RU2315639C1 - Method and device for improving immunity - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine; physiotherapy.

SUBSTANCE: method of improving immunity is based upon irradiation of patient's body by optical radiation with wavelength λ chosen within spectral intervals of action of light-oxygen effect. Before irradiation, power of radiation is measured as well as refractivity of patient's body at selected wavelength. Then patient is subject to radiation in light-integrating camera during time τ, determined by formula τ=7,5E₀(λ)/P(1-K_h)√HM x (4πR²+0,13√HM)²/4πR²k_s+0,13Kh√HM seconds, where E₀(λ)m is reference value of light dosage of radiation, J; P is power of radiation source, W; K_h is reflectivity factor of patient's skin at selected wavelength λ; H is height of patient, m; M is weight of patient, kg; R is radius of light-integrating camera, m; K_s is diffusion reflection coefficient of camera's walls. Device for improving immunity has light-integrating camera where optical radiation source is placed, which source is made in form of sphere, optical radiation source power photodetector and patient's skin reflection coefficient photometer. All units are connected with computer through interface. Computer has to integral part of diagnostics and control unit. Optical radiation source is electrically and optically connected with diagnostic and control unit through light guide connector.

EFFECT: improved efficiency; higher safety and efficiency of light medicinal procedure.

2 cl, 1 ex

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к области медицины, в частности к методам и средствам физиотерапии.The invention relates to medicine, in particular to methods and means of physiotherapy.

О лечебном действии света в определенных спектральных участках оптического диапазона известно очень давно. Еще шумеры практиковали солнечные ванны в ранние утренние часы, когда спектр излучения существенно отличается от дневного спектра. Научного признания данное направление получило в 1903 году после присуждения Нобелевской премии по физиологии датскому врачу Нильсу Финзену за разработку методов лечения светом различных заболеваний, в особенности оспы красным светом и волчанки ультрафиолетом. Финзен применял способ облучения обнаженного тела, а для выделения отдельных спектральных интервалов излучения Солнца или дуговых ламп использовал светофильтры. Эмпирические методики Финзена в то время не могли быть стандартизованы, требовали сложного оборудования и были не вполне безопасны, из-за чего не нашли достойных последователей.The therapeutic effect of light in certain spectral regions of the optical range has been known for a very long time. Even the Sumerians practiced sunbathing in the early morning hours, when the radiation spectrum is significantly different from the daytime spectrum. This direction was scientifically recognized in 1903 after the Nobel Prize in Physiology was awarded to Danish physician Niels Finsen for developing methods for treating various diseases with light, especially smallpox with red light and lupus with ultraviolet light. Finsen used a method of irradiating a naked body, and used light filters to highlight individual spectral ranges of radiation from the Sun or arc lamps. Finzen's empirical techniques at that time could not be standardized, they required sophisticated equipment and were not completely safe, which is why they did not find worthy followers.

С открытием лазеров, оказавшихся чрезвычайно удобными источниками излучения, работы в данном направлении возобновились и расширились [1]. Чаще всего врачи-терапевты используют для облучения пациентов лазеры, излучающие в красном, а в последние годы и в ближнем инфракрасном диапазоне. Согласно полученным ими данным лечебный эффект связан с нормализацией иммунитета, однако многие подчеркивают опасность оптической передозировки.With the discovery of lasers, which turned out to be extremely convenient sources of radiation, work in this direction was resumed and expanded [1]. Most often, general practitioners use lasers emitting in red and, in recent years, in the near infrared range to irradiate patients. According to their data, the therapeutic effect is associated with the normalization of immunity, however, many emphasize the danger of optical overdose.

Внутривенное лазерное облучение крови (ВЛОК) пока является единственным методом доставки света, удовлетворяющим требованиям точной оптической дозиметрии. Это обусловлено тем, что свет почти нацело поглощается кровью на расстоянии радиуса вены. Однако вследствие нежелания иметь дело с инвазией (прокол вены) некоторые врачи применяют методы чрескожного облучения: по биологически активным точкам (БАТ), по зонам Захарьина - Геда, по проекциям патологического очага и т.д. Хотя эти методы просты, их применение исключает возможность точного контроля световой дозы. Тем не менее нормализация иммунитета отмечается вне зависимости от способа облучения [2, 3].Intravenous laser blood irradiation (VLOK) is so far the only light delivery method that meets the requirements of accurate optical dosimetry. This is due to the fact that light is almost completely absorbed by blood at a distance of the radius of the vein. However, due to unwillingness to deal with invasion (venous puncture), some doctors use percutaneous irradiation methods: on biologically active points (BAP), on Zakharyin-Ged zones, on projections of a pathological focus, etc. Although these methods are simple, their use precludes accurate control of the light dose. Nevertheless, normalization of immunity is noted regardless of the method of exposure [2, 3].

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является устройство для лазерного облучения биологических объектов [4], принятое за прототип. Оно включает источник света - лазер, подключенный к источнику питания, отражающий корпус, в котором размещен объект и поверхность которого покрыта отражающим свет слоем. Корпус отражателя выполнен в виде трубы из кварца, с торцов и внутри трубы и по его внешней поверхности нанесено отражающее покрытие, а торец трубы служит основанием для крепления полупроводниковых лазеров, расположенных равномерно по периметру торца.The closest analogue (prototype) of the claimed invention is a device for laser irradiation of biological objects [4], taken as a prototype. It includes a light source - a laser connected to a power source, a reflective body in which an object is placed and the surface of which is covered with a light-reflecting layer. The reflector case is made in the form of a quartz pipe, a reflective coating is applied from the ends and inside the pipe and on its outer surface, and the pipe end serves as the basis for fastening semiconductor lasers located uniformly around the perimeter of the end.

Способ повышения иммунитета организма, реализуемый устройством [4], заключается в воздействии оптического излучения на поверхность обнаженного тела пациента равномерно со всех сторон.A method of increasing the body's immunity, implemented by the device [4], consists in the effect of optical radiation on the surface of the patient’s naked body uniformly from all sides.

Недостатком прототипа является невысокая эффективность и недостаточная безопасность вследствие произвола в выборе спектральных и энергетических параметров излучателя, неопределенности режима облучения, а также невозможности определить величину поглощенной пациентом световой дозы, которая и определяет пользу или вред процедуры.The disadvantage of the prototype is its low efficiency and lack of safety due to the arbitrariness in choosing the spectral and energy parameters of the emitter, the uncertainty of the irradiation regime, and the inability to determine the amount of light dose absorbed by the patient, which determines the benefit or harm of the procedure.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности и безопасности светолечебной процедуры.The task of the invention is to increase the efficiency and safety of a light therapy procedure.

Поставленная задача решается на основе проведенных авторами исследований биофизических механизмов действия света на ферменты, клетки, отдельные органы и организм человека, завершившихся открытием светокислородного эффекта [5]. Научно обоснованный выбор длины волны и мощности излучения сочетается с техническим решением, обеспечивающим равномерное облучение тела, что позволяет корректно определять поглощенную пациентом энергетическую дозу и точно рассчитать продолжительность облучения, что гарантирует безопасность и эффективность процедуры. Длину волны излучения выбирают в пределах узких спектральных полос, где проявляет свое действие светокислородный эффект. Это действие заключается в повышении деформируемости эритроцитов крови посредством резонансного возбуждения фотонами эндогенного молекулярного кислорода и генерации в крови синглетного кислорода. Известно, что ослабление иммунитета обычно обусловлено кислородным голоданием тканевых клеток. Транспортеры кислорода - эритроциты, частично потеряв свою эластичность в результате действия на организм неблагоприятных факторов, не в состоянии проникать сквозь мельчайшие артериальные капилляры, что и создает в организме кислородный дефицит. Применение светокислородного эффекта позволяет восстановить эластичность эритроцитов и тем самым повысить иммунную защиту организма.The problem is solved on the basis of studies of biophysical mechanisms of the action of light on enzymes, cells, individual organs and the human body, which culminated in the discovery of the light-oxygen effect [5]. The scientifically substantiated choice of wavelength and radiation power is combined with a technical solution that ensures uniform exposure of the body, which allows you to correctly determine the energy dose absorbed by the patient and accurately calculate the duration of exposure, which ensures the safety and effectiveness of the procedure. The radiation wavelength is chosen within narrow spectral bands where the light-oxygen effect manifests its effect. This action consists in increasing the deformability of blood red blood cells by resonant excitation of endogenous molecular oxygen by photons and the generation of singlet oxygen in the blood. It is known that the weakening of immunity is usually due to oxygen starvation of tissue cells. Oxygen transporters - red blood cells, having partially lost their elasticity as a result of adverse factors acting on the body, are not able to penetrate the smallest arterial capillaries, which creates an oxygen deficiency in the body. The use of the light-oxygen effect allows you to restore the elasticity of red blood cells and thereby increase the body's immune defense.

Заявляемый способ заключается в равномерном облучении поверхности тела пациента электромагнитным излучением в определенном спектральном интервале оптического диапазона длин волн и в течение определенного времени, которое зависит от индивидуальных характеристик пациента и параметров используемого устройства. Перед принятием световой процедуры измеряется мощность излучения и определяется коэффициент отражения (рассеяния) кожи конкретного пациента, так как воздействие оказывает только поглощенная энергия. Полученные данные вводят в компьютер, и по соответствующей программе рассчитывается индивидуальная продолжительность лечебного сеанса согласно выведенной авторами формуле:The inventive method consists in uniformly irradiating the patient’s body surface with electromagnetic radiation in a certain spectral range of the optical wavelength range and for a certain time, which depends on the individual characteristics of the patient and the parameters of the device used. Before the adoption of the light procedure, the radiation power is measured and the reflection coefficient (scattering) of the skin of a particular patient is determined, since the effect is only absorbed energy. The obtained data is entered into a computer, and according to the corresponding program, the individual duration of the treatment session is calculated according to the formula derived by the authors:

где E_o(λ) - эталонное значение световой дозы облучения в джоулях, определенное с помощью объективного диагностического теста,where E_o (λ) is the reference value of the light dose in joules, determined using an objective diagnostic test,

Р - мощность источника излучения в ваттах,P is the power of the radiation source in watts,

K_h - коэффициент отражения кожи пациента на выбранной длине волны,K_h - reflection coefficient of the patient’s skin at the selected wavelength,

Н - рост пациента в метрах,N - patient height in meters,

М - вес пациента в килограммах,M - patient weight in kilograms,

R - радиус светоинтегрирующей камеры,R is the radius of the light-integrating camera,

К_s - коэффициент диффузного отражения стенок камеры.To_s is the coefficient of diffuse reflection of the walls of the chamber.

Основным элементом устройства, реализующего заявляемый способ, является светоинтегрирующая камера, принцип действия которой применительно к задачам оптических исследований описан в работе [6]. Камера представляет собой сферу с диффузно отражающими стенками, причем коэффициент отражения ее поверхности на выбранной длине волны составляет не менее 90%. В камере установлен источник излучения. Световой пучок от источника направляют на стенку камеры таким образом, чтобы свет после многократных отражений от стенок падал на поверхность тела пациента с разных сторон с равномерной интенсивностью. Источник излучения электрически и оптически связан с блоком диагностики и управления (БДУ), включающим фотодетектор, световодный коннектор, фотометр, интерфейс и компьютер.The main element of the device that implements the inventive method is a light-integrating camera, the principle of operation of which in relation to the tasks of optical research is described in [6]. The camera is a sphere with diffusely reflecting walls, and the reflection coefficient of its surface at the selected wavelength is at least 90%. A radiation source is installed in the chamber. The light beam from the source is directed to the wall of the camera so that the light after repeated reflections from the walls falls on the surface of the patient's body from different sides with uniform intensity. The radiation source is electrically and optically connected to a diagnostic and control unit (BDU), including a photodetector, a light guide connector, a photometer, an interface, and a computer.

Электрическая и оптическая связь излучателя с БДУ осуществляется следующим образом. С помощью известных способов деления оптического луча определенная часть света от излучателя отводится через световодный коннектор на фотодетектор, сигнал от которого поступает в устройство сопряжения с компьютером (интерфейс) и запоминается. Так определяется мощность излучения (оптическая связь). (Аналогично с помощью фотометра фиксируется коэффициент отражения кожного покрова пациента.) Излучатель включается по команде оператора, а выключается компьютерной программой, которая через интерфейс дает сигнал на исполнительный орган (выключатель). Так осуществляется электрическая связь излучателя с БДУ.The electrical and optical connection of the emitter with the remote control is as follows. Using known methods of dividing an optical beam, a certain part of the light from the emitter is diverted through a light guide to a photodetector, the signal from which is fed to a computer interface device (interface) and stored. This determines the radiation power (optical coupling). (Similarly, using a photometer, the reflection coefficient of the skin of the patient is recorded.) The emitter is turned on by an operator’s command, and turned off by a computer program that, through the interface, gives a signal to the actuator (switch). In this way, the radiator is electrically coupled to the BDU.

Устройство работает следующим образом. Индивидуальные параметры пациента - его рост и вес - вводятся в компьютер. Предварительно производится измерение мощности источника излучения фотодетектором и коэффициента отражения кожи пациента фотометром, эти данные через интерфейс поступают в компьютер, программа которого рассчитывает продолжительность облучения. Затем, по мере готовности пациента, через БДУ производится включение, и спустя рассчитанный программой промежуток времени выключение облучения; протокол процедуры фиксируется в памяти компьютера.The device operates as follows. Individual parameters of the patient - his height and weight - are entered into the computer. Preliminarily, the power of the radiation source by the photodetector and the reflection coefficient of the patient’s skin are measured by a photometer, these data are transmitted through the interface to a computer, the program of which calculates the duration of exposure. Then, as soon as the patient is ready, the inclusion is made through the NOS, and after the time period calculated by the program, the exposure is turned off; the protocol of the procedure is recorded in the computer's memory.

Пример. Источник излучения мощностью Р=1 Вт излучает на длине волны 1,264 мкм в максимуме наиболее сильной полосы светокислородного эффекта. В качестве источника использован полупроводниковый лазер. Светоинтегрирующая камера имеет радиус R=2 м при коэффициенте диффузного отражения на данной длине волны K_s=0,9, Пациент имеет рост Н=1,8 м и вес М=80 кг, а измерение коэффициента отражения его кожи на данной длине волны показало, что К_h=0,2. Определенная ранее по результатам испытаний оптимальная поглощенная доза Е₀=0,21 Дж. Подстановка всех данных в формулу, приведенную выше, дает τ=7,7 с. Итак, продолжительность лечебного сеанса для данного пациента равна 7,7 секундам.Example. A radiation source with a power of P = 1 W emits at a wavelength of 1.264 μm at the maximum of the strongest band of the light-oxygen effect. A semiconductor laser was used as a source. The light-integrating camera has a radius of R = 2 m with a diffuse reflection coefficient at a given wavelength K_s = 0.9, the patient has a height of H = 1.8 m and a weight of M = 80 kg, and a measurement of the reflection coefficient of his skin at this wavelength showed such that K_h = 0.2. The optimal absorbed dose determined previously from the test results is E₀ = 0.21 J. Substituting all the data in the formula above gives τ = 7.7 s. So, the duration of the treatment session for this patient is 7.7 seconds.

Таким образом, заявляемый способ и устройство для его реализации удовлетворяют условиям безопасного и эффективного применения светотерапии с целью повышения иммунной защиты, сформулированным в результате комплексных лабораторных и экспериментально-клинических исследований механизмов биологического действия света. Спектральные и энергетические параметры излучения выбираются в соответствии с установленными закономерностями светокислородного эффекта. При этом устраняется произвол в выборе источника света и неопределенность в оценке величины поглощенной энергетической дозы, присущая известным способам и устройствам наружного (неинвазивного) облучения. Идея равномерного облучения поверхности тела, перенесенная из инструментария физической оптики и адаптированная в заявляемом изобретении к медицине, обеспечивает стандартизацию режима облучения независимо от субъективных факторов и ошибок персонала. Измерение средней плотности потока излучения в окрестности тела пациента и коэффициента отражения его кожи позволяет корректно определить индивидуальную продолжительность терапевтической процедуры и исключить случаи недооблучения (снижение эффективности воздействия) или переоблучения (обострение заболевания). Всестороннее облучение тела при полном отсутствии нагрева впервые сочетается с научно обоснованным неинвазивным способом воздействия и гарантией безопасности пациентов.Thus, the claimed method and device for its implementation satisfy the conditions for the safe and effective use of light therapy in order to increase the immune defense formulated as a result of complex laboratory and experimental clinical studies of the mechanisms of the biological effect of light. The spectral and energy parameters of the radiation are selected in accordance with the established laws of the light-oxygen effect. This eliminates the arbitrariness in the choice of the light source and the uncertainty in the estimation of the absorbed energy dose inherent in the known methods and devices of external (non-invasive) exposure. The idea of uniform irradiation of the body surface, transferred from the instruments of physical optics and adapted in the present invention to medicine, provides a standardization of the irradiation regime, regardless of subjective factors and personnel errors. Measurement of the average density of the radiation flux in the vicinity of the patient’s body and the reflection coefficient of his skin allows one to correctly determine the individual duration of the therapeutic procedure and to exclude cases of under irradiation (decreased effectiveness of exposure) or overexposure (exacerbation of the disease). Comprehensive body irradiation with complete absence of heating is combined for the first time with a scientifically based non-invasive method of exposure and a guarantee of patient safety.

Источники информацииInformation sources

1. Берлиен Х-П., Мюллер Г.Й. Прикладная лазерная медицина. М.: Интерэксперт. 1997.1. Berlin HH., Muller G.Y. Applied laser medicine. M .: Interekspert. 1997.

2. Ананченко В.Г. и др. Советская медицина, 1988, №6, с.67-71.2. Ananchenko V.G. and other Soviet medicine, 1988, No. 6, S. 67-71.

3. Борисова А.М. и др. Терапевтический архив, 1992, №5, с.111-116.3. Borisova A.M. et al. Therapeutic Archive, 1992, No. 5, pp. 111-116.

4. Патент RU 2110300 С1, 10.05.1998.4. Patent RU 2110300 C1, 05/10/1998.

5. Захаров С.Д., Иванов А.В., Корочкин И.М., Данилов В.П. Лазерная медицина, т.10, №1, стр.4-9 (2006).5. Zakharov S. D., Ivanov A. V., Korochkin I. M., Danilov V. P. Laser medicine, vol. 10, No. 1, pp. 4-9 (2006).

6. Тимофеев Ю.П. и др. Известия вузов. Материалы электронной техники. №4, стр.66-69 (2004).6. Timofeev Yu.P. and other University News. Materials of electronic equipment. No. 4, pp. 66-69 (2004).

Claims (2)

Translated fromRussian

1. Способ повышения иммунитета организма посредством облучения поверхности тела пациента оптическим излучением, отличающийся тем, что длину волны λ излучения выбирают внутри спектральных интервалов проявления светокислородного эффекта, перед облучением измеряют мощность излучения и коэффициент отражения кожи пациента на выбранной длине волны, затем облучают пациента в светоинтегрирующей камере в течение времени τ определяемом по формуле1. A method of increasing the body's immunity by irradiating a patient’s body surface with optical radiation, characterized in that the wavelength λ of the radiation is chosen inside the spectral intervals of the manifestation of the light-oxygen effect, before irradiation, the radiation power and reflection coefficient of the patient’s skin at the selected wavelength are measured, then the patient is irradiated in light integrating chamber during time τ determined by the formula

где Е_о(λ) - эталонное значение световой дозы облучения в джоулях;where E_about (λ) is the reference value of the light dose in joules;Р - мощность источника излучения в ваттах;P is the power of the radiation source in watts;К_h - коэффициент отражения кожи пациента на выбранной длине волны λ;To_h is the reflection coefficient of the patient’s skin at the selected wavelength λ;Н - рост пациента в метрах;N - patient height in meters;М - вес пациента в килограммах;M - patient weight in kilograms;R - радиус светоинтегрирующей камеры в метрах;R is the radius of the light-integrating camera in meters;K_s - коэффициент диффузного отражения стенок камеры.K_s is the diffuse reflection coefficient of the chamber walls.2. Устройство для повышения иммунитета организма, содержащее светоинтегрирующую камеру, в которой размещен источник оптического излучения, отличающееся тем, что камера выполнена в виде сферы, фотодетектор мощности источника оптического излучения и фотометр коэффициента отражения кожи пациента через интерфейс подключены к компьютеру, введенному в состав блока диагностики и управления и выполненному с возможностью расчета продолжительности облучения, а источник оптического излучения электрически и оптически через световодный коннектор связан с блоком диагностики и управления.2. A device for increasing the body’s immunity, comprising a light-integrating camera in which an optical radiation source is located, characterized in that the camera is made in the form of a sphere, a photodetector of the optical radiation source power and a patient’s skin reflectance photometer are connected via an interface to a computer entered into the unit diagnostics and control and made with the possibility of calculating the duration of exposure, and the source of optical radiation is electrically and optically through a fiber guide op associated with a diagnosis and control unit.