Аппарат визуальной светотерапии

ЭЛЕКТРОНИКА, ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА, РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
270
УДК 621.389
Е.В. Бугров, А.А. Бомбизов, М.Н. Романовский
Аппарат визуальной светотерапии
Разработан аппарат визуальной светотерапии (ВС) в виде полумаски (очков) с отдельными
светодиодными излучателями для глаз пациента и блоком управления излучателями. Через
USB-порт аппарат подключается к персональному компьютеру. Программное обеспечение
позволяет в широких пределах плавно изменять режимы работы излучателей, что важно для
разработки методик ВС и индивидуализации работы с пациентами.
Ключевые слова: визуальная светотерапия, коррекция психоэмоционального состояния,
электронный блок управления, компьютер, программное обеспечение.
Визуальная светотерапия (ВС) – использование видимого света для профилактики, лечения и
реабилитации заболеваний – имеет давнюю историю [1, 2]. В последние годы получили распространение аппараты ВС, воздействующие непосредственно на глаза пациента модулированными
световыми импульсами. Такие аппараты содержат обычно индивидуальную полумаску-очки с отдельными светодиодными излучателями для глаз и электронный блок управления излучателями.
Примером может служить аппарат психоэмоциональной коррекции (АПЭК) [3, 4].
АПЭК разрешен к применению в медицинских учреждениях и в быту для нормализации психоэмоционального состояния и профилактики заболеваний органов зрения. Эффект достигается за
счет поочередного воздействия на периферические поля зрения левого и правого глаза световых
импульсов, модулированных с частотой альфа-ритма головного мозга. Необходимость психоэмоциональной коррекции связана с негативным влиянием дистресса на здоровье [5].
Целью настоящей работы является разработка компьютерного аппарата ВС, позволяющего в
широких пределах плавно изменять режимы работы излучателей, что важно для совершенствования
методики психоэмоциональной коррекции, разработки других методик ВС, индивидуализации работы с пациентами.
Функционирование и программное обеспечение аппарата
Блок управления разработанного аппарата выполнен на микроконтроллере (МК) Atmega8L [6].
После программирования МК блок управления через USB-порт подключается к персональному компьютеру (ПК). Компьютерная программа установки
параметров обеспечивает (рис. 1): выбор цвета излучателей; настройку яркости (верхнего и нижнего
уровня) для каждого светодиода; настройку параметров модулирующих импульсов («Частота»,
«Длительность»); сохранение выбранных параметров в памяти EEPROM МК (кнопка «Сохранить»);
считывание параметров из памяти («Считать»); демонстрацию работы устройства («Тест»); отображение информации о подключении устройства в
строке состояния.
Рис. 1. Диалоговое окно программы установки
параметров аппарата
Доклады ТУСУРа, № 1 (25), часть 2, июнь 2012
Е.В. Бугров, А.А. Бомбизов, М.Н. Романовский. Аппарат визуальной светотерапии
271
Форма импульсов света задается в программе аналитически или таблицей. При больших токах
яркостная (световая) характеристика светодиодов почти линейна. Чтобы исключить искажения формы световых импульсов из-за разброса порогового напряжения светодиодов, вначале устанавливается нижний (нулевой) уровень яркости излучателей, затем – верхний (предельный) уровень.
На виртуальной панели компьютерной программы конечного пользователя представлены: настраиваемый таймер сеанса светотерапии; кнопка запуска-остановки сеанса; две панели, отображающие изменения яркости от времени и цвет излучателей; строка состояния приложения; кнопка
включения-выключения звукового сопровождения.
ПК под управлением программы пользователя генерирует цифровой код, соответствующий выбранному режиму работы излучателей. Этот код посредством USB интерфейса передается в МК
(рис. 2). МК в соответствии с полученным цифровым кодом формирует широтно-импульсно-модулированные (ШИМ) сигналы управления излучателями. Сигнал ШИМ-2 таймера предопределяет
форму импульсов света, посредством фильтра нижних частот (ФНЧ) он преобразуется в периодический аналоговый сигнал. ШИМ-1 (а, б) – таймеры со сдвигом во времени, равном периоду аналогового сигнала, генерируют пачки прямоугольных импульсов, обеспечивающих
коммутацию излучателей и модуляцию
сигнала с выхода ФНЧ.
Рис. 2. Функциональная схема аппарата
В качестве ФНЧ (интегратора) использована двухполюсная каскадированная RC-цепочка. Частота ШИМ-2 таймера, определяющего форму аналогового сигнала, равна 25 кГц. Частота среза
ФНЧ выбрана 796 Гц, что выше верхней границы полосы аналогового сигнала, но много ниже частоты ШИМ.
Светодиоды излучателей (а, б) включены в цепи коллекторов биполярных транзисторов (рис. 3).
Периодический аналоговый сигнал с выхода ФНЧ поступает на базы этих транзисторов. На эмиттеры транзисторов через резисторы отрицательной обратной связи с портов ввода-вывода МК подаются пачки прямоугольных импульсов, сформированные таймерами ШИМ-1 (а, б). Транзисторы
открываются на время действия прямоугольных импульсов, и модулированные этими импульсами
аналоговые сигналы попеременно поступают на светодиоды правого (а) и левого (б) излучателей
(рис. 4).
Рис. 3. Схема управления излучателями
Рис. 4. Результирующие сигналы управления излучателями
Для исследования эффективности и совершенствования методик применения аппарата разработана компьютерная программа, позволяющая устанавливать (изменять) режим работы излучателей в
процессе эксплуатации, непосредственно перед сеансами светотерапии. Предварительно можно задать (таблично или аналитически) любую форму импульсов света. Минимальная длительность сигналов составляет 0,1 мс (ограничена тактовой частотой МК). Выбранные режимы можно зафиксировать в отдельных файлах – для последующего считывания программой или в памяти EEPROM
МК – для конечных пользователей.
Разработанный аппарат ВС апробирован в режиме АПЭК: форма импульса света соответствует
рис. 4; цвет излучения – зеленый, длина волны – 525 нм; мощность в максимуме импульса света –
7,5 мкВт; длительность импульса света (ТИ) – 4 с; время переключения каналов а–б (ТЗ) – 1 с; длительность импульса модуляции (ТМ) – 0,2 мс; частота следования импульсов модуляции (1/ТП) –
9,2 Гц; глубина модуляции – 100%.
Доклады ТУСУРа, № 1 (25), часть 2, июнь 2012
272
ЭЛЕКТРОНИКА, ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА, РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ
По результатам электроэнцефалографического анализа под воздействием аппарата возрастает
альфа-активность головного мозга, что приводит к снижению психоэмоционального напряжения
человека. Пилотные исследования вариабельности сердечного ритма (по методике Баевского [7]) до
и после воздействия аппарата обнаруживают нормализацию индекса напряжения регуляторных систем (стресс-индекса).
Заключение
Разработан компьютерный аппарат визуальной светотерапии в виде полумаски (очков) с отдельными светодиодными излучателями для глаз пациента и блоком управления излучателями. Программное обеспечение позволяет в широких пределах плавно изменять режимы работы излучателей, что важно для совершенствования методик и индивидуализации работы с пациентами.
Выбранные режимы фиксируются в отдельных файлах или непосредственно в памяти микроконтроллера блока управления излучателями. С помощью программы конечных пользователей выбранные режимы могут быть безошибочно воспроизведены пациентом без участия врача.
При модуляции света импульсами малой длительности (0,1÷0,2 мс) ритмическая стимуляция
головного мозга происходит на неосознаваемом уровне восприятия, что создает комфортные условия для совмещения ВС, например с когнитивной деятельностью.
Аппарат разработан по заказу ООО «Свет и жизнь» (г. Томск).
Литература
1. Беббит Э.Д. Принципы света и цвета. Исцеляющая сила цвета. – Киев: София, 1996. – 320 с.
2. Фототерапия и ее место в современной медицине / Н.Р. Палеев, В.И. Карандашов, Е.Б. Петухов, Ю.С, Диасамидзе // Вестник РАМН. – 2004. – № 7. – С. 15–19.
3. Пат. 5 271 7 РФ, МПК A 61 N 5/06. Аппарат психоэмоциональной коррекции / В.А. Зверев
(РФ), Б.А. Наливайко (РФ), А.А. Пономарев (РФ), В.В. Трифонов (РФ), Э.Ф. Яук (РФ). –
№ 2 005 136 583 / 22; заявл. 21.11.2005; опубл. 27.04.2006. Бюл. № 12. – 4 с.
4. Бомбизов А.А. Автономный аппарат психоэмоциональной коррекции / А.А. Бомбизов,
Е.В. Бугров // Научная сессия ТУСУРа. – 2007. – № 1. – С. 129–131.
5. Селье Г. Стресс без дистресса / Г. Селье; пер. с англ. А.Н. Лука и И.С. Хорола; общ. ред.
Е.М. Крепса; предисл. Ю.М. Саарма. – М., 1979. – 124 с.
6. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы Atmel. – 2-е изд. –
М.: Додека-XXI, 2005. – 560 с.
7. Баевский Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) / Р.М. Баевский, Г.Г. Иванов,
Л.В. Чирейкин и др. // Вестник аритмологии. – 2001. – № 24. – С. 65–87.
_________________________________________________________________________________________
Бугров Евгений Валерьевич
Аспирант каф. конструирования узлов и деталей РЭА ТУСУРа
Тел.: 8-923-442-45-55
Эл. почта: [email protected]
Бомбизов Александр Александрович
Аспирант каф. теоретических основ радиотехники ТУСУРа
Тел.: 8-903-951-15-24
Эл. почта: [email protected]
Романовский Михаил Николаевич
Канд. техн. наук, доцент каф. конструирования узлов и деталей РЭА ТУСУРа
Тел.: +7 (382-2) 51-23-27
Эл. почта: [email protected]
Bugrov E.V., Bombizov A.A., Romanovsky M.N.
The device of visual light therapy
The apparatus of the visual light therapy (VLT) as a mask (pts) with individual LED emitters for the patient's eye
and the control unit emitters. Through the USB-port device connected to a PC. The software allows a wide
range infinitely variable modes of emitters, it is important to develop methods of VLT and individualization of
working with patients.
Keywords visual light therapy, correction of psychoemotional state, electronic control unit, computer, software.
Доклады ТУСУРа, № 1 (25), часть 2, июнь 2012