RU2017509C1

RU2017509C1 - Apparatus for magnetotherapy

Info

Publication number: RU2017509C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Тимченко; И.Д. Троицкий
Original assignee: Тимченко Юрий Григорьевич
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: apparatus incorporates several types of inductors one of which has four flat coils made in the form of equilateral triangle are combined to make up edges of tetrahedron. In other version, inductor employed for embracing algesic locus contains six coils each of which is composed of two windings routed along periphery of triangles contacting at tetrahedron edges. For treating humeral articulation and extremities, for example, inventors advise that inductor be provided with windings made in the form of spherical equilateral triangles having contact with one another over spherical surface. Apparatus further includes channel-by-channel signal distributor in which channels are provided with circuit for shifting generator signal phase by quantity Π(N - 1)/n for sinusoidal signals and by quantity 2Π(N - 1)/n for pulses, n denoting number of coils, 2Π signifying period and N representing number of channel. EFFECT: more sophisticated design; more effective treatment due to central vectorial magnetic field set up in algesic locus points, increased number of vectors of this magnetic field and greater concentration of this field inside inductor. 5 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для магнитотерапии, и предназначено для воздействия синусоидальным или импульсным магнитным полем на болевые очаги тела человека. The invention relates to medical equipment, namely to devices for magnetotherapy, and is intended for exposure to a sinusoidal or pulsed magnetic field on the pain foci of the human body.

Среди ряда объяснений терапевтического воздействия переменным электромагнитным полем на болевой очаг человека видное место занимает то, согласно которому происходит возбуждение клеток на резонансной частоте поглощения. Для достижения такого возбуждения, кроме совпадения названной частоты клеток и частоты внешнего поля, необходимо также совпадение направлений векторов внешнего поля и поля клетки. Among a number of explanations for the therapeutic effect of an alternating electromagnetic field on a pain site in humans, a prominent place is occupied by the fact that cells are excited at the resonant absorption frequency. To achieve such excitation, in addition to the coincidence of the named cell frequency and the frequency of the external field, the coincidence of the directions of the vectors of the external field and the cell field is also necessary.

С этой целью в зоне воздействия болевого очага необходимо изменять вектор магнитного поля по угловому положению (по направлению) так, чтобы в каждой точке поле характеризовалось как центральное векторное поле. В этом случае будет увеличена вероятность возбуждения клетки и, как следствие, достигнут большой терапевтический эффект. For this purpose, in the zone of influence of the painful focus, it is necessary to change the magnetic field vector in the angular position (in the direction) so that at each point the field is characterized as a central vector field. In this case, the probability of cell excitation will be increased and, as a result, a large therapeutic effect will be achieved.

Известен ряд аппаратов, в которых происходит изменение положения вектора магнитного поля в зоне болевого очага. Широкое распространение получили аппараты с индукторами, состоящими из секционных катушек, где каждая секция запитывается отдельным током. A number of devices are known in which a change in the position of the magnetic field vector in the area of the lesion occurs. Devices with inductors consisting of sectional coils, where each section is powered by a separate current, are widely used.

В известном аппарате для лечения магнитным полем (1) используются катушки, что означает пересечение двух систем, чередующихся во времени коллинеарных векторов, образующих в конечном счете систему компланарных векторов. Однако известно, что для объемного изменения векторов требуется не менее трех взаимно перпендикулярных направлений. Это означает, что терапевтическая эффективность этого аппарата является низкой. In the known apparatus for magnetic field treatment (1), coils are used, which means the intersection of two systems, alternating in time collinear vectors, which ultimately form a system of coplanar vectors. However, it is known that volumetric changes in vectors require at least three mutually perpendicular directions. This means that the therapeutic efficacy of this apparatus is low.

Наиболее близким по крайней мере по сути постановки задачи, а именно изменение векторов магнитного поля в области болевого очага по направлению, является аппарат для магнитотерапии (2). Этот аппарат оказывает терапевтическое действие путем автоматического изменения направления и распределения магнитного поля. Однако, на самом деле, все приведенные на чертежах конструктивные решения этого аппарата предусматривают изменения направления магнитного поля только параллельно плоскости, проходящей через болевой очаг, т.е. поле может быть охарактеризовано системой компланарных векторов. Более того, приведенные на чертеже катушки, размещенные на кольцевом замкнутом ферромагнитном сердечнике, как это известно, вообще не будут создавать сколько-нибудь существенного магнитного поля. Таким образом, противопоставляемый аппарат (1) создает магнитное поле, векторы которого будут изменяться по направлению только параллельно плоскости, проходящей через болевой очаг (компланарные векторы) и не имеет технических решений для изменения векторов магнитного поля перпендикулярно указанной плоскости с тем, чтобы достичь объемного изменения векторов поля. Это означает, что терапевтическая эффективность аппарата будет недостаточной. The closest, at least in essence to the statement of the problem, namely, the change in the vectors of the magnetic field in the area of the pain center in the direction, is the apparatus for magnetotherapy (2). This device has a therapeutic effect by automatically changing the direction and distribution of the magnetic field. However, in fact, all the structural solutions of this apparatus shown in the drawings provide for changes in the direction of the magnetic field only parallel to the plane passing through the pain site, i.e. the field can be characterized by a system of coplanar vectors. Moreover, the coils shown on the drawing placed on an annular closed ferromagnetic core, as is known, will not create any significant magnetic field at all. Thus, the opposed apparatus (1) creates a magnetic field whose vectors will change in direction only parallel to the plane passing through the pain site (coplanar vectors) and does not have technical solutions for changing the magnetic field vectors perpendicular to the specified plane in order to achieve a volume change field vectors. This means that the therapeutic effectiveness of the apparatus will be insufficient.

Изобретение позволяет повысить эффект лечения за счет создания в каждой точке болевого очага центрального векторного магнитного поля за счет увеличения числа направлений векторов центрального векторного поля, и, наконец, за счет концентрации магнитного поля внутри индуктора, а также повысить удобство эксплуатации за счет уменьшения габаритов индуктора и придания ему удобной, обтекаемой формы и, наконец, за счет исключения необходимости какой-либо ориентации индуктора относительно болевого очага. The invention allows to increase the treatment effect by creating a central vector magnetic field at each point of the pain center by increasing the number of directions of the vectors of the central vector field, and finally by concentrating the magnetic field inside the inductor, and also increasing the usability by reducing the size of the inductor and giving it a comfortable, streamlined shape and, finally, by eliminating the need for any orientation of the inductor relative to the pain center.

Это достигается тем, что индуктор аппарата выполнен из четырех катушек, расположенных и соpиентированных на сферической поверхности так, чтобы их магнитные оси совпадали с высотами тетраэдра, вписанного в эту сферу. В такой конструкции индуктора векторы магнитного поля вблизи его катушек поочередно будут занимать положения вдоль каждой оси, образованной названными высотами, представляющими собой четырехкоординатную систему. Для сравнения отметим, что с целью объемного изменения векторов магнитного поля, то есть с целью создания в каждой точке болевого очага центрального векторного магнитного поля, достаточно использовать известную трехкоординатную декартовую систему, Однако, во-первых, увеличения количества осей координат, по которым ориентируются векторы магнитного поля, повышает вероятность эффекта лечения и, во-вторых, конструктивно "четырехкоординатный" индуктор оказывается более простым для использования. This is achieved by the fact that the inductor of the apparatus is made of four coils located and oriented on a spherical surface so that their magnetic axes coincide with the heights of the tetrahedron inscribed in this sphere. In this design of the inductor, the magnetic field vectors near its coils will alternately occupy positions along each axis formed by the indicated heights, which are a four-coordinate system. For comparison, we note that for the purpose of volumetric changes in the magnetic field vectors, that is, in order to create a central vector magnetic field at each point of the pain site, it is sufficient to use the well-known three-coordinate Cartesian system, however, firstly, increase the number of coordinate axes along which the vectors are oriented magnetic field, increases the likelihood of a treatment effect and, secondly, structurally "four-coordinate" inductor is easier to use.

Для равномерного распределения по времени векторов магнитного поля по осям координатной системы, во второй и последующие каналы распределителя сигналов аппарата введена схема сдвига фазы сину- соидального сигнала на величину

или сдвига по времени импульсного сигнала на величину

при периоде сигнала 2 π, номере канала N и количестве каналов (катушек) n.For a uniform time distribution of the magnetic field vectors along the axes of the coordinate system, a phase shift of the sinusoidal signal by an amount is introduced into the second and subsequent channels of the apparatus signal distributor

or time shift of the pulse signal by

with a signal period of 2 π, channel number N and the number of channels (coils) n.

Для достижения удобства эксплуатации катушки индуктора предложено выполнять в виде плоских равносторонних треугольников попарно совмещенных между собой так, чтобы совмещаемые стороны образовали ребра тетраэдра. При такой конструкции достигаются наименьшие габариты индуктора при сохранении его медико-технических характеристик. Поскольку магнитные поля рассеяния каждой катушки одинаковы по обе стороны ее плоскости, то индуктор такой конструкции будет иметь одинаковые параметры магнитного поля, как внутри, так и снаружи индуктора, независимо от его ориентации относительно точки измерения поля. To achieve the convenience of operation of the inductor coil, it is proposed to perform in the form of flat equilateral triangles pairwise aligned with each other so that the compatible sides form the edges of the tetrahedron. With this design, the smallest dimensions of the inductor are achieved while maintaining its medical and technical characteristics. Since the magnetic scattering fields of each coil are the same on both sides of its plane, an inductor of this design will have the same magnetic field parameters both inside and outside the inductor, regardless of its orientation relative to the field measurement point.

Для дальнейшего повышения эффективности лечения за счет увеличения осей (направлений) координатной системы, по которым поочередно могут быть ориентированы векторы магнитного поля, предложено индуктор выполнять из шести катушек. При этом катушка состоит из двух обмоток, намотанных вдоль периметров треугольников, соприкасающихся по ребру тетраэдра. Магнитные оси шести таких катушек будут проходить через центр образованного тетраэдра, где каждая ось перпендикулярна противоположному ребру тетраэдра. Поскольку величина магнитного поля имеет наибольшее значение между обмотками катушек, т. е. внутри тетраэдра, то такой индуктор предпочтительно использовать при лечении конечностей и плечевых суставов, а при соответствующих размерах - головы и туловища. To further increase the effectiveness of treatment by increasing the axes (directions) of the coordinate system, along which the magnetic field vectors can be alternately oriented, it is proposed that the inductor be made of six coils. In this case, the coil consists of two windings wound along the perimeters of the triangles in contact along the edge of the tetrahedron. The magnetic axis of six such coils will pass through the center of the formed tetrahedron, where each axis is perpendicular to the opposite edge of the tetrahedron. Since the magnitude of the magnetic field is of greatest importance between the windings of the coils, i.e., inside the tetrahedron, such an inductor is preferably used in the treatment of limbs and shoulder joints, and with the corresponding sizes, of the head and trunk.

Наконец, совершенствуя аппарат с целью достижения удобства эксплуатации и концентрации поля во внутренней части индуктора, в изобретении предложено обмотки его катушек выполнять в виде сферических равносторонних треугольников с длинами сторон попарно совмещенных по сферической поверхности. В этом случае индуктор будет иметь обтекаемую форму, удобную при эксплуатации. Некоторая концентрация магнитного поля при этом будет происходить за счет вогнутости плоскости треугольной обмотки. Finally, improving the apparatus in order to achieve ease of use and field concentration in the inner part of the inductor, the invention proposed that the windings of its coils be made in the form of spherical equilateral triangles with side lengths pairwise aligned on a spherical surface. In this case, the inductor will have a streamlined shape, convenient for operation. Some concentration of the magnetic field will occur due to the concavity of the plane of the triangular winding.

На фиг. 1 показан тетраэдр, вдоль ребер которого укладываются обмотки индуктора; на фиг.2 - контуры индуктора, в котором обмотки намотаны в виде сферических равносторонних треугольников, совмещенных на сферической поверхности; на фиг.3 - контуры одной обмотки, витки которой уложены по периметрам двух смежных треугольников тетраэдра; на фиг.4 - примерное распределение линий магнитной индукции для обмотки, контуры которой представлены на фиг.3; на фиг.5 - примерное распределение линий магнитной индукции обмотки, согнутой по сферической поверхности; на фиг.6 - упрощенная блок-схема предлагаемого аппарата; на фиг. 7 - диаграммы синусоидальных сигналов для четырехобмоточного индуктора; на фиг.8 - диаграмма локального распределения импульсов для четырехобмоточного индуктора; на фиг.9 - примеры магнитотерапии суставов плеча и конечностей при помощи индуктора, контуры которого показаны на фиг.2. In FIG. 1 shows a tetrahedron, along the edges of which the windings of the inductor are stacked; figure 2 - contours of the inductor, in which the windings are wound in the form of spherical equilateral triangles aligned on a spherical surface; figure 3 - the contours of one winding, the turns of which are laid around the perimeters of two adjacent triangles of the tetrahedron; figure 4 is an exemplary distribution of lines of magnetic induction for the winding, the contours of which are presented in figure 3; figure 5 - an approximate distribution of the lines of the magnetic induction of the winding, bent over a spherical surface; figure 6 is a simplified block diagram of the proposed apparatus; in FIG. 7 is a diagram of sinusoidal signals for a four-winding inductor; on Fig is a diagram of the local distribution of pulses for a four-winding inductor; figure 9 - examples of magnetotherapy of the joints of the shoulder and limbs using an inductor, the contours of which are shown in figure 2.

Рассматривая примеры конкретного выполнения аппарата и его составных частей отметим, что самым простым способом решения технической задачи для достижения поставленной цели можно было бы использовать четыре соленоидальные катушки, размещенные вокруг болевого очага по сферической поверхности так, чтобы их оси были совмещены с высотами тетраэдра, вписанного в эту сферу. Выполнить такую конструкцию легко, однако как это очевидно, она будет громоздкой и малопригодной для использования магнитного поля снаружи такого индуктора. Компактным и удобным является индуктор, выполненный из четырех плоских равносторонних треугольных обмоток, собранных в единую конструкцию, образующих ребра тетраэдра (см.фиг.1). Considering examples of the specific implementation of the apparatus and its components, we note that the easiest way to solve the technical problem to achieve the goal could be to use four solenoidal coils placed around the painful focus on a spherical surface so that their axes are aligned with the heights of the tetrahedron inscribed in this area. It is easy to carry out such a design, however, as it is obvious, it will be bulky and unsuitable for using a magnetic field outside such an inductor. The inductor is compact and convenient, made of four flat equilateral triangular windings assembled in a single structure, forming the edges of the tetrahedron (see figure 1).

Конструкция эта легко осуществима, а поле такого индуктора можно использовать как снаружи индуктора, так и внутри его. Если все обмотки такого индуктора выполнены в виде сферических треугольников, то получим индуктор, контуры которого показаны на фиг.2. При катушках индуктора, выполненных по форме сферических треугольников, будет достигнута некоторая концентрация индукции магнитного поля в центре сфероидального индуктора. Эта особенность поясняется показанным распределением магнитных силовых линий для такой катушки (фиг.5). This design is easily feasible, and the field of such an inductor can be used both outside the inductor and inside it. If all the windings of such an inductor are made in the form of spherical triangles, then we obtain an inductor, the contours of which are shown in figure 2. With inductor coils made in the shape of spherical triangles, a certain concentration of magnetic field induction in the center of the spheroidal inductor will be achieved. This feature is illustrated by the shown distribution of magnetic field lines for such a coil (figure 5).

В другой модификации индуктор состоит из шести обмоток. Контуры одной катушки показаны на фиг.3, а пример распределения магнитных силовых линий в такой катушке показаны на фиг.4. Конструктивно такой индуктор может быть выполнен в виде обмоток стянутых изолирующей тканью и представляющий собой жесткую систему. Могут быть и другие конструкторские решения. Следующей, более совершенной конструкцией шестиобмоточного индуктора является та, в которой обмоткам придана форма сферических треугольников, а сам индуктор имеет форму, показанную на фиг.2. In another modification, the inductor consists of six windings. The contours of one coil are shown in figure 3, and an example of the distribution of magnetic field lines in such a coil is shown in figure 4. Structurally, such an inductor can be made in the form of windings tightened with an insulating fabric and representing a rigid system. There may be other design decisions. The next, more advanced design of the six-winding inductor is one in which the windings are given the shape of spherical triangles, and the inductor itself has the shape shown in figure 2.

Аппарат магнитотерапевтический, как это показано на упрощенной блок-схеме (фиг.6), состоит из генератора 1 распределителя сигналов 2 и индуктора с обмотками 3. В данном случае использован индуктор четырехобмоточный. Генератор 1 в зависимости от требований магнитотерапии может быть генератором синусоидальных колебаний или генератором импульсов. Распределитель сигналов имеет четыре выхода, сигналы между которыми сдвинуты по фазе на величину

для синусоидального сигнала или сдвинуты по времени на величину

для импульсного сигнала при периоде сигналов 2π. Диаграммы распределения сигналов по фазе или по времени показаны соответственно на фиг.7 и 8. В общем случае при числе катушек n, номере канала N, периоде сигнала 2 π, смещение фазы синусоидального сигнала в отдельном канале можно определить по формуле
φ_N=

для импульсного сигнала смещение во времени в отдельном канале определяется по формуле
φ_NN=

Основная суть при описании работы аппарата заключается в особенностях формирования магнитного поля, например, внутри индуктора. При этом, самой интересной является работа индуктора при синусоидальном токе. Так, например, для четырехкоординатной системы индуктора векторы магнитного поля за период будут вращаться от одной оси координат к следующей и т.д., пока не вернутся в исходное состояние за половину периода, затем, сменив направление на 180^о, снова повторяют этот же путь. Несколько проще поясняется работа индуктора при питании его обмоток импульсами тока, распределенными по времени. В этом случае векторы магнитного поля за период будут ориентироваться вдоль всех осей катушек (осей координат).The magnetotherapeutic apparatus, as shown in the simplified block diagram (Fig. 6), consists of a generator 1 of a signal distributor 2 and an inductor with windings 3. In this case, a four-winding inductor is used. The generator 1, depending on the requirements of magnetotherapy can be a generator of sinusoidal oscillations or a pulse generator. The signal distributor has four outputs, the signals between which are phase shifted by an amount

for a sinusoidal signal or time shifted by

for a pulse signal with a signal period of 2π. The phase or time distribution diagrams of the signals are shown in FIGS. 7 and 8. respectively. In general, with the number of coils n, channel number N, the signal period 2 π, the phase shift of the sinusoidal signal in a separate channel can be determined by the formula
φ _N =

for a pulse signal, the time offset in a separate channel is determined by the formula
φ _NN =

The main essence when describing the operation of the apparatus is the features of the formation of a magnetic field, for example, inside an inductor. In this case, the most interesting is the operation of the inductor with a sinusoidal current. So, for example, for the four-coordinate system of the inductor, the magnetic field vectors for a period will rotate from one coordinate axis to the next, etc., until they return to their original state for half a period, then, changing direction by 180 ^° , repeat the same path again . The operation of the inductor when feeding its windings with current pulses distributed over time is explained somewhat more simply. In this case, the magnetic field vectors for the period will be oriented along all the axes of the coils (coordinate axes).

Конструкция индукторов предлагаемого аппарата отвечает высоким требованиям удобства эксплуатации,не требует какой-либо их ориентации. На фиг.9 приведены возможные варианты магнитотерапии суставов плеча и конечностей. The design of the inductors of the proposed device meets the high requirements of ease of use, does not require any orientation. Figure 9 shows the possible options for magnetotherapy of the joints of the shoulder and limbs.

При оценке достигнутого положительного эффекта изобретения можно выбрать критерии, характеризующие количество пространственных положений векторов магнитного поля в точках эффективности магнитотерапии. При синусоидальном питающем токе векторы магнитного поля в течение периода будут поворачиваться относительно сектора, образованные смежными осями принятой системы координат. В нашем случае это будет 4 или 6 секторов. Если учесть изменение полярности синусоидального сигнала, то количество изменений положений векторов будет удвоено. When assessing the achieved positive effect of the invention, it is possible to select criteria characterizing the number of spatial positions of the magnetic field vectors at the points of the effectiveness of magnetotherapy. With a sinusoidal supply current, the magnetic field vectors during the period will rotate relative to the sector, formed by the adjacent axes of the adopted coordinate system. In our case, it will be 4 or 6 sectors. If we take into account the change in polarity of the sinusoidal signal, the number of changes in the positions of the vectors will be doubled.

Итак, имея ввиду два оценочных критерия: изменения векторов магнитного поля в объемном пространстве болевого очага и количество положений векторов магнитного поля, точнее настолько это количество больше или равно для выполнения необходимого условия объемного изменения, можно сделать вывод, что, во-первых, векторы магнитного поля изменяют свое направление в пространстве объема болевого очага, и, во-вторых, количество таких изменений превышает минимально необходимое. Это означает, что при использовании изобретения эффективность терапевтического воздействия на болевой очаг будет существенно выше, чем у известных аппаратов. Кроме этого, при оценке эффективности изобретения необходимо учитывать эксплуатационные характеристики аппарата, такие, как минимальные габариты, удобство, обтекаемые формы индукторов, которые не требуют какой-либо ориентации относительно болевого очага. So, bearing in mind two evaluation criteria: changes in the magnetic field vectors in the volumetric space of the pain lesion and the number of positions of the magnetic field vectors, more precisely, this number is greater than or equal to fulfill the necessary condition for volumetric change, we can conclude that, firstly, the magnetic vectors the fields change their direction in the space of the pain lesion volume, and, secondly, the number of such changes exceeds the minimum necessary. This means that when using the invention, the effectiveness of the therapeutic effect on the pain center will be significantly higher than with known devices. In addition, when evaluating the effectiveness of the invention, it is necessary to take into account the operational characteristics of the apparatus, such as the minimum dimensions, convenience, streamlined forms of inductors that do not require any orientation with respect to the pain center.

Claims

1. MAGNETOTHERAPEUTIC DEVICE containing a serially connected sinusoidal or pulsed current generator, a channel-by-channel signal distributor and an inductor of k coils, characterized in that the inductor is made of at least four coils, the windings of which are located on the surface of the sphere, while the magnetic axis of the coils are aligned with the heights of the tetrahedron inscribed in the sphere, and a phase shift circuit of the generator signal by an amount is introduced into each channel of the signal distributor

for sinusoidal and 2

for pulse signals, where 2π is the signal period, N is the channel number, n is the number of coils.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the windings of the coils are made flat, while the turns are laid along the edges of the corresponding face of the tetrahedron.

3. The apparatus according to claims 1 and 2, characterized in that two additional coils with two windings are introduced into it, and second windings are introduced into the main coils, while the windings of each main and additional coils are wound along the edges of adjacent faces of the tetrahedron, and each of coils with their windings wraps around the corresponding edge of the tetrahedron.

4. The apparatus according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the turns of the coils are laid along the sides of the spherical equilateral triangles.