Многопрограммный медицинский прибор для светового воздействия на зрительный анализатор человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Многопрограммный медицинский прибор для светового воздействия на зрительный анализатор человека

Лаврентьев Борис Федорович

кандидат технических наук, профессор

Поволжский государственный

технологический университет

Аннотация

Предметом исследований является созданию простого многопрограммного многофункционального прибора для научных медицинских центров с целью проведения клинических исследований при лечении различных заболеваний человека с использованием элементов светового воздействия на зрительный анализатор человека Основными задачами роботы являются: информационный поиск по теме, проектирование прибора в соответствии с техническим заданием, разработка технической документации, изготовление и настройка опытного образца прибора и передача его в медицинский центр для клинических исследований. Кроме того, важнейшей задачей проекта является разработка программного обеспечения для прибора и согласование его со специалистами - медиками. В приборе заложены широкие функциональные возможности воздействия на организм человека через зрение световыми сигналами различной цветностью, частотной модуляции, яркости, формы, скорости движения с возможностью оперативного изменения их параметров во время проведения одного сеанса. Электроретинография (ЭРГ) - метод исследования функции сетчатки глаза с помощью записи колебаний биопотенциала, возникающего в ней при световом раздражении. У человека эти колебания регистрируются с помощью специальной контактной линзы, в которую вмонтированы электроды. ЭРГ Электроретинографию применяют как в исследовательских целях, так и в клинической практике. Диагностируются катаракта, глаукома, сосудистые нарушения., заболевания различных органов человека Функциональные возможности предлагаемого прибора возрастают, так как появляется возможность, кроме более эффективного воздействия на зрительный анализатор человека, введение элементов цветотарапии и психо-эмоционального воздействие на человека, например, снятие стресса, улучшение качества сна, повышение творческих возможностей, более эффективное обучение с использованием аудиоаппаратуры. Эффективность использования светового воздействия на тот или иной орган человека с целью его лечения, определяется тем, что электромагнитное излучение видимого оптического диапазона являются неотъемлемым компонентом среды обитания человека. Многочисленные исследования показали, что световое излучение разного спектра регулирует углеводный, белковый, жировой, водно-солевой и минеральный обмены веществ, клеточный метаболизм, сложные адаптационные процессы. Информационный поиск показал, что подобные приборы с такими функциональными возможностями не существуют

Ключевые слова: расширение поля зрения, частота мельканий, телескопическая сфера, режимы работы, световые сигналы, психо-эмоциональное воздействие, цветотерапия, управление, программирование, прибор

Abstract

The subject of research is the creation of a simple multi-program multifunctional device for scientific medical centers with the aim of conducting clinical trials in the treatment of various human diseases using elements of light exposure to the human visual analyzer. The author focuses on information search by topic, design of the device in accordance with the technical task, development of technical documentation, manufacture and configuration of the prototype device and transfering it to the medical center for clinical studies. In addition, the most important task of the project is to develop software for the device and to coordinate it with medical specialists. The device has wide functional possibilities of influencing the human body through vision with light signals of different color, frequency modulation, brightness, shape, speed of movement with the possibility of operative change of their parameters during one session. Electroretinography is a method for studying the function of the retina of the eye by recording the oscillations of the biopotential arising in it under light stimulation. In humans, these fluctuations are recorded with the help of a special contact lens in which electrodes are mounted. Electroretinography is used both for research purposes and in clinical practice. Cataract, glaucoma, vascular disorders are diagnosed., Diseases of various human organs. The functional possibilities of the proposed device are increasing, as it becomes possible, in addition to more effective influence on the visual analyzer of a person, the introduction of chromotarapy elements and psycho-emotional effects on a person, for example, stress relief, improvement quality of sleep, increase of creative possibilities, more effective training with the use of audio equipment. The effectiveness of the use of light influence on this or that human organ for the purpose of its treatment is determined by the fact that electromagnetic radiation of the visible optical range is an integral component of the human environment. Numerous studies have shown that light radiation of different spectrum regulates carbohydrate, protein, fat, water-salt and mineral metabolism, cellular metabolism, complex adaptive processes. Information search showed that similar devices with such functionality do not exist.

Keywords: widening of vision, flicker frequency, modes of operation, telescopic sphere, light signals, psycho-emotional impact, color therapy, control, programming, device

Данная работа посвящена созданию простого многофункционального прибора для научных медицинских центров с целью проведения клинических исследований при лечении различных заболеваний человека с использованием элементов светового воздействия на зрительный анализатор человека.

Основными задачами роботы являются: информационный поиск по теме, проектирование прибора в соответствии с техническим заданием, разработка технической документации, изготовление и настройка опытного образца прибора и передача его в медицинский центр для клинических исследований. Кроме того, важнейшей задачей проекта является разработка программного обеспечения для прибора и согласование его со специалистами - медиками.

В приборе заложены широкие функциональные возможности воздействия на организм человека через зрение световыми сигналами различной цветностью, частотной модуляции, яркости, формы, скорости движения с возможностью оперативного изменения их параметров во время проведения одного сеанса.

За основу предлагаемого прибора взята приставка «Амблио-1» к аппарату «Амо-Атос », в которой телескопическая труба заменена сферическим экраном. Внутри сферического экрана расположен диск с источниками световых стимулов. При работе световые сигналы вращаются с заданной частотой вокруг оптической оси или перемещаются по радиусам. Функциональных возможностей прибора значительно возрастают за счет модуляции светового потока сигналами низкой частоты и введения элементов цветотерапии, которые позволят с одной стороны обеспечивают цветотерапию, а с другой стороны оказывают психо-эмоциональное воздействие на состояние человека ^[9].

Работы по созданию предлагаемого прибора ведутся в Поволжском государственном технологическом университете 2014 года в рамках программы «УМНИК» при активной консультации со стороны специалистов медицинских центров. Известно, что существует ряд теорий цветоощущения, но наибольшим признанием пользуется трехкомпонентная теория цветоощущения. Согласно этой теории, в сетчатке существуют три разных типа цветовоспринимающих фоторецепторов - колбочек. В колбочках находятся различные светочувствительные вещества, причем, одни колбочки содержат вещество, чувствительное к красному, другие - к зеленому, третьи - к фиолетовому. Всякий цвет оказывает воздействие на все три цветоощущающих элемента, но в разной степени.^{[7, 9, 21]}.

Целебные свойства цвета обусловлены влиянием магнитных волн светового диапазона. Цветовая энергия оказывает положительное воздействие на работу клеток человеческого организма и на организм человека в целом. Она способствует улучшению клеточного питания и увеличению количества эритроцитов. Метод цветотерапии эффективен при лечении люмбаго, болезней желудка, ревматизма, глазных болезней и ряда других заболеваний ^[17]

Функциональные возможности создаваемого прибора могут значительно возрасти, если ввести операцию модуляции светового потока сигналами заданно частоты. Известно, что частота 5 Гц улучшает качество сна, частота 10 Гц снижает стрессовые ситуации, частота 7 Гц способствует ускоренному обучению, частота 15-18 Гц улучшает умственные функции человека., частота 2 Гц увеличивает потребление глюкозы т.д. Модуляционный световой может благоприятно воздействовать на многие органы человека, в том числе и на зрение.^{[4, 5]}

На основе анализа известных медицинских приборов ^{[1, 2,11 - 20]} и собственного опыта по разработке приборов медицинского назначения в 2015 году в Поволжском государственном технологическом университете (ПГТУ) разработан и изготовлен опытный экземпляр прибора для светового воздействия на зрительный анализатор человека «Лучик-5» ^{[6,7, 8, 9, 10]}.

Созданный прибор имеет более высокие функциональных возможностей и лучшие эксплуатационных характеристики по сравнению с прибором «Амблио-1. Указанный технический результат достигнут тем, что в приборе вместо двух режимов движения световых сигналов используются восемь режимов работы, включая движение световых сигналов по окружности влево и вправо, по радиусам, влево и вправо от центра, вверх и вниз от центра и т.д. Движение возможно с различной скоростью, яркостью и длительностью каждого режима. Возможна также модуляция светового потока сигналами различной формы и изменение цвета световых сигналов. В одном сеансе можно задать любое количество режимов от одного до восьми со своими параметрами с помощью органов управления, расположенных на передней панели прибора. Кроме того, введены элементы цветотерапии за счет использования полноцветных светодиодов и введена модуляция светового потока частотой, которая может задаваться потенциометром, расположенным на передней панели прибора.

Структурная схема прибора приведена на рис. 1.

многопрограммный световой зрительный анализатор

Рисунок 1 - Структурная схема прибора

Основные технические характеристики прибора

- количество режимов работы ……………………………………. 8 (64)

- формы световых мельканий ……………………………………………. 8

- время одного цикла, сек ………………………….0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0

- количество циклов в одном сеансе …………………… 12; 32; 64; 128

- в одном сеансе могут быть использованы все восемь режимов или только часть из них путём набора соответствующих кнопок на передней панели прибора «Режим работы».

- количество цветов…………………………………………. …………. 7

- цвета.………………… красный, зеленый, синий, белый, меняющийся

- частота модуляции светового сигнала, Гц……………………… 0 - 20

- изменение яркости ……………………………………………... 0 - макс

- питание, в ……………………………………………………………12

- потребляемая мощность, Вт ……………………………….не более 15

Прибор работает следующим образом: на пульте управления задается программа работы устройства, состоящая из заданного количества режимов работы, продолжительности каждого режима, а также скорости и формы движения световых сигналов, количество циклов в каждом режиме, вида и формы, цветности и частоты модуляции свечения светодиодов. В соответствии с программой программное устройство устанавливает коэффициент пересчета делителя частоты, устанавливает начальный адрес счетчика адреса светодиодов, частоту модуляции, форму световых сигналов, программу цветности световых сигналов. При нажатии кнопки «Пуск» срабатывает схема запуска и начинается выполнение заданной программы, записанной в программном устройстве. Ток с выходов формирователя сигналов светодиодов, поступает на аноды полноцветных светодиодов, расположенных на диске со светодиодами, три катода каждого светодиода диска со светодиодами подключаются к соответствующим выходам формирователя сигналов цветовой подсветки, формируя заданную программой цветность, форму и частоту светостимулирующих сигналов.

Таким образом функциональные возможности предлагаемого устройства возрастают, так как появляется возможность, кроме более эффективного воздействия на зрительный анализатор человека, введение элементов цветотерапии и психо-эмоционального воздействие на человека, например, снятие стресса, улучшение качества сна, повышение творческих возможностей, более эффективное обучение с использованием аудиоаппаратуры. Эффективность использования светового воздействия на тот или иной орган человека с целью его лечения, определяется тем, что электромагнитное излучение видимого оптического диапазона являются неотъемлемым компонентом среды обитания человека. Многочисленные исследования показали, что световое излучение разного спектра регулирует углеводный, белковый, жировой, водно-солевой и минеральный обмены веществ, клеточный метаболизм, сложные адаптационные процессы ^[21].

Конструкция прибора включает в себя блок управления и сферический экран, который подключается к блоку управления с помощью кабеля. Прибор имеет прямоугольную форму, на передней панели которой размещаются органы управления и индикации. С помощью органов управления, расположенных на панели управления, можно задать режим работы прибора и контролировать его работу. На рисунке 2 приведена передняя панель блока управления с органами управления. С помощью пульта управления в зависимости от назначения врача задается программа сеанса. Программное устройство в соответствии с заданными параметрами сеанса лечения формирует адреса светодиодов, количество режимов работы, время одного цикла, количество циклов в одном сеансе, цвета, яркость световых стимулов, частоту модуляции. Формирователь адреса светодиодов устанавливает начальный адрес светодиодов и затем текущие адреса в соответствии с заданными параметрами движения световых сигналов, схема управления цветностью управляет цветностью световых сигналов. Усилитель мощности формирует сигналы необходимого уровня для свечения светодиодов. Светоизлучающий экран прибора имеет сферическую форму.

Конструкция прибора включает в себя блок управления и сферический экран, который подключается к блоку управления с помощью кабеля. Прибор имеет прямоугольную форму, на передней панели которой размещаются органы управления и индикации. С помощью органов управления, расположенных на панели управления можно задать режим работы прибора и контролировать его работу.

В настоящее время разработана структурная схема прибора, выбрана элементная база, разработаны электрические принципиальные схемы прибора, проведена трассировка печатных плат, изготовлены модули, разработана конструкция прибора, изготовлен и настроен опытный образец прибора, который планируется передать в 2016 году в Республиканский медицинский центр республики Марий Эл для проведения клинических испытаний с целью его применения в лечебных целях. В качестве элементной базы прибора выбраны микросхемы серий К 176 и К 561, которые относятся к КМОП структурам и отличаются минимальной потребляемой мощностью и высокой надежностью ^{[6 - 8]}

Питание прибора производится с адаптера, включаемого в сеть ?220В.

С адаптера напряжение 9 В поступает в блок управления. Светоизлучающий экран устанавливается на подставке, которая крепится к столу и может менять расстояние по вертикали. Вся аппаратура окрашена в черный цвет и выполнена с использованием современного дизайна.

На технические решения, заложенные в прибор, получено четыре патента РФ [3 - 5 ].

В результате выполнения настоящей работы появляется возможность использовать одно и тоже устройство для многих целей. Применение в устройстве полноцветных светодиодов позволяет получить большое количество цветовых оттенков. Созданные макеты устройства планируется передать в республиканские центры глазных болезней города Йошкар-Олы, Чебоксар и Москвы для испытаний и разработке инструкций по его применению и рекомендаций по его модернизации.

Библиография

1. Голубцов К.В., Софронов П.В. Система для восстановления зрительных функций. Патент РФ № 216312/. Бюлл. №3 2001

2. Голубцов К.В Устройство для контроля и снятия усталости оператора ЭВМ. Патен РФ № 9384, Бюлл. №9 1999

3. Лаврентьев Б.Ф. Прибор для тренировки и коррекции зрения. Патент на изобретение RU № 2013130647 A. Опубликовано 10. 01.2015 г.

4. Лаврентьев Б.Ф., Богатов М.С. Устройство для светового воздействия на зрительный анализатор человека. Патент RU №1555584 U1 Опубликовано 10.10.2015

5. Лаврентьев Б.Ф., Богатов М.С. Прибор для психо-эмоционального воздействия на состояние человека. Патент RU № 161054 U1 Опубликовано 10.04.2016

6. Лаврентьев Б.Ф., Богатов М.С. Медицинский прибор для тренировки и расширения поля зрения человека // Теоретические и прикладные вопросы науки и образования Сборник научных трудов МНПК. Тамбов: ООО ЮКОН, 2015. С. 118-119.

7. Лаврентьев Б.Ф. Богатов М.С. Создание прибора для цветотерапии // Труды Поволжского государственного технологического университета за 2015 г. Йошкар - Ола. С. 85-88.

8. Лаврентьев Б.Ф., Богатов М.С. Прибор для светового воздействия на зрительный анализатор человека // Научный журнал «GLOBUS». 2016. № 2. 5-я международная научно-практическая конференция «Достижения и проблемы современной науки». С. 20-23.

9. Лаврентьев Б.Ф., Роженцов В.В. Прибор цветотерапии // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 6 (ч. 1). С. 38-41.

10. Лаврентьев Б.Ф., Роженцов В.В. Аппаратные средства лечения амблиопии // Жукрнал Офтальмология. 2016. № 2. С. 37-41.

11. Панков О.П. Очки - убийцы. М.: Метафора, 2015. 240 с.

12. Полевщиков М.М., Роженцов В.В. Обучение измерению времени восстановления зрительного анализатора // Научно-теоретический журнал «Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта». 2011. № 2(72). С. 157-161.

13. Роженцов В.В. Моделирование времени зрительного восприятия // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2011. № 1(79). С. 14-19.

14. Роженцов В.В. Способ измерения полосы пропускания пространственно-частотных каналов зрительной системы // Медицинская техника. 2011. № 1(265). С. 27-29.

15. Роженцов В.В. Способ оценки зрительного утомления // Катарактальная и рефракционная хирургия. 2013. Т. 13. № 3. С. 50-53.

16. Роженцов В.В. Исследование полосы пропускания рецептивных полей нейронов зрительного анализатора // Вестник ИжГТУ. 2011. № 4. С. 143-145.

17. Роженцов В.В. Экспресс-метод определения полосы пропускания пространственно-частотных каналов зрительной системы // Медицинская техника. 2012. № 2(272). С. 21-23.

18. Роженцов В.В., Полевщиков М.М. Обучение измерению времени ощущения зрительного анализатора // Сибирский педагогический журнал. 2011. № 2. С. 88-94.

19. Роженцов В.В., Полевщиков М.М. Адаптация зрительного анализатора при измерении времени зрительного восприятия // Фундаментальные исследования. 2011. № 11. С. 181-184.

20. Роженцов В.В. Петухов И.В., Исследование времени восстановления зрительной системы // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2012. Т. 154, № 8. С. 262-264.

21. Серов Н.В. Световая терапия. СПб.: издательство «Речь», 2001. 256 с.

22. Мишина О.С. Методология исследования и методы управления социальным здоровьем человека // Политика и Общество. 2011. № 7. C. 56-63.

Размещено на Allbest.ru