Статтю присвячено питанням оптимізації процедур лазерної фізіотерапії. На основі проведених експериментальних досліджень на біооб'єктах запропонована для практичної охорони здоров'я методика біологічного управління Теплотворна процесами в точках акупунктури людини. Розглянуто особливості автоматизації розробленого авторами біотехнічного комплексу для лазерної пунктура і алгоритм управління їм при проведенні терапевтичних процедур.

Анотація наукової статті з нанотехнологій, автор наукової роботи - Бочков Михайло Сергійович, Качалін Олександр Сергійович, Баранов Володимир Миколайович


Relevance of management of the heatforming processes in acupuncture points for automation of laser physiotherapeutic influence

Article is devoted to questions of optimization of procedures of laser physical therapy. On the basis of the conducted pilot studies on biological objects the technique of biological management of the heatforming processes in points of acupuncture of the person is offered for practical health care. Features of automation of the biotechnical complex developed by authors for impact on acupuncture points and algorithm of management are considered by it when carrying out therapeutic procedures.


Область наук:

  • нанотехнології

  • Рік видавництва: 2016


    Журнал: Біотехносфера


    Наукова стаття на тему 'Актуальність управління Теплотворна процесами в акупунктурних точках для автоматизації лазерного фізіотерапевтичного впливу'

    Текст наукової роботи на тему «Актуальність управління Теплотворна процесами в акупунктурних точках для автоматизації лазерного фізіотерапевтичного впливу»

    ?УДК 615.841-027.43

    М. С. Бочков, А. С. Качалін, В. Н. Баранов

    Актуальність управління Теплотворна процесами в акупунктурних точках для автоматизації лазерного фізіотерапевтичного впливу

    Ключові слова: низькоенергетичні лазери, точки акупунктури, термометрія, біотехнічний комплекс, фізіотерапія, автоматизація, управління.

    Keywords: low-energy lasers, acupuncture points, thermometry, biotechnical complex, physical therapy, automation, management.

    Статтю присвячено питанням оптимізації процедур лазерної фізіотерапії. На основі проведених експериментальних досліджень на біооб'єктах запропонована для практичної охорони здоров'я методика біологічного управління Теплотворна процесами в точках акупунктури людини. Розглянуто особливості автоматизації розробленого авторами біотехнічного комплексу для лазерної пунктура і алгоритм управління ним при проведенні терапевтичних процедур.

    В даний час зростають вимоги до апаратів для лазерної терапії [1, 2]. За допомогою лазерних фізіотерапевтичних систем і комплексів, що забезпечують певний рівень біо-тропности випромінювання, можна отримати необхідний терапевтичний ефект, що задовольняє вимогам практичної охорони здоров'я [5, 6]. Однак в даний час ще не до кінця розроблені лазерні медичні вироби для високоефективного лазерного впливу на точки акупунктури, що актуально для практичної охорони здоров'я.

    Мета дослідження - розробити новий автоматизований биотехнический комплекс для лазерної пунктура. Для досягнення мети були поставлені такі завдання: провести порівняльний аналіз впливу декількох режимів низькоінтенсивного лазерного впливу на ряд біооб'єктів (мицеллярний гриб роду Міеог і шкірні покриви добровольців в області точок акупунктури); виявити найбільш ефективний режим впливу; обґрунтувати механізм дії лазерного випромінювання на акупунктурні точки; розробити новий лазерний автоматизований биотехнический

    комплекс для реалізації найбільш ефективного режиму терапевтичного лазерного впливу.

    В експериментах для вивчення впливу лазерного випромінювання на біооб'єкти була використана досвідчена установка виробництва НДІ «Полюс» ім. М. Ф. Стельмаха (Москва), що включає два напівпровідникових лазера, що випромінюють на довжинах хвиль 0,67 і 0,85 мкм, з потужністю на вихідному (випромінюють) кінці гнучкого світловода 1,0 мВт. Потужність випромінювання на виході гнучкого кварцового світловода під час експериментів контролювалася за допомогою вимірника потужності лазерного випромінювання «Мустанг-стандарт». Діапазон вимірюваної потужності - 1-250 мВт.

    Об'єктом першого дослідження стали нижчі цвілеві гриби роду Міеог, так як вони мають широке практичне значення при виробництві сиру та зброджених продуктів харчування з сої і злаків, а також для отримання етанолу з картоплі [3].

    У процесі дослідження змив культури гриба наносили на стерильний фрагмент хлібобулочного виробу (рис. 1), який поміщали в термостат

    Мал. 1

    Повітряний Міцели цвілевих грибів роду Mucor

    № 1С43) / 201Б ~ |

    біотехносфера

    з температурою 22 ° С. Досвідчений матеріал був розділений на дві групи. Проби опромінювали кожні 24 год з експозицією 300 с протягом 5 днів.

    Першу групу опромінювали низькоінтенсивних лазерним випромінюванням з довжиною хвилі 0,67 мкм, а другу - з довжиною хвилі 0,85 мкм. Кожну групу розділили на три підгрупи. У першій підгрупі опромінення проводилося при нерухомому положенні випромінювача в безперервному режимі. У другій підгрупі модульований режим створювався перериванням лазерного променя паперовим листом темно-синього кольору з частотою 1-2 Гц. У третій підгрупі матеріал опромінювали в режимі об'ємного сканування: випромінюючий кінець світловода динамічно і ритмічно наближали до об'єкту опромінення і віддаляли від нього на відстань 2-3 см з частотою 1-2 Гц.

    Об'єктом другого дослідження стали шкірні поверхні пальців рук в проекції внемеріді-альних точок акупунктури Ши-сюань (РС86), що знаходяться в середині кінчика пальців. Відомо, що області шкіри, відповідні локалізації зони акупунктури, мають більш низьку теплопровідність і відрізняються високою чутливістю до температурних подразників. У зв'язку з цим за температурними показниками на поверхні шкіри в проекції точки акупунктури, що реєструється при опроміненні лазерами, передбачається судити і про силу лікувального роздратування, створюваного на цій акупунктурной точці. Приступаючи до роботи, ми виходили з даних раніше проведених досліджень, які свідчать про те, що точки акупунктури, в тому числі, мабуть, і Ши-сюань (РС86), мають велику щільність рецепторів, зокрема і терморецепторів, нервових закінчень аферентних нейронів [7, 8].

    Для вимірювання температури на поверхні шкіри пальців рук в проекції точки акупунктури застосовувався портативний тепловізор Fluke Ti32.

    Досліджувана група складалася з 5 чоловіків у віці від 24 до 26 років. Експозиція опромінення на опромінюється область - 180 с. Щільність потужності лазерного випромінювання, що падає на поверхню пальця при опроміненні в нерухомому режимі, -

    а)

    25,0 мВт / см2, при площинному скануванні за 1 с вона змінювалася від 0 до 25,0 мВт / см2, а при об'ємному скануванні також протягом 1 з змінювалася залежно від відстані до шкіри пальця від 1,0 до 25,0 мВт / см2. Термограмми на поверхні шкіри пальця в проекції точки акупунктури знімалися чотири рази: один раз до опромінення і три рази під час опромінення, через кожні 60 с. Всього проведено 46 термографических досліджень. У кожній групі половина вимірювань проводилася при впливі низькоінтенсивних лазерним випромінюванням з довжиною хвилі 0,67 мкм, інша половина - з довжиною хвилі 0,85 мкм.

    У першому експерименті на 4-й день опромінення виявлено наступне. Так, в першій підгрупі першої групи обсяг повітряного міцелію гриба збільшився на 25%, у другій підгрупі тієї ж групи - на 35%, в третій також на 35%. У першій підгрупі другої групи обсяг міцелію гриба зріс на 12%, у другій підгрупі - на 16%, в третій - на 13%. У контрольній групі - ріст міцелію гриба не перевищив 9%. Мікроскопічна картина в нативних препаратах, приготовлених з досвідчених проб, опромінених в безперервному і об'ємно-сканирующем режимах опромінення (рис. 2, а), не виявила патологій і показала, що клітини міцелію ниткоподібні, що не сепТ-рова, в більшому обсязі безбарвні, що є ознакою того, що гриб знаходиться в періоді зростання. Кількість пошкоджених і недорозвинених спорангієносцями лежить в межах норми. У препаратах, виготовлених з досвідчених проб, спостерігаються в більшій кількості, ніж в препаратах з контрольної групи (рис. 2, б), забарвлені в коричневий колір зрілі суперечки і спорангіенос-ці. Це показує, що гриб знаходиться в періоді інтенсивного розмноження, підвищується ймовірність успішного розмноження, висока ймовірність значного збільшення території, яку займає грибом.

    В результаті другого дослідження були отримані термограмми, що характеризують динаміку зміни температури на поверхні шкіри пальців в процесі лазерного опромінення точок акупун-

    б)

    Мал. 2 \ Мікроскопічна картина препарату гриба дослідної (а) і контрольної (б) проб

    а)

    Про

    б)

    36,2 36 35,8 35,6 35,4 35,2 35 34,8 34,6 34,4 34,2 34

    36 36,5 35

    в нерухомий про режим облуче- 0 ° 345

    їй 'р

    ня

    ного сканування

    режим площинного сканування

    33 32,5 32 31,5

    нерухомий режим опромінення

    - • режим об'ємного сканування режим площинного сканування

    Час, с, р < 0,05

    Час, с, р < 0,05

    Мал. 3 Динаміка температури в області точок акупунктури при впливі лазерним випромінюванням червоного (а) і інфрачервоного (б) спектра

    ктура при різних режимах і довжинах хвиль випромінювання (рис. 3).

    Як показали дослідження, температура на поверхні пальця при нерухомому режимі опромінення та режимі площинного сканування як в червоному, так і в інфрачервоному діапазонах знижувалася до кінця 3-ї хвилини лазерного впливу, причому при інфрачервоному опроміненні в нерухомому режимі навіть опускалася на 0,2 ° С до кінця 1-ї хвилини опромінення. Температура швидше й інтенсивніше росла до кінця 3-ї хвилини при опроміненні в режимі об'ємного сканування. Причому нагрівання поверхні пальця спостерігався як при опроміненні на довжині хвилі 0,67 мкм (на 1,2 ° С), так і при опроміненні на довжині хвилі 0,85 мкм (на 0,8 ° С).

    Проведене дослідження показало, що низькоінтенсивне лазерне випромінювання стимулює збільшення біомаси гриба, дозрівання і розмноження. Найбільше зростання гриба був відзначений при його опроміненні в модульованому і об'ємно-сканирующем режимах, причому більш високий при впливі з довжиною хвилі 0,67 мкм, ніж з 0,85 мкм. Можна припустити, що при таких «росто-стимулюючих» параметрах опромінення в області мембран клітин створювалася циркуляція довго-живучих розсіяних фотонів на відміну від нерухомого безперервного режиму впливу, де фотони рухалися переважно по балістичних траєкторіях. Інтенсивне і тривале поглинання розсіяного випромінювання мембранами клітин призводило до більш сильної активізації їх іонної провідності, приводила до стимуляції метаболічних процесів в клітинах і в підсумку до вираженого зростання гриба.

    Під час другого експерименту режими опромінення при нерухомому положенні світловода і площинному лазерному скануванні генерували менше теплоти на поверхні шкіри пальця в проекції точки акупунктури Ши-сюань (РС86), причому до кінця 3-ї хвилини відзначалося падіння температури, пов'язане, мабуть, з спазматической реакцією артеріол мікроциркуляторного русла глибинних шарів шкіри у відповідь на щільний потік балістичних фотонів і відповідно

    зі зниженням кровотоку на її поверхні. Випромінювання ж лазерів за методикою об'ємного сканування через сильний розсіювання в поверхневих шарах тканини пальців інтенсивніше поглиналося мембранами клітин і викликало більш виражений місцевий нагрів шкіри і активацію мікроциркуляції. Мабуть, випромінювання з довжиною хвилі 0,67 мкм інтенсивніше поглиналося меланіном шкіри і гемоглобіном крові капілярів, ніж випромінювання з довжиною хвилі 0,85 мкм, чим і пояснюється більш виражений нагрівання поверхні шкіри при опроміненні випромінюванням з довжиною хвилі 0,67 мкм. Випромінювання ж з довжиною хвилі 0,85 мкм потрапляло в так зване медичне спектральний вікно, що тягнеться від 0,7 до 0,9 мкм, де поглинання світла було мінімальним.

    Ми вважаємо, що підвищення температури в точці акупунктури, викликане лазерним опромінюванням, веде до подразнення нервових рецепторів і активації провідності аферентних нервових шляхів, які запускають шкірно-вісцеральні рефлекторні саногенетіческіе реакції. Наші дані узгоджуються з думкою I. Kertesz і співавторів [8], які стверджують, що при температурі близько 37 ° С ліпідний шар клітинної мембрани зазвичай вступає в нестійке фазовий стан, що приводить до зміни її іонної провідності. Це, мабуть, сприяє деполяризаціїмембрани терморецепторами або дендрита чутливої ​​нервової клітини. Коли мембранний потенціал після опромінення лазерами досягає порогового значення, виникає нервовий імпульс, що поширюється по аферентні нервових волокнах до центрів вегетативної нервової системи [7]. Крім того, лазерне випромінювання, викликаючи локальний нагрів клітинних мембран, може ініціювати золь-гельние переходи в цитоплазмі, також впливаючи на іонну провідність. Ми згодні з думкою С. Л. Загускіна [4] про те, що деполяризаціїмембрани нервової клітини, в тому числі і при опроміненні лазерами в режимі об'ємного сканування, можуть сприяти і автоколебания концентрації іонів кальцію, поширення хвиль кальцію в цитозолі.

    № 1 (43) / 2016 |

    біотехносфера

    Мал. 4

    Алгоритм управління апаратно-програмним комплексом

    Проведене дослідження дало можливість обґрунтувати необхідність розробки і застосування нового біотехнічного комплексу, що забезпечує об'ємне лазерне сканування точок акупунктури. Був розроблений алгоритм управління апаратно-програмним комплексом для реалізації нового методу лазерної терапії (рис. 4).

    Структурна схема апарату представлена ​​на рис. 5.

    Як видно зі схеми, розроблений биотехнический комплекс складається з наступних компо-

    ПК

    USB **

    МК

    ДТ

    БУРИ

    СМ і ШМ

    СІ

    БІ -i БО

    БП

    Мал. 5

    Структурна схема апаратно-програмного комплексу:

    ПК - персональний комп'ютер з необхідним для роботи комплексу програмним забезпеченням (ПЗ); USB - комп'ютерний інтерфейс;

    МК - мікроконтролер; ДТ - датчик температури; СІ - субмодуль індикації і периферійного управління; БУРИ - блок управління роботою випромінювача; СМ і ШМ - субмодуль механіки з кроковим мікродвигуном; БП - блок живлення комплексу; БІ - блок випромінювачів з розсіює лінзою; БО - біологічний об'єкт

    нентов: ПК - робоче місце оператора комплексу; ПО - програмне забезпечення для ПК; модуль мікроконтролера; блок (субмодуль) випромінювачів; субмодуль механіки з кроковим мікродвигуном; допоміжні і контрольні субмодуля (датчик температури); субмодуль індикації і периферійного управління. Програмне забезпечення комплексу розраховане на роботу на ПК Intel / AMD c архітектурою x86 / x64 під управлінням операційних систем сімейства Windows NT (Microsoft Windows 2000 - Microsoft Windows 8.1). Фізичний інтерфейс обміну даними між ПК і модулем МК реалізований по стандарту USB версії 1.0 і вище.

    Модуль МК реалізує профіль CDC USB - віртуальний послідовний порт через USB. З боку модуля МК протокол реалізується на основі бібліотеки AVR-USB. Модуль МК забезпечує зв'язок з ПК, периферійне управління і контроль виконавчими пристроями комплексу по циклограмме і параметрам, заданим в ПО робочого місця оператора. Основою модуля є мікроконтролер AVR ATMEGA8, який реалізує наступні функції: двосторонній обмін даними з ПК; формування сигналів управління для субмодуля випромінювача; формування сигналів управління для субмодуля механіки; опитування датчиків допоміжного і контрольного субмодулів; опитування датчиків субмодуля індикації і периферійного управління. На субмодуле випромінювачів розташовуються джерела лазерного випромінювання, що забезпечують необхідні параметри випромінювання. Як джерела світлового випромінювання, яке впливає на біооб'єкт, використані лазерні діоди червоного і інфрачервоного спектрів випромінювання. Субмодуль механіки забезпечує задану відстань між Біооб'єкти і випромінювачем, а також переміщення випромінювача щодо препарату в режимі об'ємного опромінення. Субмодуль випромінювачів легкознімний, обладнаний роз'ємом для швидкої заміни. Харчування логічної частини схеми здійснюється напругою +5 В, одержуваних від ПК через USB-підключення.

    Робоче місце оператора забезпечує загальне керівництво всіма елементами комплексу, формування циклограми сеансу, збереження і повторне використання циклограм, ведення статистики, збереження призначених для користувача режимів роботи. Оператор встановлює режим роботи випромінювачів (безперервний, модульований, об'ємно-скануючий), регулює частоту імпульсів випромінювачів (від 0,5 до 100 Гц), якщо обраний модульований режим роботи, встановлює частоту руху модуля випромінювачів при клює режимі роботи, час роботи (від 30 з до 10 хв), потужність випромінювання. Субмодуль індикації і периферійного управління являє собою набір кнопок для управління біотехнічних комплексом і індикаторами.

    Елементи субмодуля механіки розташовані на шасі, виконаному з пластика або металу. Рухома каретка розташована на напрямних, що забезпечують її поздовжній рух. У рух каретка наводиться за допомогою гвинтової передачі від крокової двигуна. На каретці закріплений магніт, від якого спрацьовують Герко-ни МКА-10110 / КЕМ-2, коли каретка знаходиться в крайніх положеннях. Це дозволяє програмному забезпеченню мікроконтролера автоматично розраховувати кількість кроків між крайніми положеннями каретки, зупиняти каретку при досягненні крайніх положень. Контроль температури двигуна здійснюється за допомогою датчика температури В818В20 / Б818820. Програмне забезпечення розроблялося за допомогою компілятора CodeVisionAVR і програмного Сіму-ром VMLAB, для програмування мікроконтролера використовувалася утиліта PonyProg 2000.

    В результаті проведеного порівняльного аналізу впливу на біооб'єкти декількох найбільш часто вживаних в фізіотерапевтичної практиці режимів лазерного опромінення біооб'єктів (з нерухомим розташуванням джерела випромінювання, у вигляді опромінення модульованим променем, площинним і об'ємним лазерним скануванням) було виявлено перевагу режиму об'ємного лазерного сканування, що актуально для оптимізації лазерної терапії. Дослідження показали, що, по-перше, такий режим випромінювання сильніше стимулює збільшення біомаси гриба, дозрівання і розмноження, по-друге, він має більш Теплотворна ефектом в порівнянні з іншими прийомами опромінення. Також відзначено, що при впливі випромінювання з довжиною хвилі 0,67 мкм спостерігається більш інтенсивний прогрів поверхні шкіри в проекції точок акупунктури, ніж при опроміненні променем з довжиною хвилі 0,85 мкм, що дозволяє рекомендувати опромінення лазером червоного діапазону для більш інтенсивно-

    го прогріву біологічних тканин. Дослідження показало, що необхідно автоматизувати процедуру лазерної терапії і розробити биотехнический комплекс для реалізації нового методу об'ємного лазерного сканування, як має значні переваги перед іншими методиками опромінення. Алгоритм управління лазерним комплексом передбачає оптимізацію його роботи в умовах фізіотерапевтичного відділення. Запропонований лікувальний комплекс полегшить роботу медичного персоналу закладів охорони здоров'я.

    література

    1. Аронов А. М., Пічугін В. Ф., Твердохлебов С. І. Розробка та впровадження нових медичних виробів: навч. посібник. Томськ: Изд-во Томського політехнічного університету, 2010. 238 с.

    2. Підвищення ефективності застосування лазерного гінекологічного апарату «Агін-01» в гінекології з використанням методу палацовий фотоплетізмографія /

    B. Н. Баранов, Є. Л. Малиновський, В. А. Новиков [и др.] // Казанський медичний журнал. 2010. № 4. С. 555-560.

    3. Гарибова Л. В., Лекомцева С. Н. Основи мікології: морфологія і систематика грибів та грибоподібних організмів. М., 2005. 220 с.

    4. Загускін С. Л. Гіпотеза про можливу фізичну природу сигналів внутрішньоклітинної та міжклітинної синхронізації ритмів синтезу білка // Изв. РАН. Сер. біол. 2004. № 4.

    C. 389-394.

    5. Принципи створення багатофункціональної апаратури для низкоинтенсивной лазерної та магнітолазерної терапії / В. Ю. Плавскій, А. Б. Рябцев, І. А. Леусенко [и др.] // Мед. техніка. 2011. № 2. С. 17-25.

    6. Хлинов М. А., Баранов В. Н., Рашев Р. Р. Принципи побудови і апаратурна реалізація багатофункціональних терапевтичних пристроїв // Изв. вузів. Поволзький регіон. Технічні науки. 2011. № 4 (20). С. 159-166.

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

    8. Hypotetical Model for Laser Biostimulation / I. Kertesz, M. Fenyo, E. Mester, G. Bathory // Optics and Laser Technology. 1982. Vol. 14. N 1. P. 31-32.

    № 1 (433/2016 |

    біотехносфера


    Ключові слова: низькоенергетичному ЛАЗЕРИ /КEYWORDS: LOW-ENERGY LASERS /ТОЧКИ акупунктури /ACUPUNCTURE POINTS /Термометри /THERMOMETRY /БІОТЕХНІЧНИЙ КОМПЛЕКС /BIOTECHNICAL COMPLEX /ФІЗІОТЕРАПІЯ /PHYSICAL THERAPY /АВТОМАТИЗАЦІЯ /AUTOMATION /УПРАВЛІННЯ /MANAGEMENT

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити