольного волновода, к
Ю.А. Луценко, И.И. Соколовский, С.И. Соколовский и др.
одному концу которого, являющемуся отражающим, подключен отрезок волновода запредельного сечения с поглощающей нагрузкой, а другой конец отрезка прямоугольного волновода является выходным и обращен к биообъекту [12]. Наличие отрезка запредельного для основного типа колебаний волновода с установленной в нем балластной нагрузкой позволяет обеспечить отражение волны основного типа и отфильтровывать колебания второй и более высоких гармоник основного типа колебаний и таким образом обеспечить получение высококогерентного сигнала и потенциально повысить биологический и терапевтический эффекты электромагнитного излучения. Однако вследствие отсутствия четко выраженного резонансного колебательного контура в таком устройстве и вследствие того, что для существующих полупроводниковых генераторных диодов мм-диапазона (лавинно-пролетных диодов) характерна довольно сложная форма тока с высокой долей гармоник, остающейся доли основного типа колебаний может оказаться недостаточно для достижения терапевтического эффекта. Отсутствие в устройстве возможности управления амплитудно-частотной характеристикой, как и режимом модуляции, не позволяет адаптировать режим работы устройства к лечению конкретного пациента.
„В|Л
Рис. 1. Конструкция устройства электромагнитной терапии
В основу настоящей разработки поставлена задача создания устройства электромагнитной мм-терапии, которое могло бы реализовать режимы комплексного воздействия на пациента различных физиотерапевтических факторов, которые позволили бы обеспечить биологические эффекты на многих иерархических уровнях организма и за счет этого повысить эффективность способа терапии и исключить побочные эффекты. Разработанная конструкция устройства (рис. 1) позволяет это осуществить.
Устройство содержит отрезок 1 прямоугольного волновода, полупроводниковый генераторный диод 2 (диод Ганна), подключенный через фильтр нижних частот 3 к источнику питания (на рис. не показан), отрезок коаксиальной линии 4, короткозамы-кающий поршень 5, выходной волновод 6, узел крепления полупроводникового диода 7, ферритовый вкладыш 8, установленный в щелевом зазоре коаксиальной линии. К выходному волноводу 6 подключен электроуправляемый аттенюатор 9 на я-/-р-ья-диоде
10, подключенный через фильтр нижних частот 11 (проходной конденсатор) к источнику модулирующего напряжения (на рисунке не показан). Аттенюатор 9 подключен к входу преобразователя типов волн 12, который преобразует электромагнитную волну типа Н10 в волну типа Н11 и конструктивно представляет собой плавный волноводный переход с прямоугольного поперечного сечения на круглое поперечное сечение. Выход преобразователя подключен к входу девиатора поляризации волн 13, который своим выходным концом входит в отверстие кольцевого магнита 14, обращенного к облучаемому участку тела, причем обращенность северным или южным полюсом к биообъекту определяется конкретными терапевтическими задачами.
При подаче номинального постоянного напряжения высокой стабильности на установленный в узле крепления полупроводниковый генераторный диод 2 последний возбуждается на резонансной частоте, определяемой импедансом полупроводникового диода и цепи, образованной короткозамкнутым отрезком волновода 1 и коаксиальной линией 4. Так как импеданс полупроводникового диода 2 емкостного характера (из-за емкости дипольного слоя, временных задержек на формирование и рассасывание доменов, емкости кристаллодержателя), то длина волноводного отрезка с короткозамыкающим поршнем выбирается равной 1/4 волны, его входное сопротивление в зависимости от длины волны имеет вид, показанный на рис. 2, где кривой а соответствует идеал - без учета потерь в поршне, кривым б и в -соответствует ситуация с увеличивающимися от б к в потерями.
Рис. 2. Зависимость входного сопротивления короткозамкнутого отрезка волновода различной длины и при различных (возрастающих от а к в) величинах потерь в нем
Изменение длины короткозамкнутого отрезка позволяет механически изменять частоту электромагнитного излучения. Поскольку импеданс полупроводникового генераторного диода является частотно-зависимым, то при некоторых условиях индуктивного импеданса отрезка волновода с плохо подогнанным короткозамыкающим поршнем может оказаться недостаточно для выполнения условия резонанса в диапазоне частот, задаваемых резонатором. Как следствие, возможны скачки частоты, срывы генерации при перестройке. В данной разработке эти нежелательные явления предотвращены благодаря наличию большой индуктивности, создаваемой введенным отрезком коаксиальной линии. Это индуктивное сопротивление, вносимое в колебательный контур, создается следующим образом. В соответствии с выбранными размерами введенной коаксиальной линии (выбор будет мотивирован ниже) в точке В, расположенной на расстоянии четверти длины волны от замкнутого конца С, протекающие токи минимальны, сопротивление велико и по отношению к точке А, находящейся на расстоянии в полдлины волны, участок АВ представляет собой разомкнутую полуволновую линию, входное сопротивление в точке А представляет собой положительную реактивность (индуктивность) и велико по модулю. В точке С обеспечивается истинно нулевое сопротивление (соединение может быть реализовано пайкой, сваркой), в точке В соединение обеспечено механической стяжкой или сваркой, то в реальной конструкции величину индуктивности можно сделать большой. Отрезок волновода с короткозамыкающим поршнем и отрезок коаксиальной линии при пренебрежении потерями могут быть представлены в виде реактивной цепи, рис. 3.
Скп
Рис. 3. Эквивалентная схема резонансной системы с учетом емкости межконтактного зазора в короткозамыкающем поршне и индуктивности введенного отрезка коаксиальной линии
Здесь Скп - емкость, образованная межконтактным зазором в короткозамыкающем поршне, Ьа (Н) - индуктивность отрезка коаксиальной линии, участок АО которой заполнен ферритом, а реактивное сопротивление может быть записано в виде:
где»? = 1/ЬшСш ’»02 = »2 + УЬа(НСкп’Ькп - индуктивность
короткозамкнутого четвертьволнового отрезка волновода.
Поскольку собственная добротность колебательной системы определяется выражением п = »ь /Я , где Ьэ - эквива-
¿-'НН Э / П
лентная индуктивность, Яп - сопротивление потерь (рис. 3), то повышение добротности колебательной системы, с одной стороны, повышает эффективность контролирующего влияния КВЧ-поля на доменную неустойчивость в полупроводниковом генераторном диоде (диоде Ганна) и тем самым расширяет частотный диапазон генерации и эксплуатационную надежность устройства, а с другой стороны, повышение добротности приводит к повышению когерентности излучения, что особо важно для повышения терапевтических эффектов. Широкополосная перестройка
е
»
»
Ю.А. Луценко, И.И. Соколовский, С.И. Соколовский и др.
частоты достигается путем перемещения короткозамкнутого поршня, быстродействующая магнитная перестройка за счет изменения магнитной проницаемости ферритового вкладыша 8 при изменении напряженности магнитного поля, создаваемого, например, конструктивным соленоидом. Изменение значений Ьа(Н) ведет к изменению реактивного сопротивления (кривые I, П, Ш на рис. 4) и частоты генерации. Для реализации внутриим-пульсной перестройки частоты, управляющие устройства амплитудной и частотной модуляции, взаимосвязаны.
Рис. 4. Частотная характеристика сопротивления резонансной системы, где поз. ! П, Ш соответствуют различной намагниченности ферритового вкладыша
Как видно из рис. 4, есть интервал частот, где реактивное сопротивление цепи имеет индуктивное сопротивление.
Как указывалось, для повышения собственной добротности генератор содержит короткозамкнутый отрезок коаксиальной линии, размещенный соосно с продольной осью отрезка прямоугольного волновода, связанного с отрезком коаксиальной линии при помощи щелевого зазора, выполненного в его стенках в плоскости поперечного сечения между полупроводниковым диодом и подвижным короткозамыкателем. В щелевом зазоре размещен ферритовый вкладыш, а короткозамкнутый отрезок
коаксиальной линии выбран длиной 1 , где 2 - длина
12 Л0ср
4 я°ср у
волны электромагнитного излучения в середине рабочего диапазона, с внутренним диаметром Ов внешнего проводника, удовлетворяющим соотношению о < в + Л0 , где в - высота отрезка
прямоугольного волновода, 2 мин- минимальная длина волны, и внешним диаметром d внутреннего проводника, удовлетворяющим соотношению d а2 + в2 , где а - ширина поперечного
сечения отрезка прямоугольного волновода. Указанные соотношения между поперечными размерами волновода и отрезка коаксиальной линии являются конструктивными признаками генератора, и их выполнение обеспечивает включение в состав колебательной системы конструктивной индуктивности. Введение в устройство отрезка коаксиальной линии с указанными поперечными и продольным размерами обеспечивает включение в состав колебательной системы большой по модулю положительной реактивности (индуктивности), что резко повышает собственную добротность колебательной системы и, соответственно, обеспечивает высокую когерентность электромагнитного излучения и низкую модуляционную чувствительность, то есть неизменность частоты генерируемого излучения при паразитных уходах напряжения питания на полупроводниковом генераторном диоде. Высококогерентный сигнал обладает высокой проникающей способностью в биоткань [14], что обеспечивает его взаимодействие со значительным числом биоструктур. При этом указанная когерентность и фазовый характер взаимодействия излучения с биотканью приводит к быстрому (на малом участке распространения электромагнитной волны) изменению пространственно-временных распределений интенсивности излучения, что проявляется в появлении «пятнистой» структуры поля не только на поверхности биоткани [15], но и в ее глубине. При этом энергетически значимыми в смысле максимального воздействия на биоткань оказываются распределения интенсивности, хорошо согласованные по микроструктуре со значительным объемом облучаемой биоткани. Вследствие такой согласованности будет происходить взаимодействие электромагнитного излучения с многокомпонентным ансамблем биомакромолекул, молекул-рецепторов и т.д., и вследствие их кооперативного взаимодействия, частотно- и фазово-согласованных, реализуется планируемый терапевтический эффект. С целью выбора оптимальной частоты электромагнитного излучения и для оперативного управления частотой используется установленный в щелевом зазоре коаксиальной линии ферритовый вкладыш, параметры которого изменяются магнитным полем, создаваемым, например, конст-
руктивным соленоидом. Такое магнитное управление частотой излучения существенно эффективнее по сравнению с управлением частотой с помощью варикапа в том отношении, что исключаются скачки частоты и мощности при перестройке, достигается линейное изменение частоты с изменением магнитного поля в большом диапазоне перестройки, что предопределяет возможность гибкого управления частотой излучения. В отличие от известных СВЧ- и КВЧ-генераторов, работающих в импульсном режиме, в которых амплитудная модуляция электромагнитного излучения достигается за счет использования импульсного источника питания генераторного диода и вследствие этого значительная часть радиоимпульса (при «включении»- «выключении») содержит частоты, определяющиеся не настройкой колебательной системы, а переходными процессами нагрева-охлаждения генераторного диода, в данной разработке амплитудная модуляция излучения достигается за счет периодического поглощения непрерывного установившегося излучения в электроуправляемом аттенюаторе, преимущественно на п-1-р-1-п-диоде, выполняющем роль амплитудного трактового модулятора, где времена переключения состояний «включено»-«выключено» менее 10-7 с, что позволяет формировать прерывистое излучение с любой формой радиоимпульсов без нарушения когерентности излучения и с легко управляемой глубиной модуляции мощности. Последнее важно в том отношении, что позволяет привлечь к процессу лечения дополнительные механизмы регуляции гомеостаза. Известна концепция о существовании в организме человека аутодиагностической (АУД) и аутотерапевтической (АУТ) систем, требующих для своей активации агентов с различной интенсивностью [16]. Выработанные восточной рефлексотерапией правила проведения терапевтических процедур, предусматривающие изменения от сеанса к сеансу и в пределах одного сеанса интенсивности (глубины) и скорости введения и выведения акупунктурных игл и обнаруженный нами при лечении клинически сложных больных гастроэнтерологического профиля (хронический панкреатит с болевым синдромом) различный и взаимодополняющий характер влияния КВЧ излучений с различными длинами волн (5,6 и 7,1 мм) и различной глубиной модуляции излучения на любой из указанных частот, подводят к мысли о необходимости включения в число необходимых параметров лечения при соответствующем приборном обеспечении - неполной и регулируемой модуляции мощности. При этом в соответствии с концепцией об АУД (информационной) и АУТ (эффектор-ной) системах (последняя включает иммунную систему, гормональную систему, синтез протеаз и др.) терапевтические вмешательства извне необходимы, если либо АУД - либо АУТ-системы дефектны. Так как изначально трудно выявить дефектность АУД-системы (дефектность АУТ-системы постулируется самим фактом заболевания), то при электромагнитных воздействиях организму следует предъявить агенты, которые бы активизировали обе системы, ибо без диагностики терапия невозможна. Дефектность АУД-системы, как информационной, компенсируется слабыми воздействиями, сигналами информационного уровня, которые решают задачи сбора информации, ее обработки и принятия решения. Реализация решения (аутотерапия) требует более сильных (энергетически) воздействий. При неполной (не 100 %-ной) амплитудной модуляции удается поочередно предъявить организму оба стимула, различающиеся по интенсивности, и таким образом активизировать обе системы. Так как современные электроуправляемые аттенюаторы могут обеспечивать глубину модуляции мощности до 40 дБ, то их использование позволяет легко осуществить требуемую глубину модуляции мощности до 90 % как в режиме модуляции треугольными импульсами с необходимым соотношением длительностей переднего и заднего фронтов, так и в режиме меандра с прямоугольной формой радиоимпульса. Использование режима амплитудной модуляции треугольными импульсами с соотношением длительностей переднего и заднего фронтов 20. 30, определенном нами экспериментально, обусловлено необходимостью реализовать режимы, концептуально соответствующие методу использования акупунктурных игл: вводить медленно и извлекать быстро для реализации режима активации; вводить быстро и извлекать медленно -для реализации режима седатации. Аналогичная дифференциация достигается при использовании режимов частотной модуляции ЭМИ: для задач активации и мобилизации защитных средств организма необходим режим с линейной медленной девиацией частоты Аю/®0 со снижением частоты в начальной части радиоимпульса и быстрой девиацией с нарастанием частоты в конечной части радиоимпульса, где »о — значение частоты в центральной части радиоимпульса; режим седатации с экспоненциально
Ю.А. Луценко, И.И. Соколовский, С.И. Соколовский и др.
нарастающей девиацией с увеличением частоты в начальной части и медленное линейное снижение этого параметра с уменьшением частоты в конечной части радиоимпульса или линейной резко нарастающей и медленно снижающейся девиацией в начальной и конечной частях радиоимпульса. Введение в устройство волноводного преобразователя типов волн 12 (рис. 1), выполненного в виде отрезка волновода с изменением профиля от прямоугольного поперечного сечения к круглому, позволяет преобразовать волну типа Ню, формирующуюся при включении генераторного диода между стенками прямоугольного волновода, в волну Н11 в круглом волноводе. Структура поля с волной Н11 осесимметрична и не требует осуществлять строгую ориентацию волновода и излучателя относительно продольной оси (позвоночника) тела пациента, что упрощает проведение процедуры и обеспечивает воспроизводимость результатов.
Введение девиатора поляризации 13 (рис.1), обеспечивающего получение на его выходе циркулярно-поляризованной волны с возможностью изменения направления вращения плоскости поляризации, важно для повышения терапевтической эффективности устройства, так как обеспечивает возможность согласовать структуру воздействующего поля с пространственной архитектурой клеточных и субклеточных структур организма и структурой физических полей организма человека. Действительно: использование четвертьволнового отрезка круглого
волновода, содержащего прямоугольную диэлектрическую пластину, одна из сторон которой совпадает с осью отрезка волновода, другая - с его диаметром, позволяет преобразовать линейно-поляризованную волну в циркулярно-поляризованную с правым направлением вращения, а дополнительно включенный полуволновый отрезок круглого волновода, также содержащий диэлектрическую пластину, позволяет инвертировать направление циркуляции волны - обеспечить левое направление циркуляции. Все характерные структуры человеческого организма, являющиеся мишенями для электромагнитного излучения - биомакромолекулы (молекулы воды межклеточной среды, молекулы воды, связанной с белковыми структурами кожного коллагена, липиды, медиаторы и т.п.), клетки (полагается, что рецептурные белки на мембранах клеток являются наиболее вероятной мишенью для миллиметрового крайневысокочастотного излучения [17]) с точки зрения пространственного морфогенеза обладают строго определенным типом симметрии. Так, молекулы аминокислот могут быть только левыми, а молекулы сахаров - только правыми; структуры РНК и ДНК представлены двумя спиралями, и эти спирали правовинтовые. В [18] полагается, что на ранней стадии эволюции жизни на основе ДНК одна из спиралей имела правое вращение, вторая - левое вращение, и указанные изменения в последующем обусловлены влиянием космофизических факторов, преимущественно влиянием электромагнитных полей. Показано также, что под воздействием асимметричных полей в молекулярной машине, составленной из фибриллярных белков (таких как кинезин, актин, миозин), внутри клеток по этим белкам могут транспортироваться микрочастицы типа везикул или хромосом. То есть, столь фундаментальные биофизические процессы в терапевтических целях можно реализовать, если воздействовать электромагнитными полями, имеющими вращательную - левую или правую - компоненты. В процессе исследований спектрофотометрических характеристик биологически активных точек (БАТ), зон Захарьина - Геда было установлено, что оптическое излучение указанных областей в области «теплых» тонов (красный, желтый, оранжевый) имеет левовинтовую поляризацию, а в диапазоне «холодных» тонов (фиолетовый, синий, голубой) регистрировалась правовинтовая поляризация излучения. Кроме того, известные из иглорефлексотерапии «меридианы» (и потоки энергии по этим меридианам) топологически являются отражением векторных потоков энергии метаболизма - трехмерных метаболических «вихрей», выделяемых в определенном объеме активной среды. Эти потоки энергии могут осуществлять в организме и информационное и энергетическое воздействия, поскольку двенадцать основных меридианов проходят своими «внутренними ходами» через все жизненно важные органы тела: сердце, легкие, желудок и т.д., а на их «внешних ходах» расположены БАТ - селективные приемоизлучающие системы. Являясь комбинацией дальнодействующих электромагнитных полей и близкодействующих диффузионных процессов и выступая фактором, обеспечивающим кооперативность метаболических процессов в организме в достаточно больших объемах, указанные потоки охватывают весь организм человека. Направление потоков по меридианам, связанным с теми или иными органами при их коррекции в иглорефлексотерапии, идентифицируется с рекомендуемым направлением вращения (влево - вправо) игл в био-
логически активных точках. То есть, категория дисимметрии и ее частного проявления - киральности (от греч. х8*Р - рука) есть проявление асимметрии левого и правого, которая является доминирующей в живой природе и выступает в роли четвертого измерения в конструктивной физике живого. При этом, так как влияние эндогенных и экзогенных полей может осуществляться при корреляции их пространственно-временных, в частности, векторно-частотных характеристик, то использование воздействующих терапевтических электромагнитных полей, в наибольшей мере биоадекватных, является важным обстоятельством при разработке физиотерапевтических практик. В приборных реализациях преобразование линейно-поляризованной волны Н11 в циркулярно-поляризованную волну с левым и правым направлением циркуляции осуществляется за счет использования девиато-ра поляризации в виде последовательно соединенных отрезков круглого волновода с соосно установленными в них в диаметральной плоскости пластинами четверть- и полуволновой длины. Включение в состав устройства электромагнитной терапии постоянного магнита 14 (рис. 1), совмещенного с выходом девиато-ра поляризации и примыкающего непосредственно к телу пациента, порождает ряд новых биофизических эффектов. Модулированное на частоте пульсаций крови электромагнитное излучение порождает в биоткани продольные механические колебания, которые осуществляют биорезонансную механостимуляцию кровеносных сосудов. Периодические перемещения стенок кровеносных сосудов по отношению к торцевой поверхности постоянного магнита, плотно примыкающего к облучаемой биоткани, эквивалентно приложению переменного магнитного поля с частотой модуляции, то есть имеет место выделение модулирующего сигнала самой биологической системой. Приложение к сосудистой системе организма многовекторного магнитного поля порождает на стенках кровеносных сосудов, обильно снабженных электрорецепторами, электрические поля, значения которых определяются величиной индукции магнитного поля и морфофункциональными свойствами биосистемы. Так что при проведении такой комплексной, а именно - электро-ЭМИ-КВЧ-магнито-механотерапии биообъект является и регистрирующим, и управляющим активным элементом физиотерапевтического воздействия, являясь активной контурной системой.
Включение в терапию многовекторного магнитного поля, обеспечивающего суммарное с электромагнитным излучением воздействие, обусловлено необходимостью увеличения биотроп-ных параметров, что особенно важно при лечении клинически сложных больных. Терапевтическая эффективность миллиметровых электромагнитных полей снижена из-за резкого увеличения в организме дефектных биоструктур, большого разброса потенциалов мембран клеток, из-за уменьшения глубины проникновения ЭМИ в биоткань вследствие ее деструктурированности, так что снижается интегральное количество биоструктур, ответственных за «прием» ЭМИ и участвующих в выработке необходимых биоэффектов, так что терапевтические эффекты могут и не проявляться. Достоверно установлена биологическая эффективность постоянных и переменных магнитных полей, причем пропускная способность биотканей для магнитных полей не зависит от их структурного состояния, а чувствительность организма к указанным полям и их эффективность возрастают, если их частота соразмерна с частотными характеристиками определенных биологических ритмов [19]. Включение в состав разработанного устройства источника магнитных полей в виде кольцевого магнита (тороида) 14 обеспечивает многовекторное воздействие на соответствующие структуры биоткани. Раз эти магнитные поля содержат компоненты индукции магнитного поля как нормально и касательно ориентированные к биообъекту, так и компоненты, направление которых заключено в интервале углов 0-90о относительно нормально ориентированной к биобъекту компоненты, то это позволяет осуществить взаимодействие многовекторного поля с биоструктурами, имеющими разную пространственную ориентацию с кровеносными сосудами всех ориентаций. Раз кольцевой магнит одной своей стороной примыкает к телу пациента и воздействие ведется амплитудно-модулированным ЭМИ, то за счет радиоакустического эффекта [20] в месте ввода ЭМИ возникает продольные механические колебания на частоте амплитудной модуляции, которые биомеханически стимулируют кровеносные сосуды. Из-за периодического перемещения стенок сосудов под действием колебаний, суммированных с собственными колебаниями стенок сосудов за счет кровотока, магнитное поле приобретает переменную компоненту, которая синхронизирована и сфазирована с этой вегетососудистой компонентой. Такой аддитивный, синергетически взаимосвязанный процесс воздействия магнитных и электромагнитных полей и порожден-
Статья
ных ими акустических полей носит комплексный характер, что делает более устойчивым формирование последней.
Под влиянием ортогональных направлению кровотока компонент индукции магнитного поля по закону электромагнитной индукции на противоположных стенках кровеносных сосудов, лежащих в плоскости, перпендикулярной магнитному полю и направлению кровотока, будет индуцироваться переменная ЭДС с частотой модуляции, амплитудное значение которой равно [21] Е=ВЬ у-10А
где Е - разность потенциалов, В; В - индукция магнитного поля, Тл; I - длина кровеносного сосуда в пределах зоны влияния магнитного поля, см. Т.е., имеет место наложение на систему кровеносных сосудов магнитного поля различных ориентаций поперек основного направления кровеносных сосудов и электрического поля поперек направления магнитного поля. Этот механизм касается кровеносных сосудов самых разных ориентаций. В итоге электрически заряженные частицы крови, ионы, получают вращательное движение, и кровоток в ткани усиливается.
Выводы. Модулированное с помощью электроуправляе-мого аттенюатора на частоте, равной или кратной частоте пульсации крови у конкретного пациента, измеренной любым из известных способов (с помощью фотоплетизмографа) высококогерентное излучение поступает на биообъект - биологически активные точки или биологически активные зоны на теле человека, где осуществляется прием электромагнитного излучения в присутствии магнитного поля, так что в зоне ввода ЭМИ-КВЧ, в силу описанных выше механизмов, происходит многопарамет-ричное воздействие на биообъект, в том числе и в виде биорезо-нансной механостимуляции. Причем, в отличие от известного точечного массажа, как одного из видов рефлекторного воздействия, в данном способе частота и амплитуда локального механического воздействия определяются, по сути, собственным биомеханическим резонансом тканей, являющихся и инициирующей, и приемной активной системой. Механическую перестройку частоты ЭМИ КВЧ с помощью короткозамыкающего поршня и изменение глубины модуляции мощности с помощью управляемого аттенюатора осуществляют до появления сенсорного отклика у пациента (комфортное ощущение во внутренних органах).
При этом соотношения длительностей переднего и заднего фронтов треугольных радиоимпульсов для реализации процедуры активации организма устанавливают таким образом, чтобы осуществлялся медленный рост амплитуды радиоимпульса и быстрый его спад. Процедура седатации осуществляется при резком подъеме амплитуды и медленном спаде. Наличие столь значительного числа регулируемых биотропных параметров указанных физиотерапевтических факторов позволяет не только исключить так называемый «эффект привыкания», характерный для всех нерегулируемых физиотерапевтических методик, но и увеличить количество информационно-энергетических факторов, характеристики которых соответствуют параметрам самоорганизующихся систем. При этом в режиме амплитудной модуляции ЭМИ на частоте пульсации крови благодаря синхронизации в подаче ЭМИ с локальным местным кровотоком конкретного пациента такая комбинированная физиотерапия в течение курса лечения обеспечивает эффективную стимуляцию биосинтетических восстановительных процессов, запуская репаративную регенерацию даже при усложненных формах течения заболевания. Разнообразие эффектов позволяет считать, что совместное действие в одной терапевтической процедуре синхронизированных с основным физиологическим биоритмом электромагнитных, магнитных, электрических полей и биорезонансной механостимуляции обеспечивает биоэффект на всех иерархических уровнях (клеточном, органном, организменном), позволяет проводить лечение сложных больных с сочетанными заболеваниями, лиц пожилого возраста, для которых каждый в отдельности взятый физиотерапевтический фактор не является эффективным.
Литература
1. Проблемы безопасности полетов / Под ред. Теряева.- М.: ВИНИТИ, 1997.- 36 с.
2. Агаджанян Н.А. // ВНМТ.- 1996.- Т. III, № 2.- С.52-56.
3. А.с. (СССР) № 1090421 МПК А61 N 5/00. Способ лечения травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата / И.И. Талько, Д.В. Дворниковаи др.- Опубл. 07.05.1984.- БИ № 17.
4. Нудьга А.Н. и др. // 1 Укр. симп. Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн.- Тез.докл., Харьков, ИРЭ АН УССР, 1991.- Ч. 2.- С. 154.
5. Смит Сирил // Вест. биофиз.мед-ны.- 1994.- № 1.- С. 4.
6. Столбиков А.Е. и др. // Сборн. докл. Межд. симп. «Миллиметровые волны нетепловой интенсивности в медицине».- М.: ИРЭ АН СССР, 1991.- Ч.1.- С. 109-113.
7. Балакирев М.В., Бессонов А.Б. // ВНМТ.- 1998.- T.V, №5.- Приложение: Мат-лы межд. конгр. «Медицинские технологии на рубеже веков».- Тула, 1998.- С.55.
8. GolantM. // Int. Conf. Microwave in medicine-91.- Digest of papers - Belgrade, Yugoslavia, 1991.- P. 206-217.
9. Киричук В.Ф. и др. // Сборн. докл. Межд. симп. «Миллиметровые волны нетепловой интенсивности в медицине». М.: ИРЭ АН СССР, 1991.- Ч.1.- С.65-69.
10. В.Д. Искин. Биологические эффекты миллиметровых волн и корреляционный метод их обнаружения. Харьков: Изд-во «Основа» при Харьк.ун-те.- 1990.- 248 с.
11. А.с. (СССР) № 1674861 МПК А61 N 5/02. Устройство для КВЧ-терапии / Б. А. Рябов и др.- Опубл. 07.09. 91.- БИ № 33.
12. А.с. № 1478943 (СССР) МПК Н03В 7/14. Генератор / И.И.Соколовский и др.- Опубл. 1989.- БИ № 17.
13. Банников В. и др. // Докл. ак. наук СССР,1990.- №3.-С.733-737.
14. Бецкий О.В. и др. // VII Всес. Сем. «Применение КВЧ излучения низкой интенсивности в биологии и медицине». М.: ИРЭ АН СССР. Тезисы докл.- С. 145.
15. Чернавский Д.С. и др. // Сборн. докл. Межд. симп. «Миллиметровые волны нетепловой интенсивности в медицине». М.: ИРЭ АН СССР, 1991.- Ч. 3.- С. 554-559.
16. Гаваа Лувсан. Традиционные и современные аспекты восточной рефлексотерапии.- М.: Наука, 1986.- 576 с.
17. Родштат И.В. // Миллиметровые волны в биологии и медицине.- 2001.- № 4 (24).- С. 51-55.
18. Яшин А.А. // ВНМТ.- 2000.- ^VII, № 2.- С.50-55.
19. ИваницкийГ. И др// Усп. физ.наук, 1998.- № 11.- С.1230.
20. Бинги В., Савин А // Усп. физ. наук.-2003.- № 3.- С. 267.
21. Сорре1еп С. Jr. and Hal K.V. // Acta Chir Scand. Suppl.-1967.- 368.- P. 3-37.
УДК 612-06:612.45+615.015.32
ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ КРЫС К ЭМОЦИОНАЛЬНОМУ СТРЕССУ ПРИ ДЕЙСТВИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ АНАЛОГОВ ГОМЕОПАТИЧЕСКИХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
Ю.Е. ВАГИН, |С. И. КАШТАНОВ *
Информационные воздействия на физико-химическое состояние водной среды организма имеют значение для регуляции его функций [3]. Информационным воздействием считается гомеопатия, эффективность которой подтверждается экспериментальными исследованиями на животных. Гомеопатические лекарственные средства (ГЛС) являются средой со специфическими межмолекулярными взаимодействиями и особыми внутриядерными состояниями. При попадании в организм ГЛС его структура протонно-электронных потенциалов воздействует на протонный и электронный транспорт внутренних сред организма, определяя в нем стабилизацию метаболических процессов [9].
Формирование динамического состояния ГЛС возможно не только в ходе динамического потенцирования гомеопатических компонентов препарата, но и путем электромагнитной перезаписи динамического состояния среды препарата на носители информации этого состояния, превращая их в информационные аналоги (ИА) [2]. ИА ГЛС не содержит активных химических веществ этого средства, но имеет сходное физическое состояние среды этого средства. ИА ГЛС не токсичны, дешевы. Но лечебная эффективность ИА ГЛС экспериментально изучена мало.
Цель работы - изучение физиологических эффектов, вызываемых ИА ГЛС, их влияния на ориентировочноисследовательское поведение крыс и их стрессоустойчивость.
Использовали комплексные гомеопатические препараты, применяемые в поликлинической практике [4]. В гранулы ЭДАС-911 входят Coffea C6, Ignatia amara C6, Passiflora C3. Препарат применяют при лечении невроза, возбудимости ЦНС, нарушениях сна. В капли ЭДАС-150 входят Tinctura Propolis, Echinacea purpurea D3, применяют для активации защитных сил организма при острых и хронических заболеваниях. В гранулы ЭДАС-955 входят Aurum jodatum C6, Berberis C3, Cimicifuga racemosa C6,
* ГУ НИИ нормальной физиологии им. П.К.Анохина РАМН объединенный с кафедрой нормальной физиологии ММА им. И.М. Сеченова
