RU196196U1

RU196196U1 - DEVICE FOR TREATING FROGEN LIMBS

Info

Publication number: RU196196U1
Application number: RU2019143370U
Authority: RU
Inventors: Владимир Борисович Антипов; Евгений Владимирович Гаврилин; Григорий Ефимович Дунаевский
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-02-19

Abstract

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для лечения отморожений конечностей. Устройство содержит источник СВЧ-излучения (1) и экранированную рабочую камеру (2). Рабочая камера снабжена отверстием (3) и излучателем (5). По периметру отверстия закреплен своим раскрывом металлотканевый рукав (4). Излучатель связан с источником СВЧ-излучения посредством коаксиального кабеля (6). Излучатель представлен коллинеарной всенаправленной антенной, ориентированной параллельно оси камеры, совпадающей с осью подвергаемой прогреву конечности и расположенной на четвертьволновом расстоянии от верхней стенки камеры и на расстоянии не менее 3/8 рабочей длины волны от боковой стенки камеры. Нижняя часть камеры отделена от ее остальной части диэлектрической перегородкой (7), под которой установлен металлический полудиск (8). Диаметр полудиска достигает ширины камеры и имеет возможность вращаться в своей плоскости. Достигается снижение рисков локальных перегревов и недогревов в прогреваемой конечности, что обеспечивает уменьшение травматичности и улучшение терапевтического эффекта. 2 ил.The utility model relates to medical equipment, namely to devices for treating frostbite of the extremities. The device comprises a microwave radiation source (1) and a shielded working chamber (2). The working chamber is equipped with an opening (3) and a radiator (5). A metal-fabric sleeve (4) is fixed along the perimeter of the hole with its opening. The emitter is connected to a microwave source through a coaxial cable (6). The emitter is represented by a collinear omnidirectional antenna, oriented parallel to the camera axis, coinciding with the axis of the limb being heated and located at a quarter-wave distance from the upper chamber wall and at a distance of at least 3/8 of the working wavelength from the side wall of the chamber. The lower part of the chamber is separated from its rest by a dielectric partition (7), under which a metal half-disk (8) is installed. The half-disk diameter reaches the width of the chamber and has the ability to rotate in its plane. EFFECT: reduction of risks of local overheating and underheating in a warmed limb, which ensures a reduction in morbidity and an improvement in the therapeutic effect. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике и предназначена для снижения тяжести последствий холодовых травм.The utility model relates to medical equipment and is intended to reduce the severity of the effects of cold injuries.

Отморожения составляют от 10 до 15% травматических случаев, при этом глубокие отморожения требуют длительного лечения – до 65 суток – и в массе случаев заканчиваются обширными ампутациями. Вероятность инвалидизации при глубоких отморожениях достигает 90%. Объективная потребность в оборудовании для лечения отморожений обусловлена климатическими условиями России, где на большей части территории холодный период длится до 6 месяцев. Следует отметить, что проблема лечения отморожений существует и в более теплых регионах, поскольку нарушение кровообращения в конечности наблюдается уже при +12°С. Несмотря на важность проблемы, лечение глубоких отморожений носит в основном консервативный характер. Специализированные технические средства отсутствуют. Frostbite makes up from 10 to 15% of traumatic cases, while deep frostbite requires a long treatment - up to 65 days - and in the majority of cases they end with extensive amputations. The probability of disability during deep frostbite reaches 90%. The objective need for equipment for the treatment of frostbite is due to the climatic conditions of Russia, where in most of the territory the cold period lasts up to 6 months. It should be noted that the problem of frostbite treatment also exists in warmer regions, since circulatory disorders in the limbs are already observed at + 12 ° C. Despite the importance of the problem, the treatment of deep frostbite is mostly conservative. Specialized technical means are not available.

Перспективным направлением в лечении отморожений является прогрев конечности проникающим в глубину тканей СВЧ излучением. Глубинный прогрев обеспечивает снятие стойкого спазма основных питающих сосудов и восстановление адекватного кровотока во всей массе конечности. Однако большинство существующих устройств для СВЧ нагрева не подходит для решения этой задачи. Все они имеют поверхностные (иногда внутриполостные) аппликаторы, неприспособленные для того, чтобы выполнять функцию объемного нагрева. Неконтролируемая часть излучения рассеивается в окружающем пространстве, создавая трудности для дозировки и оказывая вредное воздействие на пациента и обслуживающий персонал. A promising direction in the treatment of frostbite is the heating of a limb by penetrating microwave radiation into the depths of tissues. Deep heating ensures the removal of persistent spasm of the main supply vessels and the restoration of adequate blood flow throughout the limb mass. However, most existing devices for microwave heating are not suitable for this task. All of them have surface (sometimes intracavitary) applicators, unsuitable in order to perform the function of volumetric heating. The uncontrolled part of the radiation is scattered in the surrounding space, creating difficulties for dosing and having a harmful effect on the patient and staff.

Известно устройство для лечения отморожений конечностей [1]. Устройство содержит источник СВЧ излучения и связанную с ним экранированную рабочую камеру, снабженную отверстием, по периметру которого закреплен своим раскрывом гибкий металлотканевый рукав. Преимущество устройства заключается в дозированном объемном воздействии прогревающего излучения на пораженную конечность, помещаемую в рабочую камеру. При этом реализуется принцип «черного тела», согласно которому вся мощность, поступающая в рабочую камеру с отражающими стенками, рассеивается в помещенном туда поглощающем объекте. В данном случае таким объектом служит отмороженная конечность, а неконтролируемое облучение пациента и персонала сводится к минимуму. Применение устройства производится в соответствии с известным «Способом лечения отморожений по принципу СВЧ нагрева» [2].A device for the treatment of frostbite of the extremities [1]. The device comprises a microwave radiation source and a shielded working chamber connected with it, equipped with an opening, a flexible metal-fabric sleeve is fixed around its perimeter by its opening. The advantage of the device is the dosed volumetric effect of the warming radiation on the affected limb placed in the working chamber. At the same time, the principle of the “black body” is implemented, according to which all the power entering the working chamber with reflecting walls is dissipated in the absorbing object placed there. In this case, a frostbitten limb serves as such an object, and uncontrolled irradiation of the patient and staff is minimized. The use of the device is made in accordance with the well-known "Method for the treatment of frostbite on the principle of microwave heating" [2].

Из известных модификаций данного устройства наиболее близким к заявляемой полезной модели является «Устройство для лечения отморожений конечностей» [3].Of the known modifications of this device, the closest to the claimed utility model is the "Device for the treatment of frostbite of the extremities" [3].

Устройство для лечения отморожений конечностей содержит терапевтический прибор, служащий источником СВЧ излучения, и связанную с ним посредством коаксиального кабеля экранированную рабочую камеру. Камера снабжена установленным на ее стенке разъемом, присоединенным к расположенному внутри камеры излучателю, а также отверстием, по периметру которого закреплен своим раскрывом гибкий защитный рукав, выполненный из проводящего слоя, помещенного между слоями ткани. В качестве терапевтического прибора использован прибор СМВИ-200. В известном устройстве излучатель представлен четвертьволновой короткозамкнутой линией, выполненной из металлической пластины. В стенках камеры выполнен ряд закрытых металлическими решетками отверстий, в которых в шахматном порядке установлены вентиляторы с закрепленными на крыльчатках полуволновыми металлическим пластинами.The device for treating frostbite of the extremities contains a therapeutic device serving as a source of microwave radiation, and a shielded working chamber connected with it via a coaxial cable. The camera is equipped with a connector mounted on its wall, connected to an emitter located inside the camera, as well as an opening, a flexible protective sleeve made of a conductive layer placed between the fabric layers is fixed by its opening. The SMVI-200 device was used as a therapeutic device. In the known device, the emitter is represented by a quarter-wave short-circuited line made of a metal plate. A number of holes closed by metal gratings are made in the chamber walls, in which fans with half-wave metal plates fixed to the impellers are staggered.

Преимущества известной полезной модели состоят в следующем. The advantages of the known utility model are as follows.

Используемый в нем терапевтический прибор СМВИ-200 [4] является современным прибором, массово выпускаемым и отвечающим всем требованиям безопасности. Уровень мощности программно задается и может, в частности, составлять 15, 30, 45 и 60 Вт в непрерывном режиме или 10, 20, 30, 40, 50 и 60 Вт в импульсном режиме, что позволяет устанавливать оптимальный уровень для любых ситуаций, связанных с воздействием на пораженную конечность.The therapeutic device SMVI-200 used in it [4] is a modern device, mass-produced and meets all safety requirements. The power level is programmable and can, in particular, be 15, 30, 45 and 60 watts in continuous mode or 10, 20, 30, 40, 50 and 60 watts in pulse mode, which allows you to set the optimal level for any situations associated with impact on the affected limb.

В известной полезной модели в определенной степени достигнуты возможности контроля и управления распределением температуры в объекте воздействия. Присутствие вентиляторов обеспечивает отвод избыточного тепла с поверхностных слоев объекта воздействия, что снижает риск их повреждения за то время, как произойдет достаточный нагрев в глубине. Наличие вентиляционных отверстий, половина из которых снабжена вентиляторами, а половина, чередуясь в шахматном порядке, через одно, свободна, способствует установлению всесторонней циркуляции воздуха в камере с поступлением извне и выводом наружу. Закрепленные на крыльчатках вентиляторов полуволновые металлические пластины служат в качестве переотражателей падающих на них волн. В результате их вращения распределение максимумов и минимумов напряженности поля в рабочей камере периодически меняется, что способствует более равномерному распределению средней интенсивности нагрева по поверхности. Металлические решетки в отверстиях препятствуют проникновению СВЧ излучения наружу. Сквозь ячейки решеток можно не только визуально наблюдать за объектом, но и объективно регистрировать поверхностную температуру тепловизором. Это позволяет оператору управлять мощностью излучения, добиваясь оптимального режима нагрева.In a known utility model, to some extent, the capabilities of monitoring and controlling the temperature distribution in the target are achieved. The presence of fans ensures the removal of excess heat from the surface layers of the target, which reduces the risk of damage to them while there is sufficient heating in depth. The presence of ventilation holes, half of which is equipped with fans, and half, alternating in a checkerboard pattern, through one, is free, contributes to the establishment of comprehensive air circulation in the chamber with entry from the outside and out. The half-wave metal plates fixed on the fan impellers serve as re-reflectors of the waves incident on them. As a result of their rotation, the distribution of the maxima and minima of the field strength in the working chamber periodically changes, which contributes to a more uniform distribution of the average heating intensity over the surface. Metal gratings in the holes prevent the penetration of microwave radiation out. Through the cells of the gratings, you can not only visually observe the object, but also objectively record the surface temperature with a thermal imager. This allows the operator to control the radiation power, achieving the optimal heating mode.

Недостатки известной полезной модели обусловлены недостаточно равномерным распределением поля. Это связано, во-первых, с малыми размерами излучателя в сравнении с длиной волны и, во-вторых, с относительно малой площадью полуволновых металлических пластин по сравнению с площадью внутренней поверхности камеры. Малые размеры излучателя приводят к тому, что первичная волна, исходящая от излучателя, в первую очередь воздействует на ближайший сегмент конечности, в то время как более отдаленные от излучателя сегменты подвергаются ослабленному воздействию. Малая площадь полуволновых пластин, установленных на крыльчатках вентиляторов, делает их влияние на структуру поля слабозаметным. В связи с этим они в ходе вращения практически не изменяют картину распределения максимумов и минимумов поля в стоячей волне, формирующейся так или иначе в рабочей камере вследствие многократных отражений от стенок. На фиг. 1 представлена расчетная картина распределения поля в среднем сечении камеры (конечность имитируется полупроводящим цилиндром), подтверждающая присутствие указанных максимумов и минимумов. В связи с этим прогрев пораженной конечности может происходить неравномерно, сопровождаясь локальными максимумами и минимумами температуры. Частично указанный фактор неравномерности может быть ослаблен путем снижения мощности СВЧ излучения и увеличения времени прогрева, что способствует выравниванию температуры за счет теплопроводности. Однако увеличение времени ограничено стандартными требованиями к продолжительности физиотерапевтических процедур, так что в рамках этих ограничений существуют риски перегрева в отдельных зонах и в то же время отсутствия заметного прогрева в других значимых зонах.The disadvantages of the known utility model are due to insufficiently uniform field distribution. This is due, firstly, to the small size of the emitter in comparison with the wavelength and, secondly, to the relatively small area of half-wave metal plates compared to the area of the inner surface of the chamber. The small size of the emitter leads to the fact that the primary wave emanating from the emitter primarily affects the nearest limb segment, while the segments farthest from the emitter are weakened. The small area of the half-wave plates mounted on the fan impellers makes their influence on the field structure subtle. In this regard, during rotation, they practically do not change the distribution pattern of field maxima and minima in a standing wave, which forms one way or another in the working chamber due to multiple reflections from the walls. In FIG. Figure 1 shows the calculated pattern of the field distribution in the middle section of the chamber (the limb is simulated by a semiconducting cylinder), confirming the presence of the indicated maxima and minima. In this regard, the warming of the affected limb can occur unevenly, accompanied by local maximums and minimums of temperature. Partially indicated non-uniformity factor can be mitigated by reducing the power of microwave radiation and increasing the heating time, which helps to equalize the temperature due to thermal conductivity. However, the increase in time is limited by standard requirements for the duration of physiotherapy procedures, so that within these limits there are risks of overheating in certain areas and at the same time there is no noticeable heating in other significant areas.

Задача, решаемая полезной моделью, состоит в повышении равномерности теплового воздействия СВЧ излучения на прогреваемую конечность The problem solved by the utility model is to increase the uniformity of the thermal effect of microwave radiation on a warmed limb

Технический результат состоит в снижении рисков локальных перегревов и недогревов в прогреваемой конечности, что обеспечивает уменьшение травматичности и улучшение терапевтического эффекта.The technical result consists in reducing the risks of local overheating and underheating in a warmed limb, which provides a reduction in morbidity and an improvement in the therapeutic effect.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для лечения отморожений конечностей, содержащем источник излучения и экранированную рабочую камеру, снабженную отверстием, по периметру которого закреплен своим раскрывом металлотканевый рукав, и излучателем, связанным с источником излучения посредством коаксиального кабеля, отличие состоит в том, что излучатель представлен коллинеарной всенаправленной антенной, ориентированной параллельно оси камеры, совпадающей с осью подвергаемой прогреву конечности, и расположенной на четвертьволновом расстоянии от верхней стенки камеры. Отличие также состоит в том, что антенна отнесена от боковой стенки камеры на расстояние, превышающее 3/8 рабочей длины волны. Отличие также состоит в том, что нижняя часть камеры отделена от ее остальной части диэлектрической перегородкой, под которой установлен вращающийся металлический полудиск.The technical result is achieved by the fact that in the device for treating frostbite of the extremities, which contains a radiation source and a shielded working chamber, equipped with an opening, a metal-fabric sleeve is fixed around its perimeter and an emitter connected to the radiation source by means of a coaxial cable, the difference is that the emitter is represented by a collinear omnidirectional antenna, oriented parallel to the camera axis, coinciding with the axis of the limb being heated, and located on vertvolnovom distance from the upper wall of the chamber. The difference also lies in the fact that the antenna is separated from the side wall of the chamber by a distance exceeding 3/8 of the operating wavelength. The difference also lies in the fact that the lower part of the chamber is separated from its rest by a dielectric partition under which a rotating metal half-disk is mounted.

Полезная модель иллюстрируется фигурами 1-2.The utility model is illustrated in figures 1-2.

На фиг. 1 изображена типичная расчетная картина распределения поля в рабочей камере. На фиг. 2 изображен общий вид рабочей камеры в разрезе. In FIG. 1 shows a typical calculated picture of the field distribution in the working chamber. In FIG. 2 shows a general sectional view of the working chamber.

Устройство для лечения отморожений конечностей (фиг. 2) содержит источник СВЧ излучения 1, представленный терапевтическим прибором СМВИ-200 и экранированную рабочую камеру 2. Рабочая камера 2 снабжена отверстием 3, по периметру которого закреплен своим раскрывом металлотканевый гибкий рукав 4, а также излучателем 5, связанным с терапевтическим прибором посредством коаксиального кабеля 6. Облучатель 5 выполнен в виде коллинеарной всенаправленной антенны. Нижняя часть камеры 2 отделена от остальной части диэлектрической перегородкой 7, под которой установлен вращающийся металлический полудиск 8.A device for the treatment of frostbite of the extremities (Fig. 2) contains a microwave radiation source 1, represented by the SMVI-200 therapeutic device and a shielded working chamber 2. The working chamber 2 is provided with an opening 3, along the perimeter of which a metal-fabric flexible sleeve 4 is fixed, as well as an emitter 5 associated with the therapeutic device via coaxial cable 6. The irradiator 5 is made in the form of a collinear omnidirectional antenna. The lower part of the chamber 2 is separated from the rest by a dielectric partition 7, under which a rotating metal half-disk 8 is installed.

Устройство работает следующим образом. Объект воздействия (отмороженная конечность) вводится в полость рабочей камеры 2 через защитный рукав 3. При включении источника СВЧ излучения 1 микроволновая энергия через коаксиальный кабель 6 поступает в полость рабочей камеры 2 к излучателю 5, представляющему собой коллинеарную всенаправленную антенну. В устройстве использован известный принцип действия такой антенны [5]. Коллинеарная антенна содержит ряд последовательно расположенных вибраторов, возбуждаемых синфазно. В совокупности вибраторы создают расходящуюся от оси антенны цилиндрическую волну без выраженных вариаций в продольном направлении. Таким образом, достигается более равномерное в направлении продольной оси облучение объекта, чем при использовании локализованного излучателя.The device operates as follows. The object of influence (frostbitten limb) is introduced into the cavity of the working chamber 2 through the protective sleeve 3. When the microwave source 1 is turned on, microwave energy through the coaxial cable 6 enters the cavity of the working chamber 2 to the emitter 5, which is a collinear omnidirectional antenna. The device uses the well-known principle of operation of such an antenna [5]. The collinear antenna contains a series of sequentially arranged vibrators excited in phase. In total, the vibrators create a cylindrical wave diverging from the axis of the antenna without pronounced variations in the longitudinal direction. Thus, an object is more uniformly irradiated in the direction of the longitudinal axis than when using a localized emitter.

Оптимальное расположение коллинеарной антенны внутри рабочей камеры определено экспериментальным путем и соответствует четвертьволновому расстоянию от верхней стенки. Приближение к верхней стенке приводит к расстройке вибраторов, образующих антенну. В них возрастают резонансные токи, вызывающие нежелательные потери. По аналогичным соображениям минимизации расстройки антенна отнесена от боковой стенки на расстояние не менее 3/8 длины волны. Такое размещение антенны обеспечивает эффективную связь антенны с рабочим объемом при минимальном сужении зоны, доступной для манипуляций внутри камеры.The optimal location of the collinear antenna inside the working chamber is determined experimentally and corresponds to a quarter-wave distance from the upper wall. Approaching the upper wall leads to the detuning of the vibrators forming the antenna. They increase resonant currents, causing undesirable losses. For similar reasons to minimize detuning, the antenna is spaced from the side wall by a distance of at least 3/8 of the wavelength. This placement of the antenna provides an effective connection of the antenna with the displacement with a minimum narrowing of the area available for manipulation inside the camera.

Упомянутая диэлектрическая перегородка 7 в нижней части рабочей камеры выполняет две функции. Она предотвращает провисание конечности до близости или полного контакта с нижней стенкой камеры, где поле стоячей волны близко к нулю. Кроме того, диэлектрическая перегородка отделяет рабочую зону от области, где вращается металлический полудиск 8. Высота области, отделяемой перегородкой, как правило, близка к половине длины волны.Mentioned dielectric partition 7 in the lower part of the working chamber performs two functions. It prevents the limb from sagging to proximity or full contact with the bottom wall of the chamber, where the field of the standing wave is close to zero. In addition, a dielectric partition separates the working area from the area where the metal half-disk rotates 8. The height of the area separated by the partition is usually close to half the wavelength.

Вращающийся металлический полудиск модулирует эффективную высоту рабочей камеры. В отличие от малоразмерных полуволновых пластин в прототипе, полудиск может иметь диаметр, достигающий ширины камеры, благодаря чему достигается более полный охват зоны облучения. При вращении полудиска картина стоячих волн периодически деформируется в поперечном сечении, соответственно минимумы стоячей волны периодически перемещаются, и в объекте не остается зон, не испытывающих воздействие СВЧ. Конструктивно металлический полудиск 8 может быть образован слоем фольги на цельном диэлектрическом диске, закрепленном на оси мотора с редуктором. A rotating metal half-disk modulates the effective height of the working chamber. Unlike small half-wave plates in the prototype, a half-disk can have a diameter reaching the width of the chamber, thereby achieving a more complete coverage of the irradiation zone. When the half-disk rotates, the pattern of standing waves periodically deforms in the cross section, respectively, the minima of the standing wave periodically move, and there are no zones in the object that are not exposed to microwave radiation. Structurally, a metal half-disk 8 can be formed by a layer of foil on a solid dielectric disk mounted on the axis of the motor with a gearbox.

Таким образом, присутствие в заявляемой полезной модели коллинеарной всенаправленной антенны в качестве излучателя и вращающегося под защитной перегородкой полудиска в качестве модулятора эффективной высоты рабочей камеры обеспечивают более равномерное всестороннее воздействие СВЧ излучения на пораженную конечность, как в продольном, так и в поперечном измерениях, что позволяет избежать локальных перегревов и недогревов.Thus, the presence in the inventive utility model of a collinear omnidirectional antenna as an emitter and a half-disk rotating under a protective partition as a modulator of the effective height of the working chamber provide a more uniform comprehensive impact of microwave radiation on the affected limb, both in longitudinal and transverse measurements, which allows avoid local overheating and underheating.

Дополнительная оптимизация может быть достигнута в конкретных случаях эксплуатации путем расположения коллинеарной антенны и модулирующего диска в рабочей камере под различными углами к образующим плоскостям.Additional optimization can be achieved in specific cases of operation by arranging the collinear antenna and the modulating disk in the working chamber at various angles to the generating planes.

ЛитератураLiterature

1 Патент РФ № 2334494, МПК A61F 7/00, A61N 5/02, A61N 5/00, H05B 6/64, опубл. 27.09.2008.1 RF Patent No. 2334494, IPC A61F 7/00, A61N 5/02, A61N 5/00, H05B 6/64, publ. 09/27/2008.

2 Патент РФ № 2360713, МПК A61N 5/02, опубл. 10.07.2009.2 RF Patent No. 2360713, IPC A61N 5/02, publ. 07/10/2009.

3 Патент РФ № 188862, МПК A61N 5/00, опубл. 25.04.2019.3 RF Patent No. 188862, IPC A61N 5/00, publ. 04/25/2019.

4 Мед ТеКо [Электронный ресурс] : СМВи - 200. URL: http://www.medteco.ru/ru/produktsiya/fizioterapiya/smv-terapiya/smv (дата обращения: 24.12.2019).4 Honey TeKo [Electronic resource]: SMVi - 200. URL: http://www.medteco.ru/ru/produktsiya/fizioterapiya/smv-terapiya/smv (accessed: 12.24.2019).

5 Ротхаммель К. Антенны: Пер с нем. – М.: Энергия, 1979. – С. 198-200.5 Rothammel K. Antennas: Per with it. - M .: Energy, 1979. - S. 198-200.

Claims

A device for treating frostbite of the extremities, comprising a microwave radiation source and a shielded working chamber, equipped with an opening, a metal-cloth sleeve fixed around its perimeter and an emitter connected to the microwave radiation source by means of a coaxial cable, characterized in that the emitter is a collinear omnidirectional antenna oriented parallel to the axis of the chamber, coinciding with the axis of the limb being heated and located at a quarter-wave distance from the upper walls and a camera and at least 3/8 of the operating wavelength from a side wall of the chamber, the lower part of the chamber separated from the rest of its dielectric partition, which is mounted under the metal half-disc whose diameter reaches chamber width having rotatable in its own plane.