УДК 615.471

БИОФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КВЧ ТЕРАПИИ

В. И. АФРОМЕЕВ*, Н. Ф. ЗАГУРАЛЬСКИЙ**, И. Т. КРУГЛИКОВ**, В. Н. ПРИВАЛОВ***, И. И. СОКОЛОВСКИЙ***

* 300000, Тула, ул.Менделеевская, 1, Научно-исследовательское предприятие Стек; тел./факс: (0872) 36-41-71

** 320005, ГСП, Днепропетровск, ул.Лешко-Попеля, 15, Институт технической механики НАН Украины;

тел.: (0562) 45-10-54

*** 320005, ГСП, Днепропетровск, ул.Писаревского, 5, Институт транспортных средств и технологий НАН Украины; тел.: (0562) 46-53-22

1. Введение

Тенденцией развития современных исследований по вопросам биологических и терапевтических эффектов электромагнитных излучений (ЭМИ) КВЧ диапазона является поиск и клиническая проверка новых, по отношению к известным (42; 53 и 61 ГГц), терапевтических частот [1]. В частности, на основе установленной многими клиническими исследованиями высокой эффективности ЭМИ КВЧ на частотах 3740 Ггц при непосредственном воздействии излучения на патологический очаг (В.С.Земсков с соавт., 1989), на течение опухолевого процесса при воздействии на биологически активные точки в эксперименте (Э.В.Бинашевский с соавт., 1989), при лечении поврежденных нервных тканей (И.Я.Сердюченко, 1994), при лечении стоматологических заболеваний при непосредственном воздействии на ткани пародонта (И.С.Машенко с соавт., 1994) промышленностью реализован серийный выпуск аппарата электромагнитной терапии Эмиттер-ОНС. Сказанное побуждает исследователей и разработчиков применять новые радиотехнические и электродинамические приемы повышения эффективности действия аппаратов КВЧ терапии [2, 3].

2. Аппаратурная реализация высококогерентных источников электромагнитного излучения

Наличие ощутимых биологических эффектов установлено экспериментально для длин волн ЭМИ 2,5 мм; также предполагается, что терапевтическими могут являться ЭМИ с длинами волн 1,7; 0,9; 0,77 мм (Н.Д.Колбун с соавт., 1991). При этом есть основания утверждать [4], что биоинформационная значимость ЭМИ должна возрастать с увеличением частоты, поскольку: а) здесь снижен уровень сигналов помехи техногенного и природного (косми-ческого, например) характеров; б) как следует из анализа процессов исторического биоценоза [4], наиболее естественными, заложенными на протяжении биогеохимических эпох в живой организм биоинформационными частотами являются частоты УФ, ИК и коротковолновой части КВЧ диапазона.

С точки зрения биофизической здесь все ясно, однако возникают объективные и субъективные сложности с технической реализацией. В частности, выпускаемые промышленностью полупроводниковые генераторные приборы (лавинно-пролетные диоды (ЛПЛ), диоды с междолинным переносом (МЭП), являющиеся базой современной аппаратуры КВЧ низкоуровневого воздействия, неудовлетворительны с точки зрения сочетания рабочих частот, приемлемых мощностей и шумовых характеристик. Также практически отсутствуют и удовлетворяющие этим требованиям управляющие ЭМИ компоненты: аттенюаторы, и пр.

Авторами сделана попытка создания малогабаритного высококогерентного генератора ЭМИ КВЧ, работающего в диапазоне 100160 ГГц на базе серийно выпускаемых МЭП-диодов и диодов с барьером Шотки (ДБШ) с использованием результатов исследований по умножению частоты на запредельных волноводах, проведенных В.И.Перфильевым, 1991 (См. также [5]).

Рис. 1. Функциональная схема устройства для электромагнитной терапии: 1 - источник (генератор) исходного ЭМИ; 2 - металлический волновод; 3 - диод с барьером Шотки; 4 - отрезок волновода пониженного сечения; 5 - излучатель

Функциональная схема устройства для КВЧ терапии приведена на рис. 1 и содержит источник (генератор) 1 исходного ЭМИ, подключенный к источнику прямоугольный металлический волновод номинального сечения 2, к выходному концу которого подключен отрезок волновода пониженного сечения 4 с установленной в нем в плоскости, проходящей через середины широких стенок отрезка волновода, диэлектрической пластиной. К схеме подключен ДБШ 3 и излучатель 5.

Рис. 2. Конструкция умножительного устройства для электромагнитной терапии: 1 - корпус; 2 - диэлектрическая пластина; 3, 5 - отрезки полосковой линии; 4 - диод с барьером Шотки

На рис. 2 показана конструкция умножительного устройства. Волновод пониженного сечения выполнен в корпусе 1 устройства (направления подачи Рвх и съема Рвых сигнала указаны). На боковой поверхности диэлектрической пластины 2 размещены отрезки полосковой линии 3; 5 и ДБШ 4. Первый отрезок полосковой линии расположен со стороны входного, подключенного к прямоугольному металлическому волноводу номинального сечения конца отрезка волновода пониженного сечения, а второй - со стороны выходного, подключенного к излучателю конца отрезка волновода пониженного сечения. Первый и второй отрезки полосковой линии перпендикулярны широким стенкам отрезка волновода, третий отрезок полосковой линии расположен параллельно широким стенкам отрезка волновода и частично - в нижней его стенке. Полупроводниковый диод расположен между вторым и третьим отрезками полосковой линии (рис. 3).

Рис. 3. Полосковый узел подключения диода: 1, 4 - отрезки полосковой линии; 2 - диэлектрическая пластина;

3 - диод с барьером Шотки

Электродинамический расчет позволил установить численные значения размеров полосковой линии, исходя из значений частот входного и выходного сигналов, размеров поперечных сечений отрезков волноводов и параметров умножительного диода; расчетным путем выполнена оптимизация коэффициента полезного действия (КПД) устройства. С использованием выходных волноводов сечением 2,41,2 мм2 и 1,60,8 мм2 достигается КПД 4050% при повышении частоты в 24 раза.

Взаимное расположение элементов умножительной вставки таково, что на диоде наблюдается полная концентрация ЭМП, так что нелинейность диода реализуется без приложения к диоду смещающего напряжения, поэтому не наблюдается дополнительного зашумливания выходного сигнала, что и обеспечивает при высокой когерентности исходного сигнала эффективное биологическое и терапевтическое воздействие на организм.

Очевидны функциональные преимущества разработанного аппарата КВЧ терапии. В диапазоне частот 100160 ГГц потери на передачу в волноводах соответствующего (номинального) сечения чрезвычайно велики. Поэтому при лечении глубокорасположенных органов, лечении вторичной язвы желудка, гнойного холангита, гинекологических заболеваний, проктитов при воздействии ЭМИ КВЧ непосредственно на патологический очаг - неизбежным становится конструктивное удлинение волновода и рост потерь, что значительно ограничивает функциональные возможности аппарата. Использование волновода, работающего в запредельном режиме, ликвидирует этот недостаток. Кроме того, возможным является расширение функциональных качеств уже выпускаемых серийно аппаратов КВЧ терапии, если последние подключать к выходному волноводу через разработанную умножительную вставку. При этом длина выходного волновода может быть значительной, а сам волновод - гофрированным, гибким, что позволяет разнести источник ЭМИ и биообъект; последнее значительно облегчает проведение процедур.

3. Заключение

Проведенная апробация аппарата КВЧ терапии в экспериментальных исследованиях - при лечении искусственно вызываемых обширных язв желудка у собак, как первичных, так и вторичных, подтвердила его высокую эффективность. В клинических условиях апробировался аппарат с ЭМИ частотой 94 ГГц при лечении больных бронхиальной астмой, где применение аппаратов с традиционными частотами излучения не является достаточно эффективным.

Литература

1. Хадарцев А.А., Яшин А.А. Новые медицинские технологии лечения заболеваний внутренних органов и их аппаратурное обеспечение // Вестник новых медицинских технологий.- 1996.- Т. III, ¦ 2.-С. 6-9.

2. Афромеев В.И. Соотношение биологического, физического и математического в реализации лечебно-диагностического воздействия высокочастотных полей // Вестник новых медицинских технологий.- 1997.- Т. IV, ¦ 1-2.- C. 16-23.

3. Дубовская Н.Г., Житник Н.Е., Миронов А.В. Нагорный М.М., Привалов В.Н., Соколовский И.И., Федорищев И.А., Яшин А.А. Принципы моделирования и схематической реализации низкоинтенсивной КВЧ диагностической и терапевтической аппаратуры // Вестник новых медицинских технологий.- 1996.- Т. III, ¦ 2.- С. 86-94.

4. Взаимодействие физических полей с живым веществом / Е.И.Нефедов, А.А.Протопопов, А.Н.Семенцов, А.А.Яшин; Под ред. А.А.Хадарцева.- Тула: Изд-во Тульск. гос. ун-та, 1995.- 180 с.

5. Афромеев В.И., Привалов В.Н., Яшин А.А. Согласующие устройства гибридных и полупроводниковых интегральных СВЧ схем / Отв. ред. Е.И.Нефедов.- Киев: Наукова думка, 1989.- 192 с.

BIOPHYSICAL PRECONDITIONS AND RADIOTECHNICAL APPROACHES FOR INCREASE IN EHF-THERAPY

V. I. AFROMEEV, N. F. ZAGURAL'SKIY, I. T. KRUGLIKOV, V. N. PRIVALOV, I. I. SOKOLOVSKIY

Summary

It is shown that transfer from traditional exposure frequencies (42, 53 and 61 GHz) to higher ones (100-160 GHz) increases EHF-treatment efficiency significantly. But from the technical viewpoint it is rather difficult to implement the equipment using an available block-element base. The authors have designed a multiplier which can be attached to a primary-wave EHF-generator, what allows to avoid the above difficulties. The device has passed evaluation tests on animals and under clinic conditions (at 94 GHz frequency) and demonstrated high therapeutical efficiency. It is recommended to adapt the device to EHF-therapy using a short-wave zone of a EHF-band.