устройство для ингаляционной квтч-акустотерапии

Формула изобретения

1. Устройство для ингаляционной терапии, содержащее корпус с крышкой, в котором размещены подключенный к генератору высокочастотных колебаний ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, погруженный в согласующую жидкость, отделенный от нее лекарственный раствор, распылительную камеру, воздухозаборник и выходной патрубок для аэрозоля, отличающееся тем, что лекарственный раствор отделен от согласующей жидкости звукопроницаемой мембраной, генератор электромагнитных излучений крайне высокого или терагерцового диапазона частот связан плечами-лучеводами квазиоптического тракта, через делитель электромагнитного луча и выход распылительной камеры, с открытым резонатором электромагнитных излучений крайне высокого или терагерцового диапазона частот, встроенным в распылительную камеру и состоящим из неподвижного зеркала, закрепленным над отбойником, расположенным над лекарственным раствором, и подвижного зеркала с устройством перемещения, закрепленным в крышке корпуса, акустический преобразователь, подключенный к генератору акустических волн, выполнен с возможностью формирования модулированного по плотности потока атмосферного воздуха из воздухозаборника в плече-лучеводе, отражения от делителя электромагнитного луча в открытый резонатор и поглощения части мощности акустической волны плечом-лучеводом согласованной нагрузки, а зеркала и стенки распылительной камеры покрыты прозрачной для электромагнитных излучений крайне высокого или терагерцового диапазона частот водоотталкивающей пленкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что делитель электромагнитного луча выполнен из материала, полупрозрачного для электромагнитных излучений крайне высокого или терагерцового диапазона частот и акустических волн.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что акустический преобразователь выполнен в виде магнитострикционного или пьезоэлектрического преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к физиотерапевтической аппаратуре, в частности к ингаляционным устройствам, в которых атмосферные газы активированы электромагнитными полями. Устройство предназначено для осуществления комбинированного лечебного воздействия: ингаляции лекарственного средства и воздействия электромагнитным излучением крайне высокого или терагерцового диапазона частот (КВЧ-терапия, ТГЧ-терапия).

В настоящее время известно несколько типов ультразвуковых ингаляторов, снабженных конструктивными элементами, обеспечивающими повышение реакционной способности аэрозоля в процессе ингаляционной терапии.

Известен ультразвуковой аэрозольный аппарат, который снабжен воздуховодом в виде вихревой трубы, на одном из концов которой укреплен коронный разрядник (патент РФ №2039576, публ. 20.07.95., Бюл. №20). Техническим результатом известного устройства является, в частности, повышение бактерицидных свойств аэрозолей за счет получения аэроинов и озона. Однако для эксплуатации известного устройства необходимо снабжение его электроэнергией высокого напряжения, что сопряжено с повышенным риском для потребителей и обслуживающего персонала. Кроме того, при эксплуатации известного устройства происходит возбуждение и ионизация не только кислорода, но и молекул других газов атмосферы, вследствие чего в процессе лечения могут иметь место отрицательные явления.

Наиболее близким к заявляемому изобретению устройством того же назначения является ультразвуковой ингалятор, в котором повышение лечебных свойств аэрозоля достигается с помощью магнитогидродинамической активации (патент РФ №2070062, публ. 10.12.96., Бюл. №34). Принят за прототип.

Данное устройство обладает рядом недостатков, препятствующих достижению указанных ниже лечебных результатов, а именно:

- неоправданно усложненное конструктивное решение проблемы фокусировки УЗ-волны в емкости с лекарственным раствором;

- незначительное повышение терапевтического эффекта ингаляции вследствие того, что при воздействии системы магнитов на аэрозоль омагничиванию подвергается лишь жидкостная составляющая аэрозоля, в то время как газовая компонента аэрозоля остается вне воздействия физических факторов.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи коррекции физического состояния организма.

Использование в клинической практике заявляемого устройства позволяет достичь нескольких технических (лечебных) результатов:

- комбинированное системное лечебное воздействие на организм:

- усиление лечебных свойств аэрозоля;

- терапевтическое воздействие электромагнитным излучением крайне высокого или терагерцового диапазона частот (далее - КВТЧ-терапия).

Указанные лечебные результаты при осуществлении изобретения достигаются за счет того, что заявляемое устройство для ингаляционной терапии так же, как известный ультразвуковой ингалятор, содержит корпус с крышкой, в котором размещены подключенный к генератору высокочастотных колебаний ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, погруженный в согласующую жидкость, отделенный от нее лекарственный раствор, распылительную камеру, воздухозаборник и выходной патрубок потока для аэрозоля.

Особенность изобретения заключается в том, что лекарственный раствор отделен от согласующей жидкости звукопроницаемой мембраной, генератор электромагнитных излучений крайне высокого или терагерцового диапазона частот (КВТЧ-генератор), связан плечами-лучеводами квазиоптического тракта через делитель электромагнитного луча и выход распылительной камеры с открытым резонатором электромагнитных излучений крайне высокого или терагерцового диапазона частот (КВТЧ-резонатор), встроенным в распылительную камеру и состоящим из неподвижного зеркала, закрепленного над отбойником, расположенным над лекарственным раствором, и подвижного зеркала с устройством перемещения, закрепленным в крышке корпуса. Акустический преобразователь, подключенный к генератору акустических волн, выполнен с возможностью формирования модулированного по плотности потока атмосферного воздуха из воздухозаборника в плече-лучеводе, отражения отделителя электромагнитного луча в открытый резонатор и поглощения части мощности акустической волны плечом-лучеводом согласованной нагрузки. Зеркала и стенки распылительной камеры покрыты прозрачной для электромагнитных излучений крайне высокого или терагерцового диапазона частот водоотталкивающей пленкой (КВТЧ-прозрачной водоотталкивающей пленкой).

При этом делитель электромагнитного луча выполнен из материала, полупрозрачного для электромагнитных излучений крайне высокого или тарагерцового диапазона частот и для акустических волн, а акустический преобразователь выполнен в виде магнитострикционного или пьезоэлектрического преобразователя.

Заявляемое устройство предназначено для реализации в медицинской практике нового способа лечения - молекулярной КВТЧ-акустотерапии, основанной на комбинированном воздействии на организм акустическими волнами газов атмосферного воздуха и аэрозолей, активированных электромагнитным полем КВТЧ-диапазона (КВТЧ-полем).

Принцип лечебного воздействия устройства для ингаляционной КВТЧ-акустотерапии основан, прежде всего, на эффекте введения в дыхательную систему атмосферных газов в виде компонентов аэрозолей, реакционная способность которых селективно повышена путем возбуждения молекул указанных газов внешним электромагнитным КВТЧ-излучением, обладающим терапевтическим свойством.

Электромагнитное излучение атмосферы представляет собой суммарный сигнал теплового фона и молекулярных спектров излучения газов, в том числе и в КВТЧ-диапазоне, на который накладываются естественные и искусственные излучения взаимодействующих с атмосферой физических и биологических сред. Спектры КВТЧ спонтанных излучений молекул воздуха складываются в основном не когерентно, при вынужденном взаимодействии с внешним искусственным КВТЧ-полем излучение становится когерентным, что повышает его биологическую активность.

Установлено, что электромагнитные волны КВТЧ-диапазона (КВТЧ-волны) молекулярных спектров возбуждения атмосферных газов распространяются по каналам дыхательной системы с малым затуханием как по волноведущей системе и вступают в резонансное взаимодействие с альвеолами легких, суммарная площадь биологических мембран которых составляет примерно 120 м². Альвеолы легких, покрытые тонкой токопроводящей сурфактантной пленкой, которая предотвращает альвеолы от слипания, представляют собой полые резонаторы. При этом установлено, что спектр резонансных частот альвеол совпадает с молекулярными спектрами излучения и поглощения газов атмосферного воздуха О ₂, СО₂, N₂, NO, H₂O, причем с наибольшим количеством линий молекулярных спектров кислорода О₂. При возбуждении в альвеолах резонансных КВТЧ-волн в каждой альвеоле создается КВТЧ-поле большой напряженности, которое далее распространяется через многочисленные капилляры, пронизывающие альвеоло-капиллярную мембрану, и воздействует на различные форменные элементы крови, например эритроциты. При этом возбуждение облегчается при повышенном акустическом давлении газов.

Возбуждение альвеол как резонаторов происходит следующим образом. Газовая составляющая аэрозоля поступает в альвеолы-резонаторы через микроскопические отверстия (фенестры), находящиеся между альвеолярными клетками. В альвеолах происходит излучение молекулами газа-метаболита запасенных в открытом резонаторе квантов энергии КВТЧ электромагнитного поля. Не все молекулы газа-метаболита отдают запасенную электромагнитную энергию непосредственно в альвеолах. Часть из них освобождается от запасенной электромагнитной энергии уже после всасывания газа в кровеносную систему.

Таким образом, в альвеолах происходит газообмен с кровью не только за счет молекулярной диффузии через стенки капилляров, но и за счет резонансного взаимодействия альвеольных полостей-резонаторов с КВТЧ-волнами низкой интенсивности на терапевтически активных частотах в составе молекулярных спектров излучения и поглощения атмосферного воздуха. Наличие же возбуждающего КВТЧ-излучения, имитирующего молекулярный спектр излучения и поглощения молекулярного газа необходимо для увеличения количества возбужденных молекул. За счет этих процессов повышается реакционная способность газа-метаболита и его диффузионная способность в процессе дыхания,

На фиг.1 представлена принципиальная схема заявляемого устройства для ингаляционной КВТЧ-акустотерапии. Устройство включает ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь 1, цилиндрический корпус 2, согласующую жидкость (вода) 3, генератор высокочастотных колебаний 4, выход которого подключен к преобразователю 1, лекарственный раствор 5, размещенный в звукопроницаемой мембране 6, контактирующей с водой 3, отбойник 7, расположенный над лекарственным раствором в корпусе 2, цилиндрическую распылительную камеру 14, которая занимает пространство в корпусе 2 между отбойником 7 и крышкой корпуса 10 и имеющую два отверстия 9 для входа воздуха и выхода аэрозоля, генератор электромагнитных излучений КВТЧ-диапазона 11, плечи-лучеводы квазиоптического тракта 12, воздухозаборник 13, боковые стенки распылительной камеры 14, неподвижное 15 и подвижное 16 зеркала, образующие открытый резонатор электромагнитных излучений КВТЧ-диапазона 8, устройство перемещения зеркала 17, плечо-лучевод согласованной нагрузки 18, делитель электромагнитного луча 19, акустический преобразователь 20, подключенный к генератору акустических волн 21.

При этом генераторный комплекс, включающий генератор электромагнитных излучений КВТЧ-диапазона, генератор акустических волн, квазиоптический тракт и открытый резонатор электромагнитных излучений КВТЧ-диапазона представляют собой совокупность конструктивных элементов, обеспечивающих повышение реакционной способности аэрозоля в процессе ингаляционной терапии.

Перечисленные конструктивные элементы несут следующую функциональную нагрузку.

Генератор электромагнитных излучений КВТЧ-диапазона (11) излучает электромагнитные колебания на частотах, соответствующих терапевтически активным частотам в составе спектра колебаний одного из газов-метаболитов. Установлено, что атмосферным газам, например, О₂, СО₂, NO соответствуют следующие терапевтически активные частоты: О₂ - 129 ГГц; СО ₂ - 118 ГГц; NO - 150 ГГц.

Генератор акустических волн (21) совместно с подключенным к нему акустическим преобразователем (20), например магнитострикционным или пьезоэлектрическим, служит для формирования в плечах-лучеводах (12) потока атмосферного воздуха, модулированного по плотности акустической волной. Указанная модуляция атмосферного воздуха или аэрозоля необходима для повышения уровня диффузии компонентов аэрозоля путем создания в дыхательной системе пациента и ее элементах (бронхиолях, альвеолах и т.д.) дополнительного акустического давления. Частоту и амплитуду колебаний акустической волны выбирают в зависимости от состава дыхательной смеси газов, аэрозолей и выбранной методики лечения.

Согласованная нагрузка (18), делитель электромагнитного луча (19) и плечи-лучеводы (12) предназначены для совместного прохождения газовой среды и электромагнитного излучения КВТЧ-диапазона, соответствующих частотам колебаний газов-метаболитов. Внутренний диаметр лучеводов (волноводов) выбирают в зависимости от используемой рабочей длины волны КВТЧ-диапазона в пределах диапазона размеров, общепринятых для диаметра выходного отверстия медицинских ингаляторов. Таким образом, квазиоптические КВТЧ-резонатор и лучеводы, предназначенные для прохождения электромагнитного излучения КВТЧ-диапазона (КВТЧ-лучеводы) одновременно выполняют функции акустических волноводов.

Открытый резонатор КВТЧ-диапазона предназначен для стабилизации выбранной частоты, для точной настройки на частоту, выбранную из спектра газа-метаболита. Открытый резонатор включает подвижное (16) и неподвижное (15) зеркала (система зеркал). Изменение резонансной частоты производится путем изменения расстояния между зеркалами.

Устройство работает следующим образом.

На пьезоэлектрический преобразователь (1), размещенный на дне корпуса (2) и погруженный в согласующую жидкость (воду) (3), поступают электрические колебания высокой (ультразвуковой) частоты с высокочастотного генератора (4). В результате механических колебаний пьезоэлектрического преобразователя в воде возникает ультразвуковая волна, которая проходит через звукопроницаемую мембрану (6), разделяющую воду (3) и лекарственный раствор (5). В результате кавитации происходит распыление лекарственного препарата, часть которого поступает в распылительную камеру, а другая часть в виде фонтана не распыленного лекарственного препарата возвращается в зону (5) после отражения от отбойника (7). В распылительной камере (14) образуется аэрозоль за счет перемешивания распыленного лекарственного препарата с газами атмосферного воздуха.

На выход (9) распылительной камеры (14) с выхода генератора (11) по квазиоптическому лучеводу (12) через делитель луча (19) в открытый резонатор (8) поступает КВТЧ-излучение выбранного диапазона на волне типа ЕН11, имеющей круговую поляризацию. Отраженная волна поступает в плечо-лучевод согласованной нагрузки (18).

Акустическая волна, образующаяся в плече-лучеводе 12 с помощью генератора электрических колебаний (21) и преобразователя электрических колебаний в акустические колебания (20), например, магнитострикционного типа, поступает, отражаясь от делителя электромагнитного луча (19) через резонатор (8) на выход ингалятора. Часть мощности акустической волны поглощается согласованной нагрузкой (18). Генератор (11) излучает электромагнитные волны на частотах, соответствующих вращательным молекулярным КВТЧ-спектрам атмосферных газов О₂, СО₂ , NO и др., которым соответствуют частоты, например, О₂ - 129 ГГц; СО₂ - 118 ГГц; NO - 150 ГГц. Точная настройка на любую частоту из этого набора проводится перемещением зеркала (16) открытого резонатора (8). Для предотвращения смещения резонансной частоты резонатора (8) при уменьшении расстояния между зеркалами за счет оседания части аэрозоля на их поверхности, зеркала (15) и (16) покрыты специальной КВЧ-прозрачной водоотталкивающей пленкой, например из фторопласта. С выхода (9) распылительной камеры (14) поток аэрозоля направляется в дыхательную систему.

Поглощение газом энергии КВТЧ-поля вызывает его молекулярное возбуждение (увеличивается вращательная составляющая энергии молекул газа), в результате повышается реакционная способность газа-метаболита и его диффузионная способность в процессе дыхания.

В плече-лучеводе квазиоптического тракта 12 формируется поток атмосферною воздуха, модулированного по плотности акустической волной. После отражения от делителя луча (19) акустическая волна поступает в резонатор (8), в котором происходит активация молекул газа электромагнитным полем КВТЧ. Частота настройки открытого резонатора соответствует частоте возбуждения спектра выбранного заранее газа-метаболита (например, кислорода на частоте молекулярного спектра поглощения кислорода).

Частоту и амплитуду акустической волны выбирают из условия создания необходимого акустического давления в дыхательной системе и ее элементах (бронхиолях, альвеолах и т.д.), а следовательно, и уровня диффузии компонентов аэрозоля. Частота акустической волны может достигать 3 МГц и более. В силу высокого градиента звукового давления (10-150)·105 Па·см^-1 и значительных сдвиговых напряжений в биологических тканях ( 1,5·10^-8) упругие колебания ультразвукового диапазона изменяют проводимость каналов мембран различных клеток и увеличивают глубину проникновения лечебных КВТЧ-волн.

В дыхательную систему пациента поступает аэрозоль, представляющая собой гомогенную смесь лекарственного вещества и атмосферного воздуха, промодулированный по плотности. При этом отдельные газы-метаболиты активированы электромагнитным КВТЧ-полем. В дыхательной системе активированный газ-метаболит отдает запасенную электромагнитную энергию в альвеолах легких. При возбуждении в них резонансных КВТЧ-волн и повышенном акустическом давлении газов, создается КВТЧ-поле большой напряженности, которое воздействует на форменные элементы крови, например, эритроциты. Таким образом усиливается терапевтический эффект при ингаляции.

Акустическое давление в процессе ингаляционной КВТЧ-акустотерапии приводит к изменению внутреннего объема альвеол.

Таким образом, совокупность конструктивных элементов, обеспечивающих повышение реакционной способности аэрозоля, позволяет решить поставленную задачу коррекции физического состояния организма путем комбинированного воздействия на организм акустическими волнами газов атмосферного воздуха и аэрозолей, активированных электромагнитным полем КВТЧ-диапазона. Заявляемое устройство обладает значительными преимуществами по сравнению с известными устройствами того же предназначения и отвечает критериям патентоспособности.