RU2835588C1 - High-intensity pulsed optical radiation apparatus for treating wound infections and dermatological diseases - Google Patents
High-intensity pulsed optical radiation apparatus for treating wound infections and dermatological diseases Download PDFInfo
- Publication number
- RU2835588C1 RU2835588C1 RU2024102384A RU2024102384A RU2835588C1 RU 2835588 C1 RU2835588 C1 RU 2835588C1 RU 2024102384 A RU2024102384 A RU 2024102384A RU 2024102384 A RU2024102384 A RU 2024102384A RU 2835588 C1 RU2835588 C1 RU 2835588C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- irradiator
- discharge lamp
- radiation
- pulsed
- control circuit
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 54
- 201000010099 disease Diseases 0.000 title claims abstract description 12
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 title claims abstract description 12
- 206010048038 Wound infection Diseases 0.000 title claims abstract description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 9
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 3
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 9
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 239000003058 plasma substitute Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011287 therapeutic dose Methods 0.000 description 2
- 208000002874 Acne Vulgaris Diseases 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009193 PUVA therapy Methods 0.000 description 1
- 206010000496 acne Diseases 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002428 photodynamic therapy Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000003716 rejuvenation Effects 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000000451 tissue damage Effects 0.000 description 1
- 231100000827 tissue damage Toxicity 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам, лечебное действие которых основано на использовании оптического, включая ультрафиолетового (УФ), излучения, и может применяться, например, в хирургии для лечения и профилактики раневых и ожоговых поверхностей с высокой бактериальной обсемененностью.The invention relates to medical equipment, namely to devices whose therapeutic effect is based on the use of optical, including ultraviolet (UV), radiation, and can be used, for example, in surgery for the treatment and prevention of wound and burn surfaces with high bacterial contamination.
В последние годы в этой области медицинской техники получают интенсивное развитие технические решения на основе импульсных источников излучения - газоразрядных импульсных ксеноновых ламп. По сравнению с традиционными источниками УФ-излучения, к которым относятся ртутные газоразрядные лампы непрерывного горения, импульсные ксеноновые лампы обладают рядом преимуществ: практически мгновенная готовность к работе, сплошной спектр и высокая интенсивность оптического, включая УФ, излучения, широкие возможности изменения средних значений мощности излучения при сохранении его спектральных характеристик. По этой причине в качестве аналогов предлагаемого аппарата высокоинтенсивного импульсного облучения для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний рассматриваются исключительно устройства с источниками излучения в виде импульсных газоразрядных ламп.In recent years, this area of medical technology has seen intensive development of technical solutions based on pulsed radiation sources - gas-discharge pulsed xenon lamps. Compared to traditional UV radiation sources, which include continuous-burning mercury gas-discharge lamps, pulsed xenon lamps have a number of advantages: virtually instant readiness for operation, continuous spectrum and high intensity of optical, including UV, radiation, wide possibilities for changing average values of radiation power while maintaining its spectral characteristics. For this reason, only devices with radiation sources in the form of pulsed gas-discharge lamps are considered as analogs of the proposed high-intensity pulsed irradiation device for the treatment of wound infection and dermatological diseases.
Известен медицинский аппарат для импульсного оптического облучения по патенту RU 199574 U1, содержащий облучатель с газоразрядной лампой со свободным расширением плазмы, и блок питания и управления, подключенный к облучателю. Блок питания и управления содержит накопительный конденсатор, зарядное устройство, соединенное с накопительным конденсатором, формирователь импульсов поджига и схему управления, подключенную к зарядному устройству и к формирователю импульсов поджига, при этом накопительный конденсатор и газоразрядная импульсная ксеноновая лампа соединены между собой с образованием разрядного контура. В этом аппарате газоразрядная импульсная ксеноновая лампа выполнена короткодуговой со свободным расширением плазмы и с промежуточными электродами. Такие лампы позволяют достигать высоких значений яркостной температуры излучения (15000 K и более), что обусловливает высокий спектральный коэффициент полезного действия (отношение энергии излучения в УФ диапазоне к полной излученной энергии во всем спектре).A medical apparatus for pulsed optical irradiation is known according to patent RU 199574 U1, comprising an irradiator with a gas-discharge lamp with free plasma expansion, and a power supply and control unit connected to the irradiator. The power supply and control unit contains a storage capacitor, a charger connected to the storage capacitor, an ignition pulse former, and a control circuit connected to the charger and to the ignition pulse former, wherein the storage capacitor and the gas-discharge pulse xenon lamp are connected to each other to form a discharge circuit. In this apparatus, the gas-discharge pulse xenon lamp is made short-arc with free plasma expansion and with intermediate electrodes. Such lamps make it possible to achieve high values of the brightness temperature of the radiation (15,000 K and more), which determines a high spectral efficiency (the ratio of the radiation energy in the UV range to the total radiated energy in the entire spectrum).
Однако, на практике, несмотря на высокие удельные характеристики таких ламп, для создания необходимой лечебной дозы УФ-излучения на облучаемой поверхности площадью в несколько десятков квадратных сантиметров требуется значительное время, т.к. вследствие малого размера (~3 мм) излучающего тела общее количество УФ-квантов, вырабатываемое такой лампой, невелико и средняя величина облученности поверхности в УФ-диапазоне незначительна.However, in practice, despite the high specific characteristics of such lamps, it takes a considerable amount of time to create the necessary therapeutic dose of UV radiation on an irradiated surface of several tens of square centimeters, since due to the small size (~3 mm) of the emitting body, the total number of UV quanta produced by such a lamp is small and the average value of surface irradiation in the UV range is insignificant.
Известен также аппарат импульсного оптического облучения для лечения ран и дерматологических заболеваний по патенту RU 220270 U1, содержащий облучатель с импульсной газоразрядной лампой, установленной в отражателе, и блок питания и управления, подключенный к облучателю. Блок питания и управления включает в себя импульсный трансформатор, генератор импульсов поджига, накопительный конденсатор, зарядное устройство, и схему управления.Also known is a device for pulsed optical irradiation for treating wounds and dermatological diseases according to patent RU 220270 U1, comprising an irradiator with a pulsed gas-discharge lamp installed in a reflector, and a power supply and control unit connected to the irradiator. The power supply and control unit includes a pulse transformer, an ignition pulse generator, a storage capacitor, a charger, and a control circuit.
Накопительный конденсатор, вторичная обмотка импульсного трансформатора и импульсная газоразрядная лампа электрически соединены между собой так, что образуют разрядный контур.The storage capacitor, the secondary winding of the pulse transformer and the pulse gas discharge lamp are electrically connected to each other so that they form a discharge circuit.
В этом известном устройстве используется импульсная трубчатая газоразрядная лампа, в которой излучающее тело представляет собой ограниченный кварцевой колбой плазменный цилиндр с площадью излучающей поверхности 400 и более мм2, что на 2 и более порядка превышает площадь излучающей поверхности в устройствах с импульсной лампой со свободным расширением плазмы (предыдущий аналог). К тому же характерная длительность импульса излучения в таких лампах намного больше, чем в лампах со свободным расширением плазмы. В результате даже при меньшей достигаемой яркостной температуре (8000…10000 K) средняя облученность освечиваемой поверхности в УФ-диапазоне оказывается в несколько раз выше, чем у предыдущего аналога и, соответственно, время достижения необходимой лечебной дозы во столько же раз будет меньше.This known device uses a pulsed tubular gas-discharge lamp, in which the emitting body is a plasma cylinder limited by a quartz bulb with an emitting surface area of 400 mm2 or more, which is 2 or more orders of magnitude greater than the emitting surface area in devices with a pulsed lamp with free plasma expansion (previous analogue). In addition, the characteristic duration of the radiation pulse in such lamps is much greater than in lamps with free plasma expansion. As a result, even at a lower achievable brightness temperature (8000…10000 K), the average irradiance of the illuminated surface in the UV range is several times higher than that of the previous analogue and, accordingly, the time to achieve the required therapeutic dose will be the same amount less.
Известный аппарат по патенту RU 220270 U1 принят за прототип.The well-known device according to patent RU 220270 U1 was adopted as a prototype.
Недостаток известного аппарата заключается в неопределенности достигаемого лечебного эффекта из-за неопределенности состояния импульсной газоразрядной лампы и ее излучательных характеристик в конкретный момент выполнения лечебной процедуры. Дело в том, что в процессе эксплуатации в той или иной степени происходит неизбежная деградация излучательных свойств импульсной газоразрядной (физическими причинами этого могут быть распыление электродов лампы, приводящее к осаждению материала электродов на внутренней поверхности колбы лампы, а также помутнение колбы вследствие непосредственного контакта высокотемпературной плотной электроразрядной плазмы с материалом колбы). Эти процессы обычно ведут к постепенному снижению энергии излучаемых импульсов, но в отдельные временные интервалы возможно частичное восстановление утраченных излучательных свойств импульсной газоразрядной лампы (например, «самоочищение» колбы лампы из-за сильного разогрева при интенсивной эксплуатации).The disadvantage of the known device is the uncertainty of the achieved therapeutic effect due to the uncertainty of the state of the pulsed gas-discharge lamp and its radiating characteristics at a specific moment of the therapeutic procedure. The fact is that during operation, to one degree or another, there is an inevitable degradation of the radiating properties of the pulsed gas-discharge lamp (the physical causes of this may be the sputtering of the lamp electrodes, leading to the deposition of the electrode material on the inner surface of the lamp bulb, as well as the turbidity of the bulb due to direct contact of the high-temperature dense electric discharge plasma with the bulb material). These processes usually lead to a gradual decrease in the energy of the emitted pulses, but in certain time intervals, partial restoration of the lost radiating properties of the pulsed gas-discharge lamp is possible (for example, "self-cleaning" of the lamp bulb due to strong heating during intensive use).
Таким образом, излучательные свойства импульсной газоразрядной лампы во время конкретной лечебной процедуры являются в некоторой степени неопределенными, что и обусловливает неопределенность получаемого лечебного эффекта.Thus, the radiative properties of a pulsed gas discharge lamp during a specific treatment procedure are to some extent uncertain, which determines the uncertainty of the resulting therapeutic effect.
Кроме того, применение известного устройства доставляет врачу-оператору и пациенту определенные неудобства. Так, в процессе выполнения лечебной процедуры желательно иметь информацию о времени, оставшемся до окончания сеанса облучения.In addition, the use of the known device causes certain inconveniences to the doctor-operator and the patient. Thus, in the process of performing the treatment procedure, it is desirable to have information about the time remaining until the end of the irradiation session.
Кроме того, известный аппарат не позволяет изменять спектральный состав генерируемого излучения, что ограничивает его функциональные возможности.In addition, the known device does not allow changing the spectral composition of the generated radiation, which limits its functionality.
Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в повышении стабильности и предсказуемости достигаемого лечебного эффекта, а также в расширении функциональных возможностей и повышении удобства при использовании.The technical result of using the proposed technical solution consists in increasing the stability and predictability of the achieved therapeutic effect, as well as in expanding the functional capabilities and increasing the convenience of use.
Указанный технический результат достигается тем, что в аппарате высокоинтенсивного импульсного оптического облучения для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний, содержащем облучатель с импульсной газоразрядной лампой, установленной в отражателе, и блок питания и управления, подключенный к облучателю, блок питания и управления включает в себя импульсный трансформатор, генератор импульсов поджига, соединенный с первичной обмоткой импульсного трансформатора, накопительный конденсатор, зарядное устройство, соединенное с накопительным конденсатором и вторичной обмоткой импульсного трансформатора, и схему управления на основе микропроцессора, подключенную к зарядному устройству и к генератору импульсов поджига, при этом накопительный конденсатор, вторичная обмотка импульсного трансформатора и импульсная газоразрядная лампа электрически соединены между собой так, что образуют разрядный контур, корпус блока питания и управления снабжен ложементом для облучателя, при этом в ложементе установлен датчик контроля интенсивности излучения импульсной газоразрядной лампы, подключенный к схеме управления, причем микропроцессор схемы управления выполнен с возможностью вычисления необходимого для достижения заданной фототерапевтической дозы количества импульсов излучения и длительности сеанса облучения с учетом фактической излучательной способности импульсной газоразрядной лампы, определенной датчиком контроля интенсивности излучения.The specified technical result is achieved in that in the apparatus for high-intensity pulsed optical irradiation for treating wound infections and dermatological diseases, comprising an irradiator with a pulsed gas-discharge lamp installed in a reflector, and a power supply and control unit connected to the irradiator, the power supply and control unit includes a pulse transformer, an ignition pulse generator connected to the primary winding of the pulse transformer, a storage capacitor, a charger connected to the storage capacitor and the secondary winding of the pulse transformer, and a control circuit based on a microprocessor connected to the charger and to the ignition pulse generator, wherein the storage capacitor, the secondary winding of the pulse transformer and the pulsed gas-discharge lamp are electrically connected to each other so that they form a discharge circuit, the housing of the power supply and control unit is provided with a support for the irradiator, wherein a sensor for monitoring the radiation intensity of the pulsed gas-discharge lamp is installed in the support, connected to the control circuit, wherein the microprocessor of the control circuit is made with the ability to calculate the number of radiation pulses and the duration of the irradiation session required to achieve a given phototherapeutic dose, taking into account the actual emissivity of the pulsed gas discharge lamp, determined by the radiation intensity control sensor.
Датчик контроля интенсивности излучения импульсной газоразрядной лампы может быть выполнен в виде фотоприемного устройства со спектральной характеристикой чувствительности в ультрафиолетовом диапазоне и с постоянной времени τ, величина которой связана с длительностью tи импульсов излучения и периодом Т повторения импульсов излучения соотношениемThe sensor for monitoring the radiation intensity of a pulsed gas discharge lamp can be made in the form of a photodetector with a spectral sensitivity characteristic in the ultraviolet range and with a time constant τ, the value of which is associated with the duration t of the radiation pulses and the repetition period T of the radiation pulses by the relation
Корпус блока питания и управления может быть снабжен сенсорным дисплеем, подключенным к схеме управления.The power supply and control unit housing can be equipped with a touch screen connected to the control circuit.
В облучателе может быть установлен датчик расстояния между облучателем и обрабатываемой поверхностью, подключенный к схеме управления.The irradiator can be equipped with a sensor for measuring the distance between the irradiator and the surface being treated, connected to the control circuit.
Облучатель может быть выполнен с возможностью установки сменных светофильтров.The irradiator can be designed with the possibility of installing replaceable light filters.
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показано трехмерное изображение конкретного варианта выполнения предлагаемого аппарата, а на фиг.2 - его структурная и функциональная блок-схема.The invention is explained by graphic materials, where Fig. 1 shows a three-dimensional image of a specific embodiment of the proposed apparatus, and Fig. 2 shows its structural and functional block diagram.
Аппарат высокоинтенсивного импульсного облучения для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний содержит облучатель 1, блок питания и управления 2 и гибкий электрический кабель 3 между ними.The high-intensity pulsed irradiation apparatus for treating wound infection and dermatological diseases comprises an irradiator 1, a power and control unit 2 and a flexible electric cable 3 between them.
На лицевой поверхности блока питания и управления 2 размещен сенсорный дисплей 4 и необходимые для медицинской техники ключ 5 для включения/выключения аппарата и кнопка 6 экстренного отключения рабочего режима. На боковой поверхности блока питания и управления установлен ложемент 7 для удобного размещения облучателя 1 между сеансами облучения. На ручке облучателя 1 установлена кнопка 8 включения рабочего режима. В ложементе 7 установлен датчик 9 контроля интенсивности излучения импульсной газоразрядной лампы.On the front surface of the power supply and control unit 2 there is a touch display 4 and a key 5 for switching the device on/off and a button 6 for emergency shutdown of the operating mode, which are necessary for medical equipment. On the side surface of the power supply and control unit there is a tray 7 for convenient placement of the irradiator 1 between irradiation sessions. On the handle of the irradiator 1 there is a button 8 for switching on the operating mode. In the tray 7 there is a sensor 9 for monitoring the radiation intensity of the pulsed gas-discharge lamp.
В облучателе 1 установлены импульсная газоразрядная лампа 10 трубчатой конструкции, отражатель 11 и датчик 12 расстояния между облучателем 1 и обрабатываемой поверхностью 13, а также сменный светофильтр 14.In the irradiator 1, a pulsed gas discharge lamp 10 of tubular design, a reflector 11 and a sensor 12 of the distance between the irradiator 1 and the surface being treated 13, as well as a replaceable light filter 14 are installed.
Импульсная газоразрядная лампа 10 представляет собой цилиндрическую кварцевую колбу с герметично вваренными в ее торцы электродами. При этом межэлектродное пространство заполнено инертным газом, например ксеноном или криптоном.The pulse gas-discharge lamp 10 is a cylindrical quartz bulb with electrodes hermetically welded into its ends. The interelectrode space is filled with an inert gas, such as xenon or krypton.
Отражатель 11 конструктивно может выполняться различным образом. В примере выполнения отражатель 11 представляет собой вогнутую цилиндрическую поверхность с преимущественно диффузным характером отражения. Такую характеристику отражения можно получить, например, путем пескоструйной обработки пластины из алюминиевого сплава или применением специального тонкослойного светоотражающего материла типа «MIRO®УФ» от компании АЛАНОД ГмбХ & Компания КГ (https://alanod.com/) с выпуклыми элементами, рассеивающими излучение.The reflector 11 can be designed in various ways. In the example embodiment, the reflector 11 is a concave cylindrical surface with a predominantly diffuse reflection character. Such a reflection characteristic can be obtained, for example, by sandblasting a plate made of aluminum alloy or by using a special thin-layer reflective material such as "MIRO®UV" from ALANOD GmbH & Company KG (https://alanod.com/) with convex elements that scatter radiation.
Датчик 12 расстояния между облучателем и обрабатываемой поверхностью выполнен ультразвуковым или оптическим (лазерным, инфракрасным). Выходной электрический сигнал датчика 12 в цифровой или аналоговой форме содержит информацию о величине h - расстоянии между облучателем 1 и обрабатываемой поверхностью 13.The sensor 12 of the distance between the irradiator and the surface being processed is made ultrasonic or optical (laser, infrared). The output electrical signal of the sensor 12 in digital or analog form contains information about the value h - the distance between the irradiator 1 and the surface being processed 13.
Датчик 9 контроля интенсивности излучения импульсной газоразрядной лампы выполнен в виде фотоприемного устройства на основе SiC фотодиода. Спектральная характеристика чувствительности такого фотодиода лежит в УФ области спектра, постоянная времени фотоприемного устройства удовлетворяет неравенству (1). Левая часть этого неравенства обеспечивает практически пропорциональную зависимость амплитуды выходного сигнала от поверхностной плотности энергии излучения на входном окне (в Дж/см2) фотоприемного устройства в единичном импульсе, правая часть неравенства (1) гарантирует отсутствие наложение отдельных выходных импульсов друг на друга.The sensor 9 for monitoring the radiation intensity of a pulsed gas-discharge lamp is made in the form of a photodetector based on a SiC photodiode. The spectral characteristic of the sensitivity of such a photodiode lies in the UV region of the spectrum, the time constant of the photodetector satisfies inequality (1). The left-hand side of this inequality ensures a practically proportional dependence of the output signal amplitude on the surface energy density of radiation at the input window (in J/ cm2 ) of the photodetector in a single pulse, the right-hand side of inequality (1) guarantees the absence of overlapping of individual output pulses on each other.
В конкретном примере выполнения постоянная времени т фотоприемного устройства составляет несколько миллисекунд (мс). Длительность импульсов излучения tи составляет 20…50 микросекунд (мкс), а период повторения Т импульсов излучения составляет 50…1000 мс.In a specific example of implementation, the time constant t of the photodetector is several milliseconds (ms). The duration of the radiation pulses t is 20...50 microseconds (μs), and the repetition period T of the radiation pulses is 50...1000 ms.
Блок питания и управления 2 содержит схему управления 15, зарядное устройство 16, накопительный конденсатор 17, генератор импульсов поджига 18, повышающий импульсный трансформатор 19 и датчик 9 контроля интенсивности излучения импульсной газоразрядной лампы 10. Зарядное устройство 16, генератор импульсов поджига 18, датчик 9 контроля интенсивности излучения импульсной газоразрядной лампы, а также установленный в облучателе 1 датчик 12 расстояния между облучателем и обрабатываемой поверхностью 13, подключены к схеме управления 15. Выход генератора импульсов поджига 18 соединен с первичной обмоткой импульсного трансформатора 19.The power supply and control unit 2 contains a control circuit 15, a charger 16, a storage capacitor 17, an ignition pulse generator 18, a step-up pulse transformer 19 and a sensor 9 for monitoring the radiation intensity of the pulsed gas-discharge lamp 10. The charger 16, the ignition pulse generator 18, the sensor 9 for monitoring the radiation intensity of the pulsed gas-discharge lamp, as well as a sensor 12 installed in the irradiator 1 for measuring the distance between the irradiator and the surface being treated 13, are connected to the control circuit 15. The output of the ignition pulse generator 18 is connected to the primary winding of the pulse transformer 19.
Накопительный конденсатор 17, вторичная обмотка импульсного трансформатора 19 и импульсная газоразрядная лампа 10 электрически соединены между собой с образованием разрядного контура.The storage capacitor 17, the secondary winding of the pulse transformer 19 and the pulse gas-discharge lamp 10 are electrically connected to each other to form a discharge circuit.
Схема управления 15 выполнена на основе микропроцессора и в ней функционально присутствуют ячейки памяти, счетчик импульсов, компараторы зарядного напряжения, источники вторичного электропитания узлов и блоков. Зарядное устройство 16 выполнено в виде AC/DC преобразователя и функционально представляет собой высоковольтный источник тока. Генератор импульсов поджига 18 представляет собой сравнительно слаботочную разрядную схему на основе конденсатора и тиристора, вырабатывающую импульсы напряжения величиной 600…800 В и длительностью 1…10 мкс. Импульсный трансформатор 19 выполнен на ферритовом кольце, первичная обмотка которого содержит 1…2 витка, а вторичная - 20…30 витков.The control circuit 15 is implemented on the basis of a microprocessor and functionally includes memory cells, a pulse counter, charging voltage comparators, secondary power supply sources for units and blocks. The charging device 16 is implemented as an AC/DC converter and functionally represents a high-voltage current source. The ignition pulse generator 18 is a relatively low-current discharge circuit based on a capacitor and a thyristor, generating voltage pulses of 600...800 V and a duration of 1...10 μs. The pulse transformer 19 is implemented on a ferrite ring, the primary winding of which contains 1...2 turns, and the secondary - 20...30 turns.
При подготовке к применению предложенного аппарата высокоинтенсивного импульсного облучения для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний в качестве медицинского изделия проводятся различные виды технических испытаний. В частности, исследуется зависимость плотности энергии облучения поверхности при изменении расстояния h между облучателем 1 и облучаемой поверхностью 13, а также изменение размеров поля облучения на поверхности 13. Эти данные обрабатываются, анализируются, усредняются и заносятся в память схемы управления 15 в виде таблицы соответствия величины h и достигаемыми параметрами облучения (плотность энергии облучения на обрабатываемой поверхности и размер поля облучения).In preparation for the use of the proposed high-intensity pulsed irradiation apparatus for the treatment of wound infection and dermatological diseases as a medical device, various types of technical tests are carried out. In particular, the dependence of the surface irradiation energy density is investigated with a change in the distance h between the irradiator 1 and the irradiated surface 13, as well as a change in the size of the irradiation field on the surface 13. These data are processed, analyzed, averaged and entered into the memory of the control circuit 15 in the form of a table of correspondence between the value of h and the achievable irradiation parameters (the irradiation energy density on the treated surface and the size of the irradiation field).
Аппарат высокоинтенсивного импульсного облучения для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний работает следующим образом.The high intensity pulsed irradiation device for the treatment of wound infection and dermatological diseases works as follows.
В исходном положении облучатель 1 находится в ложементе 7 без светофильтра 14. Вилка шнура питания (на рис. не показан) вставляется в розетку ~ 230 В, ключ 5 переводится в положение «Включено», все системы и функциональные узлы аппарата запитываются рабочими напряжениями питания. На сенсорном дисплее 4 появляется базовая информация и предложение пройти тестовую проверку работоспособности аппарата и контроля излучательных характеристик импульсной газоразрядной лампы 10. Для этого нажимается соответствующее поле на сенсорном дисплее 4 и аппарат вырабатывает несколько тестовых импульсов излучения, которые воспринимаются установленным в углублении ложемента 7 датчиком 9 контроля интенсивности излучения импульсной газоразрядной лампы 10. Измеренная датчиком 9 величина, пропорциональная плотности энергии единичного импульса излучения на входном окне фотодиода фотоприемного устройства, запоминается, а на сенсорном дисплее 4 отображается результат тестовой проверки и приглашение к выбору параметров облучения. В случае снижения измеренной датчиком 9 величины ниже установленного предела на сенсорном дисплее 4 отображается информация о необходимости замены импульсной газоразрядной лампы.In the initial position, the irradiator 1 is in the tray 7 without the light filter 14. The power cord plug (not shown in the figure) is inserted into a ~230 V socket, the key 5 is set to the "On" position, all systems and functional units of the device are powered by the operating supply voltages. Basic information and an offer to undergo a test check of the device's operability and control of the radiation characteristics of the pulsed gas-discharge lamp 10 appear on the touch screen 4. To do this, press the corresponding field on the touch screen 4 and the device generates several test radiation pulses, which are received by the sensor 9 for monitoring the radiation intensity of the pulsed gas-discharge lamp 10 installed in the recess of the tray 7. The value measured by the sensor 9, proportional to the energy density of a single radiation pulse on the input window of the photodiode of the photodetector, is stored, and the result of the test check and an invitation to select the irradiation parameters are displayed on the touch screen 4. If the value measured by sensor 9 drops below the set limit, information about the need to replace the pulse gas discharge lamp is displayed on the touch screen 4.
Врач-оператор, исходя из характера заболевания, степени поражения тканей и плана лечения, на сенсорном дисплее 4 задает величину необходимой фототерапевтической дозы. Микропроцессор схемы управления 15 вычисляет необходимое для достижения заданной фототерапевтической дозы количество импульсов излучения и длительность предстоящего сеанса облучения. При этом в расчете автоматически учитывается фактическая излучательная способность импульсной газоразрядной лампы 10, определенная датчиком 9 во время тестовой проверки. Вычисленная длительность предстоящего сеанса облучения с учетом фактического состояния импульсной газоразрядной лампы выводится на сенсорный дисплей 4.The physician-operator, based on the nature of the disease, the degree of tissue damage and the treatment plan, sets the required phototherapeutic dose on the touch screen 4. The microprocessor of the control circuit 15 calculates the number of radiation pulses required to achieve the specified phototherapeutic dose and the duration of the upcoming irradiation session. In this case, the calculation automatically takes into account the actual emissivity of the pulsed gas-discharge lamp 10, determined by the sensor 9 during the test check. The calculated duration of the upcoming irradiation session, taking into account the actual state of the pulsed gas-discharge lamp, is displayed on the touch screen 4.
Затем врач-оператор снимает облучатель 1 с ложемента 7, устанавливает при необходимости, нужный светофильтр 14 и подводит облучатель 1 к пораженному участку поверхности 13, либо выдерживая оговоренное в документации расстояние от облучателя 1 до обрабатываемой поверхности (при реализации аппарата в объеме совокупности признаков по п. 1, п. 2 или п. 3 формулы изобретения), либо ориентируясь на показания датчика 12 (при реализации аппарата в объеме совокупности признаков по п. 4 формулы изобретения).Then the physician-operator removes the irradiator 1 from the support 7, installs the required light filter 14 if necessary, and brings the irradiator 1 to the affected area of the surface 13, either maintaining the distance from the irradiator 1 to the surface being treated specified in the documentation (when implementing the apparatus in the volume of the set of features according to paragraph 1, paragraph 2 or paragraph 3 of the formula of the invention), or focusing on the readings of the sensor 12 (when implementing the apparatus in the volume of the set of features according to paragraph 4 of the formula of the invention).
Во втором случае датчик 12 расстояния между облучателем 1 и обрабатываемой поверхностью 13 измеряет величину h и передает эту информацию в микропроцессор схемы управления 15. Рабочий диапазон значений величины h составляет 20…200 мм. На основе табличных данных в памяти схемы управления 15 микропроцессор определяет величину плотности энергии излучения на поверхности 13 в единичном импульсе излучения и размер поля облучения, соответствующие измеренной датчиком 12 величине h, вычисляет количество импульсов излучения, необходимое для получения заданной фототерапевтической дозы, и требуемое время облучения с учетом измеренной датчиком 9 величины энергетической облученности. Информация о размере поля облучения и времени облучения выводится на сенсорный дисплей 4. Если врачу необходимо скорректировать эти параметры (например, уменьшить поле облучения до фактических размеров пораженного участка тела пациента), то он изменяет величину h в нужную сторону (например, приближает облучатель 1 к облучаемой поверхности 13), при этом микропроцессор тут же выводит на сенсорный дисплей 4 новые данные о размере поля облучения и времени облучения, соответствующие новому значению величины h при неизменной величине заданной фототерапевтической дозы.In the second case, the sensor 12 of the distance between the irradiator 1 and the surface being treated 13 measures the value of h and transmits this information to the microprocessor of the control circuit 15. The working range of values of the value of h is 20...200 mm. Based on the tabular data in the memory of the control circuit 15, the microprocessor determines the value of the radiation energy density on the surface 13 in a single radiation pulse and the size of the irradiation field corresponding to the value of h measured by the sensor 12, calculates the number of radiation pulses necessary to obtain a given phototherapeutic dose, and the required irradiation time taking into account the value of energy irradiance measured by the sensor 9. Information about the size of the irradiation field and the irradiation time is displayed on the touch screen 4. If the doctor needs to adjust these parameters (for example, reduce the irradiation field to the actual size of the affected area of the patient's body), then he changes the value of h in the desired direction (for example, moves the irradiator 1 closer to the irradiated surface 13), and the microprocessor immediately displays new data on the touch screen 4 about the size of the irradiation field and the irradiation time, corresponding to the new value of h at an unchanged value of the specified phototherapeutic dose.
Таким образом, врач-оператор легко и удобно добивается оптимальных значений размеров поля и времени облучения.Thus, the operator can easily and conveniently achieve optimal values for the field size and irradiation time.
Далее врач-оператор нажимает кнопку 8 на облучателе 1, после чего запускается обратный отсчет времени облучения на сенсорном дисплее 4 и начинается автоматический процесс генерации импульсов излучения в следующей последовательности.Next, the physician-operator presses button 8 on irradiator 1, after which the irradiation time countdown starts on the touch display 4 and the automatic process of generating radiation pulses begins in the following sequence.
Схема управления 15 включает зарядное устройство 16, которое обеспечивает заряд накопительного конденсатора 17. Напряжение заряда накопительного конденсатора 17 контролируется схемой управления 15 и при достижении нужной величины (800…1400 В), определяемой настройкой входящего в состав схемы управления 15 компаратора напряжения, отключает зарядное устройство 16. В этом состоянии напряжение накопительного конденсатора 17 через вторичную обмотку импульсного трансформатора 19 оказывается приложенным к электродам импульсной газоразрядной трубчатой лампы 10. Указанное напряжение недостаточно для пробоя инертного газа в межэлектродном промежутке. Далее схема управления 15 включает генератор импульсов поджига 18, который вырабатывает импульс напряжения величиной 600…800 В и длительностью 1…10 мкс, поступающий на первичную обмотку импульсного трансформатора 19. Во вторичной обмотке импульсного повышающего трансформатора 19, являющейся частью разрядного контура, инициируется цуг высоковольтных (~15…25 кВ) импульсов, который осуществляет первичный пробой межэлектродного промежутка импульсной газоразрядной трубчатой лампы 10 и образование стримера - первичного электрического токопроводящего канала. Разрядный контур оказывается электрически замкнутым и накопительный конденсатор 17 разряжается через вторичную обмотку импульсного трансформатора 19 и импульсную газоразрядную трубчатую лампу 10. В процессе разряда электрический ток в межэлектродном промежутке растет, ксенон интенсивно ионизируется и разогревается, переходя в состояние высокотемпературной излучающей плазмы с эффективной температурой излучения 8000…10000 К. В результате импульсная газоразрядная ксеноновая трубчатая лампа 10 излучает мощный импульс излучения непрерывного спектра, включая УФ составляющую. Одна часть этого излучения попадает непосредственно на обрабатываемую поверхность 13, другая - падает на отражатель 11, диффузно отражается от него и также поступает на обрабатываемую пораженную поверхность тела пациента, осуществляя лечебный эффект.The control circuit 15 includes a charging device 16, which ensures the charging of the storage capacitor 17. The charging voltage of the storage capacitor 17 is controlled by the control circuit 15 and, upon reaching the required value (800...1400 V), determined by the setting of the voltage comparator included in the control circuit 15, switches off the charging device 16. In this state, the voltage of the storage capacitor 17 through the secondary winding of the pulse transformer 19 is applied to the electrodes of the pulse gas-discharge tubular lamp 10. The specified voltage is insufficient for the breakdown of the inert gas in the interelectrode gap. Next, the control circuit 15 includes an ignition pulse generator 18, which produces a voltage pulse of 600...800 V and a duration of 1...10 μs, which is fed to the primary winding of the pulse transformer 19. In the secondary winding of the pulse step-up transformer 19, which is part of the discharge circuit, a train of high-voltage (~15...25 kV) pulses is initiated, which carries out the primary breakdown of the interelectrode gap of the pulse gas-discharge tubular lamp 10 and the formation of a streamer - a primary electrical conductive channel. The discharge circuit is electrically closed and the storage capacitor 17 is discharged through the secondary winding of the pulse transformer 19 and the pulse gas-discharge tubular lamp 10. During the discharge, the electric current in the interelectrode gap increases, xenon is intensively ionized and heated, passing into the state of high-temperature radiating plasma with an effective radiation temperature of 8000 ... 10000 K. As a result, the pulse gas-discharge xenon tubular lamp 10 emits a powerful pulse of continuous spectrum radiation, including the UV component. One part of this radiation falls directly on the treated surface 13, the other falls on the reflector 11, diffusely reflects from it and also enters the treated affected surface of the patient's body, producing a therapeutic effect.
По завершении разряда накопительного конденсатора 17 ток через импульсную газоразрядную ксеноновую трубчатую лампу 10 прекращается, ксенон в межэлектродном промежутке остывает и деионизируется, переходя в атомарное состояние, электрическая проводимость исчезает, все компоненты аппарата переходят в исходное состояние.Upon completion of the discharge of the storage capacitor 17, the current through the pulsed gas-discharge xenon tubular lamp 10 stops, the xenon in the interelectrode gap cools and deionizes, passing into an atomic state, electrical conductivity disappears, and all components of the apparatus return to their original state.
Затем начинается новый цикл: зарядка накопительного конденсатора 17 зарядным устройством 16, формирование импульса поджига генератором импульсов поджига 18, формирование цуга высоковольтных импульсов во вторичной обмотке импульсного трансформатора 19, пробой межэлектродного промежутка, разряд накопительного конденсатора 17, образование высокотемпературной излучающей плазмы, генерация импульса излучения, остывание плазмы и переход в исходное состояние.Then a new cycle begins: charging of the storage capacitor 17 by the charger 16, formation of the ignition pulse by the ignition pulse generator 18, formation of a train of high-voltage pulses in the secondary winding of the pulse transformer 19, breakdown of the interelectrode gap, discharge of the storage capacitor 17, formation of high-temperature radiating plasma, generation of a radiation pulse, cooling of the plasma and transition to the initial state.
Рабочие циклы повторяются с частотой несколько Гц в течение времени, рассчитанного микропроцессором схемы управления 15 для создания заданной врачом лечебной фототерапевтической дозы УФ-излучения на пораженной поверхности.The working cycles are repeated at a frequency of several Hz for a time calculated by the microprocessor of the control circuit 15 to create a therapeutic phototherapeutic dose of UV radiation on the affected surface specified by the doctor.
При работе предложенного аппарата высокоинтенсивного импульсного облучения для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний автоматически учитывается и компенсируется изменение излучательных свойств импульсной газоразрядной лампы в процессе эксплуатации. Тем самым обеспечивается достижение заявленного технического результата от использования предлагаемого технического решения в части повышения стабильности и предсказуемости достигаемого лечебного эффекта за счет повышения стабильности получаемой пораженной поверхностью фототерапевтической дозы в процессе всего срока эксплуатации предлагаемого аппарата.When operating the proposed high-intensity pulsed irradiation device for treating wound infection and dermatological diseases, the change in the radiating properties of the pulsed gas-discharge lamp during operation is automatically taken into account and compensated. This ensures the achievement of the declared technical result from using the proposed technical solution in terms of increasing the stability and predictability of the achieved therapeutic effect due to increasing the stability of the phototherapeutic dose received by the affected surface during the entire service life of the proposed device.
В процессе сеанса облучения на сенсорном дисплее отображается оставшееся до окончания процедуры время, что удобно для врача и пациента.During the irradiation session, the time remaining until the end of the procedure is displayed on the touch screen, which is convenient for the doctor and the patient.
Типовое значение длительности сеанса облучения составляет 20…60 с.The typical duration of an irradiation session is 20...60 s.
Дополнительное удобство для врача-оператора создается в случае реализации предложенного аппарата высокоинтенсивного импульсного облучения для лечения раневой инфекции и дерматологических заболеваний автоматически в соответствии с п. 4 формулы изобретения. В этом случае при изменении величины h (непроизвольное или случайное смещение облучателя) микропроцессор схемы управления по находящейся в памяти таблице соответствия определяет новое значение поверхностной плотности энергии УФ излучения в единичном импульсе, пересчитывает оставшуюся недополученную фототерапевтическую дозу в количество импульсов и оставшееся время до конца процедуры при условии неизменности заданной врачом величины фототерапевтической дозы.Additional convenience for the physician-operator is created in the case of the implementation of the proposed apparatus for high-intensity pulsed irradiation for the treatment of wound infection and dermatological diseases automatically in accordance with paragraph 4 of the formula of the invention. In this case, when the value of h changes (involuntary or accidental displacement of the irradiator), the microprocessor of the control circuit, according to the correspondence table located in the memory, determines a new value of the surface energy density of UV radiation in a single pulse, recalculates the remaining under-received phototherapeutic dose into the number of pulses and the remaining time until the end of the procedure, provided that the value of the phototherapeutic dose specified by the physician remains unchanged.
Расширение функциональных возможностей предлагаемого аппарата заключается в том, что с учетом широкого и непрерывного спектра излучения с помощью соответствующего сменного светофильтра можно выделить актуальную для различных лечебных методов часть спектра излучения: бактерицидная обработка, ПУВА-терапия, фотодинамическая терапия, косметологические процедуры при использовании излучения видимого диапазона - синий, красный и др. - лечение акне, омоложение кожи, лечение рубцов и т.п.The expansion of the functional capabilities of the proposed device is that, taking into account the wide and continuous spectrum of radiation, using the appropriate replaceable light filter, it is possible to isolate the part of the radiation spectrum that is relevant for various treatment methods: bactericidal treatment, PUVA therapy, photodynamic therapy, cosmetology procedures using visible range radiation - blue, red, etc. - acne treatment, skin rejuvenation, scar treatment, etc.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2835588C1 true RU2835588C1 (en) | 2025-02-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107050655A (en) * | 2015-12-21 | 2017-08-18 | 欧司朗有限公司 | For providing the illumination unit of pulses of radiation and method for running illumination unit |
| RU2641068C1 (en) * | 2017-03-21 | 2018-01-15 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Device for treatment of early infection and dermatological diseases |
| GB2580571B (en) * | 2013-12-04 | 2020-10-14 | Ipulse Ltd | Skin treatment apparatus utilsing intense pulsed light (IPL) |
| EP3799820B1 (en) * | 2013-12-04 | 2022-06-08 | Ipulse Limited | Skin treatment apparatus utilising intense pulsed light (ipl) |
| KR20230164429A (en) * | 2022-05-25 | 2023-12-04 | 주식회사 메드믹스 | Skin treatment device using pulse-controlled light emitting diode equipped with temperature sensor |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2580571B (en) * | 2013-12-04 | 2020-10-14 | Ipulse Ltd | Skin treatment apparatus utilsing intense pulsed light (IPL) |
| EP3799820B1 (en) * | 2013-12-04 | 2022-06-08 | Ipulse Limited | Skin treatment apparatus utilising intense pulsed light (ipl) |
| CN107050655A (en) * | 2015-12-21 | 2017-08-18 | 欧司朗有限公司 | For providing the illumination unit of pulses of radiation and method for running illumination unit |
| RU2641068C1 (en) * | 2017-03-21 | 2018-01-15 | Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" | Device for treatment of early infection and dermatological diseases |
| KR20230164429A (en) * | 2022-05-25 | 2023-12-04 | 주식회사 메드믹스 | Skin treatment device using pulse-controlled light emitting diode equipped with temperature sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2550728C2 (en) | Power unit for device for light treatment of dermatological diseases | |
| RU2291725C2 (en) | Improved portable laser device for treating skin | |
| US6902563B2 (en) | Irradiation device for therapeutic treatment of skin and other ailments | |
| WO2001097912A2 (en) | Targeted uv phototherapy apparatus and method | |
| US20080215124A1 (en) | Apparatus for Cosmetic Skin Rejuvenation Treatment | |
| JP2008307306A (en) | Phototherapy device | |
| RU2835588C1 (en) | High-intensity pulsed optical radiation apparatus for treating wound infections and dermatological diseases | |
| RU2641068C1 (en) | Device for treatment of early infection and dermatological diseases | |
| RU2088286C1 (en) | Apparatus for treatment and prophylactic of dermatological diseases and thermal injuries | |
| RU2072879C1 (en) | Apparatus for magnetolaser therapy | |
| RU2070057C1 (en) | Device for pulse sterilization of medical instruments | |
| CN118593113A (en) | Tumor ablation system for selective electro-photodynamic therapy | |
| RU2526810C1 (en) | Plasma disinfector for biological tissues | |
| RU227628U1 (en) | Portable high intensity pulsed optical irradiation device for wound treatment | |
| RU199574U1 (en) | Medical apparatus for pulsed optical irradiation | |
| RU217466U1 (en) | Device for ultraviolet irradiation | |
| KR20070092169A (en) | Self-contained pulsed light emitter for various skin care and treatment | |
| RU2708198C1 (en) | Device for treating wound infection and dermatological diseases | |
| KR102652123B1 (en) | Control device for implementing cross strength of fresh lamp | |
| RU220270U1 (en) | Pulsed optical irradiation device for the treatment of wounds and dermatological diseases | |
| RU2184579C1 (en) | Device for applying ultraviolet radiation | |
| US6593706B1 (en) | High pressure neon arc lamp | |
| RU2092200C1 (en) | Light treatment device | |
| RU2358773C2 (en) | Bioobject impact device | |
| SU1641344A1 (en) | Device for acupuncture points darsonvalization |