Міністерство освіти і науки України

Національний університет “Львівська політехніка”

КОЖУХАР Олександр Теофанович

УДК 621.385:616.31

Некогерентні випромінювачі з просторово зосередженими керованими
потоками діагностично-лікувального застосування

Спеціальність 05.11.17-Біологічні та медичні прилади і системи

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Львів – 2005

Дисертація є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті “Львівська політехніка”
Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор

Готра Зенон Юрійович,

завідувач кафедри електронних
приладів Національного університету “ Львівська
політехніка”

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

заслужений діяч науки і
техніки України, лауреат

Державної премії України в
галузі науки і техніки
Абакумов Валентин Георгійович,

професор кафедри
звукотехніки та реєстрації інформації Національного технічного
університету „Київський політехнічний
інститут”.

доктор хімічних наук, професор

Новіков Олександр Олександрович

завідувач кафедри фізичної та
біомедичної електроніки Херсонського національного технічного
університету

доктор технічних наук, професор

Шайко-Шайковський Олександр

Геннадіойович професор кафедри

загальної фізики Чернівецького

національного університету

Провідна установа — Харківський національний університет

радіоелектроніки (м. Харків)

Захист відбудеться 16.11.2005 р. о “14” год. “00” хв.

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д35.052.10 в Національному
університеті “Львівська політехніка” (79013, м. Львів, вул. Професорська
2, ауд. 218, к. 11).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету
“Львівська політехніка” (Львів, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий 07.10.2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Бондарєв А.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Розвиток новітніх медичних технологій спрямований на підвищення
ефективності діагностики і лікування і, таким чином, покращання здоров’я
населення. Останнім часом набувають розвитку т.з. фотомедичні технології
(ФМТ), що використовують електромагнітне випромінення оптичного
діапазону, яке створюють оптичні випромінювачі, зокрема, некогерентного
типу.

На відміну від розповсюджених медичних технологій, які передбачають
передавання енергії біооб’єкту контактно, у більшості, інвазивно, тобто
з втручанням у шкірні та підшкірні шари, ФМТ дозволяють здійснювати таке
передавання неінвазивно за рахунок оптичного пропускання цих шарів. Крім
того в даний час у медицині, зокрема в стоматології широко
застосовуються нові полімеризаційні і термопластичні фотоотверджувальні
матеріали, що також потребує спеціального оптичного опромінення за
заданими параметрами. У медичній практиці застосовується також
опромінення ділянок, найбільш насичених фоторецепторами, що вимагає
застосування нетрадиційного опромінення, зокрема, з керовано змінними
випромінювальними характеристиками для забезпечення фотостимуляційних
режимів. Так, подразнення фотоінтеррецепторів різного за глибиною та
площею розташування дозволяють одержувати потужні рефлекторні реакції
та пожвавлення гуморальних процесів. Враховуючи це, розробка медичних
приладів з керованими змінами амплітудних, просторових та спектральних
характеристик випромінення для одержання нових фотостимуляційних ефектів
є важливою і актуальною задачею.

В останні роки почалися розробки ФМТ з променистими потоками, керованими
у відповідності до програм лікувально-діагностичних та інших
фотостимуляційних, медичних технологій, таких, як фотоотверджування
стоматологічних полімерних і термопластичних матеріалів. Перші
грунтуються на використанні ритмів життєдіяльності конкретних організмів
та їх індивідуальних реакцій на стимуляційну програму. В
лікувально-діагностичному застосуванні такі ФМТ, так звані
біоінформаційні інтерорецепторні, відносять до рангу високих технологій,
Вони значно підвищують ефективність звичайних ФМТ із стаціонарними,
тобто незмінними у часі характеристиками випромінення.

Розвиток фотоінформаційних та фотостимуляційних медичних технологій
ставить індивідуальні вимоги, насамперед, до оптичних випромінювачів,
головною складовою частиною яких є джерела випромінення – переважно,
теплові та люмінесцентні. В них відбувається некогерентне вивільнення
квантів оптичного випромінення і генерація первинного променистого
потоку заданої просторово-спектральної структури. До основних вимог, що
висувають новітні ФМТ до випромінення і, таким чином, до випромінювачів,
належать: високі рівні потужності, низька локальна інтенсивність,
немонохроматичність, несинхронізованість у часі і просторі та можливість
керування динамікою випромінювальних характеристик, що необхідно для
реалізації існуючих медичних програм з покращеним відтворенням
параметрів закладених в них керуючих сигналів.

Актуальність наукового напрямку створення некогерентних випромінювачів
фотомедичних приладів нового покоління обумовлена тим, що традиційні
підходи, зокрема, до обгрунтування вибору принципів утворення
біовпливових променистих потоків та керування іх динамікою, не завжди є
ефективними. Цьому є наступні причини: ще не повністю виявлені і
враховані чинники впливу на характеристики випромінювання, не мають
належного розвитку моделі та розрахунково-експериментальна база
фотомедичних випромінювачів. Все це не дозволяє ефективно
використовувати можливості існуючих та стримує розроблення нових
випромінювачів, зокрема, з динамічними випромінювальними
характеристиками та їх часовою стабільністю, необхідними для якісного
відтворення програм новітніх стимуляційних та інформаційних фотомедичних
технологій. Розв’язок цих питань являє собою актуальну науково-прикладну
проблему.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана на кафедрі “Електронні прилади” Національного
університету “Львівська політехніка”. Наукові дослідження дисертаційної
роботи проводилися у відповідності з тематичними планами НДР, цільових
комплексних науково-технічних програм колишніх СРСР та УРСР,
держбюджетних та госпдоговірних тем НУ „Львівська політехніка” і,
зокрема : НДР і ДКР Комплексної науково-технічної програми «Людина і
світло», наказ Мінвузу СРСР за № 263 від 21.04.83 р. Шифр теми:
5.2.05.01.13.; ДКР «Розробка регульованого діагностико-технологічного
апарату ОСМ-3», п’ятирічний план НДР і ДКР учбово — науково-виробничого
комплексу “Здоров’я”, наказ Міністра МЗ УРСР від 19.01.88 р.; Програм
розвитку електронної та радіоелектронної медичної промисловості України
на 1995 – 2005 р. р. „Електроніка України” та спільного наказу
Міністерства охорони здоров’я, Академії медичних наук та Кабінету
міністрів України від 01.01.2002 р., № 14 Про затвердження Міжгалузевої
комплексної програми “Здоров’я нації” на 2002 – 2011 р. р., НДР
“Розроблення та дослідження електронно-променевого джерела з
електропривідною стабілізацією”, тема 4344, 1986 р., № держ. реєстрації
01860053900; НДР “Розробка освітлювача операційного поля”, тема 4957,
1990 р., № держ. реєстрації 01900000000; НДР „Дослідження можливості
створення серійного взірця освітлювально-діагностичного комплексу”, тема
5077, 1991 р., № держ. реєстрації 01900050973; НДР “Дослідження оптичних
характеристик УФ — опромінювачів з метою створення нових
високоефективних приладів адекватної стерилізації”, тема 6578, 1998 р.

Мета і задачі досліджень

Метою роботи є розроблення теоретичних та фізико-технологічних основ
побудови діагностично-лікувальних приладів і систем нового покоління із
забезпеченням для стимуляційних та інформаційних фотомедичних технологій
керованої динаміки і стабільності характеристик біовпливових
некогерентних оптичних потоків випромінення. Для досягнення поставленої
мети вирішувались такі задачі:

Проведення досліджень і створення наукових та інженерних основ
розроблення та проектування нового класу випромінювачів фотомедичних
приладів.

Розроблення випромінювачів фотомедичних приладів з новими механізмами
керування випромінювальними характеристиками.

Розроблення принципів побудови та створення
розрахунково-експериментальної бази екологічно чистих
катодолюмінесцентних випромінювачів для медичних приладів опромінення
особливо термочутливих і температурозалежних біооб’єктів.

Розроблення методів і засобів підвищення ефективності, стабільності та
якості випромінювачів фотомедичних приладів і систем.

Проведення медико-технічних досліджень, випробувань та апробацій
розроблених структур випромінювачів нового класу у фотомедичних
приладах, впровадження їх у перспективних напрямках практичної медицини.

Об’єкт досліджень — динамічні процеси утворення, перетворення і
скерування випромінення некогерентних оптичних випромінювачів та
приладів новітних фотомедичних технологій на об’єкти
лікувально-діагностичного та іншого медичного призначення.

Предмет досліджень — структури та елементи некогерентних оптичних
випромінювачів нового покоління фотомедичних приладів
діагностично-лікувальних та інших медичних технологій.

Методи досліджень базуються на загальних положеннях теорії джерел
випромінювання, світлових, опромінювальних, електронних та іонних
приладів, методах математичного та фізичного моделювання, зокрема,
методах електричних сіток вузлових потенціалів, електрогідродинамічних
аналогій, електричних, фотометричних та спектральних вимірювань.

Достовірність та обгрунтованість результатів забезпечується коректністю
проведених розрахунків, моделювань, експериментальних досліджень і
медико-технічних апробацій структур та елементів, перевіркою
функціонування виготовлених пристроїв.

Наукова новизна одержаних результатів.

Сукупність досліджень та отриманих результатів даної дисертаційної
роботи є новим напрямком розвитку медичних приладів та систем –
створення класу некогерентних випромінювачів зосередженої дії та
фотомедичних приладів нового покоління на їх основі з керованою
динамікою характеристик оптичного випромінення біовпливових ділянок
спектра для новітніх фотостимуляційних та фотоінформаційних технологій
медичного застосування. Наукова новизна полягає у тому, що:

Створено новий клас моделей некогерентних випромінювачів, який враховує
динаміку світлоутворення, обумовлену виявленими особливостями
внутрішнього променерозподілу при керованих змінах параметрів, що
дозволило на основі встановлених закономірностей та одержаних
результатів моделювання розширити можливості та визначити науково
обгрунтовані принципи вдосконалення випромінювачів, приладів і систем у
розглянутих областях застосування та розповсюдити їх для інших галузей
медицини.

Уточнено модель класу випромінювальних тіл, яка, на відміну від відомих
моделей, враховує, разом з осьовою силою світла та корисним кутом
випромінення, розрахунково-експериментальні та довідникові дані
аналогів, а також апріорні параметри відбиваючих поверхонь, на підставі
чого розроблено наукові основи проектування широкого класу
випромінювачів фотомедичних приладів і систем.

Удосконалено математичні моделі випромінювачів різних класів із
врахуванням заданих медичними вимогами розподілів опроміненості
біооб’єктів або рівнів її нерівномірності в зоні опромінення,
особливостей променерозподілу для складних відбиваючих поверхонь і
реальних випромінювальних тіл та виявлених закономірностей внутрішнього
струморозподілу у вперше запропонованих для медичного застосування
катодолюмінесцентних випромінювачах.

Теоретично обґрунтовано запропоновані принципи стабілізації випромінення
на принципах керованої локалізації конденсату продуктів розпилення
теплових та просторової фіксації розрядно-плазмових випромінювальних
тіл. На основі виявлених закономірностей і чинників утворення
дестабілізуючих процесів в теплових та люмінесцентних випромінювачах
удосконалено підхід до розв’язання наукової задачі покращання
відтворення програм стимуляційних та інформаційних медичних технологій.

Практичне значення одержаних результатів. Більшість результатів наукових
досліджень на запропонованих принципах побудови некогерентних
випромінювачів широкого класу медичних застосувань покладено в основу
впроваджених розробок та розповсюджено для приладів різних медичних
галузей;

запропоновано на основі уточнених моделей некогерентних випромінювачів
широкого класу експериментально перевірені методики і рекомендації для
їх раціонального проектування, які враховують необхідні рівні
інтенсивності та зосередженості променистих потоків в зонах опромінення,
експериментальні характеристики та довідникові дані аналогів і дозволили
реалізувати задані медичними вимогами розподіли, рівні нерівномірності
та стабільність опромінення, яка покращує відтворення програм
стимуляційних та інформаційних медичних технологій, а також
прискорювати, уточнювати та спрощувати розрахунки;

запропоновано із застосуванням моделей динамічного променеутворення
рекомендації для розроблення нового класу випромінювачів з керованою
динамікою характеристик випромінення та способи і окремі запатентовані
автором пристрої, що дозволили створити стимуляційні режими опромінення
у відповідності до медичних програм і скоротити тривалість фотомедичних
технологій, зокрема, на 20% для личкувально-реставраційних робіт в
ортопедичній стоматології;

на основі розвинення моделі автоемісійного збуджувача люмінофорів
створено розрахунково-експериментальну базу та застосовані у досліджених
патентно чистих конструкціях рекомендації щодо розробок екологічно
чистих катодолюмінесцентних випромінювачів для приладів безнагрівного
опромінення біооб’єктів підвищеної термочутливості;

розроблено експериментально перевірені впроваджені рекомендації, за
якими реалізовано підтверджені винаходами принципи багаторазового
діафрагмування внутрішніх світлових потоків, що у 1,5 рази підвищує
вихідну потужність без збільшення габаритів світловодних приладів;
використання для зубопротезувальних термопластичних матеріалів
зосередженого і розсіяного випромінення, що зменшує його втрати до
одиниць % і, тим самим, енергоспоживання приладів; порівняння динамічних
характеристик електричного опору та електрооптичних показників
випромінювальних тіл для розроблених пристроїв їх неруйнівної
дефектоскопії.

запропоновані методи реалізовані у впроваджених пристроях
світлорегулюваня та спектрокорекцій дозволяють практичним лікарям
розширити діапазон об’єктів світлодіагностики і, тим самим, номенклатуру
захворювань і забезпечити, у порівнянні з рентгено- та УЗ-діагностикою,
мобільність і екологічність процесу, та при лікуванні, не перериваючи
робіт у ротовій порожнині, оптимізувати спектри фото полімеризаторів,
зокрема у випадках неконтрольованих змін характеристик випромінення та
спектрів поглинання фотоотверджувальних стоматологічних матеріалів,
створюючи, таким чином, додатковий медико-технологічний ефект.

Освоєння методів проектування, технологічних процесів та виготовлення
приладів мало місце на дослідному заводі НУ „Львівська політехніка”, НВО
„Наука” (м. Київ) та Львівському АТ “Завод радіоелектронної медичної
апаратури”. Серед них: впроваджені у медичних установах до 2004 р.
фотомедичні прилади для галузей стоматології, отоларингології та
гематології. Практичне значення одержаних результатів підтверджується
даними технічної та клінічної апробації дослідних зразків розроблених за
результатами дисертації та актами впровадження розробок у медичних
установах. Клінічні дослідження на біооб`єктах було проведено на
рандомізованих вибірках обстежуваних осіб.

Результати роботи використовуються у навчальному процесі Національного
університету “Львівська політехніка”, зокрема, в розроблених автором
курсах фахових навчальних дисциплін “Медична електроніка”, “Прилади
електромагнітного випромінювання в медицині та біології”, “Електронні
опромінювальні прилади” та “Фотонні та електронно-іонні прилади в
біомедицині” для студентів 4 і 5 курсів та магістратури спеціальності
“Фізична та біомедична електроніка”, у підготовці дипломних та
магістерських робіт, у навчальних виданнях: навчальному посібнику
Кожухар О.Т. „Електронні опромінювальні прилади (прилади некогерентного
оптичного опромінення для фотонних технологій)” ,ч. 1. Львів: “Омега” –
1999. 101 с., конспектах лекцій „Медична електроніка (методи, апаратурні
принципи та засоби)”, ч. 1 та 2., -НУ “ЛП”, -Львів: -2002, -2003. -232
с. разом, 15 виданих НУ “ЛП” одноосібних методичних вказівок разом на 97
с.

Особистий внесок здобувача. Основні ідеї і розробки, які виносяться на
захист, належать авторові. У наукових працях, написаних у співавторстві,
дисертантові належать: принциповий підхід, методика, математична модель
[11-17], принцип, математична модель, методика та інтерпретація
результатів [18-21], принцип побудови,одержання експериментальних даних
та їх інтерпретація [19, 22, 23, 33], принциповий підхід, фізична
модель, дослідження, висновки [22, 23,25, 27-30], принцип побудови та
частково результати досліджень [26, 31, 32, 34].

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи та результати
досліджень доповідалися, обговорювалися та отримали схвальний відгук на:

67 Міжнародних та республіканських наукових конференціях, симпозіумах
та семінарах у 1997-2004 рр., зокрема: Міжн. н.т. конф.
«Світлотехніка-95», (Тернопіль, 1995), — 2-а Міжн. н.п. конф.
«Управління енерговикористанням», (Львів, 1997), — 2-а н.т. конф.
«Нетрадиційні методи діагностики та лікування», (Київ, 1997), — Міжн.
НТК «TSET~98» «Сучасні проблеми засобів телеком., комп`ютерної інженерії
та підг.спец.», (Львів, 1998), — Міжн. н. т. конфер. “Проблемы
физической и биомедицинской электроники”, (Київ, 1998), — 2 Internat.
Simp. on The Microelectronics Technologies and Microsystems, (Lviv,
1998), — Міжн. н.п. конф. «Актуал. проблеми стоматології. Нові
технології та методики» (Львів, 1998), Intern. Workshop on The Vacuum
Microelectronics (Darmstad, Germany, Wroclaw, Poland, 1999), — YII
Internat. Conf. “Swiatlowody i ich Zastosovanie, (Krasnobrod, Poland,
1999), — 4 Internat.Simpoz. on The Microelectronics Technologies and
Microsystems” (Germany, Zwickau, 2000), — Міжнар. н. т. конф. з
Оптоелектронних Інформaційних технологій “Photonics-ODS-2000” (Вінниця,
2000), — International Conference on Modeling and Simulation, MS 2001,
(Lviv, 2001), — 5 International Symposium on the Microelectronics
Technologies and Microsystems (Pitesti, Romania, 2001), — 6
International Symposium on the Microelectronics Technologies and
Microsystems (Lviv, 2002), — Міжнар. н. т. конф. з Оптикоелектронних
Інформaц. технологій “Photonics-ODS-2002” (Вінниця, 2002), — 8 Intern.
Symposium on the Microelectronics Technol. and Microsystems (Lviv,
2004).

22 науково-технічних конференціях НУ“Львів. політехніка” з 1977 по 2005
р.р.

Публікації. За результатами виконаних у дисертаційній роботі досліджень
опубліковано 93 (у тому числі 17 одноосібних) статті у журналах,
збірниках наукових праць, матеріалах науково-технічних конференцій та
отримано 4 патенти України на винаходи. З цих наукових праць у фахових
виданнях опубліковано 37 робіт, 14 одноосібних, 21 у співавторстві з
аспірантами та студентами, 8 з науковим консультантом, 42 виданнях
наукових конференцій, у 7 виданих проспектах розробок та виставок
колишніх Української РСР та СРСР у 22 опублікованих описах 18 авторських
свідоцтв колишнього СРСР, 4 патентах на винаходи України та Росії, 2
направлених заявках на винаходи та 17 звітах по темах науково-дослідних
робіт.

Структура й обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається зі
вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 241
найменування та додатків, які підтверджують впровадження основних
результатів роботи і в яких наведені алгоритми та програми математичного
забезпечення досліджень, параметри моделей об’єктів, використаних при
проведенні досліджень. Повний обсяг роботи – 362 сторінки, у тому числі
319 сторінок основної частини.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі обгрунтовано актуальність дисертаційної роботи для практичної
медицини і медичного приладобудування України та її зв’язок з науковими
програмами та темами, сформульовано мету і задачі досліджень, викладено
наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено
дані про рівень апробації та кількість публікацій за тематикою виконаних
досліджень, відомості щодо особистого внеску автора та структури
дисертації.

У першому розділі в результаті аналізу літературних джерел виявлено, що
розвиток нових фотомедичних технологій, а останнім часом створюваних на
їх основі більш ефективних фотостимуляційних, фотоінформаційних та
фотобіорезонансних технологій, викликає необхідність у розробленні
принципів вибору існуючих та створенні нового покоління некогерентних
випромінювачів. Вони, у відповідності до новітніх медичних програм,
повинні забезпечувати ефективне керування зосередженими біовпливовими
променистими потоками, що в напрямку створення фізичних та
конструкторсько-технологічних основ таких випромінювачів вимагає
проведення комплексу теоретичних та експериментальних досліджень для
розв’язання наступних питань:

виявлення та встановлення меж впливу не врахованих раніше чинників на
характеристики випромінювання для формування принципів, моделей, методів
і створюваних на їх основі методик раціонального вибору, розроблення і
проектування некогерентних випромінювачів фотомедичного призначення;

уточнення та розвинення математичних моделей просторових характеристик
променистих потоків класу інтегрованих некогерентних випромінювачів для
розроблення методик їх проектування і підвищення якості у їх
виробництві;

створення методів та засобів керування динамікою характеристик
випромінення з використанням їх у розробках некогерентних випромінювачів
зосередженої дії з динамічними променистими потоками і приладів на їх
основі для новітних стимуляційних та інформаційних фотомедичних
технологій;

реалізація нових можливостей альтернативних випромінювачів на принципі
катодолюміненсценції та створення окремих конструкцій електроних
збуджувачів люмінофорів з відповідним технологічним забезпеченням;

розроблення методів стабілізації потоків випромінення та принципів
створення високостабільних некогерентних випромінювачів та елементів їх
технологічного забезпечення ;

формулювання принципів будови та технічної реалізації теплових,
розрядно- плазмових та напівпровідникових випромінювачів для
забезпечення медико-технічних вимог і застосування у приладах
перспективних галузей медицини;

розроблення, виготовлення і проведення технічних випробувань та
медико-біологічних апробацій запропонованих випромінювачів і приладів на
їх основі.

У другому розділі приведено результати досліджень теоретичних питань,
розвинення і вдосконалення розрахунково-аналітичних методів і методик та
уточнення математичних моделей некогерентних випромінювачів (НВ) для
фотомедичних приладів. Так, для створення наукових основ проектування
основних компонентів НВ, з метою підвищення ефективності їх застосування
у фотомедичних приладах запропоновано уточнену модель випромінювальних
тіл (ВТ) за умови максимального використання первинного потоку
випромінення (ПВ), тобто за критерієм максимуму вихідного ПВ ВТ ФеВТмакс
При заданих потужності споживання, необхідній кривій сили випромінення
КСВ (Iе?), допустимих габаритах і температурі модель дозволяє визначати
параметри ВТ та інших елементів. Вона комплексно враховує особливості
променеутворення, обумовлені вимогами забезпечення, як осьової сили
випромінення Iе??, так і корисного кута випромінення ?р, одночасно,
узгоджуючи тим самим характерні у відомих підходах протиріччя між цими
вимогами. Одночасно у моделі враховуються на певних формалізованих
етапах результати фізичного моделювання, параметри промислових аналогів
ВТ і апріорної відбивальної поверхні, а також особливості, що обумовлені
втратами ПВ внаслідок екранування допоміжними елементами, та окремі
емпірічні значення.

Так, за умови забезпечення ?р відповідний ПВ ВТ Ф!еВТ визначається з Iе?
без урахування КСВ ВТ IеВТ??

,

де ФеВВ — ПВ, що утворює В і визначається Iе? та ?р, ? — коефіцієнт
пропускання розсіювача, ??- коефіцієнт відбивання, ?со,?ш, ?е – частки
ПВ, скеровані відповідно у випромінювальний отвір, на штенгель та на
електричні вводи.

— за зональним методом, де k — коефіцієнт втрат; Ac — площа
випромінюючої частини в осьовому напрямку з урахуванням сумарних втрат
ПВ, ?L — коефіцієнт переходу від відносних одиниць до кд/м2 ; n – число
кільцевих зон В, що випромінюють у напрямку ?,; Iе?B – розподіл
випромінювання попередньо обраного ВТ у відносних одиницях; G??-
коефіцієнт цінності зони; А?BT — площа проекції контуру ВТ на заданий
напрямок ? ;

.та з неї Ф«еВТ , а за порівнянням одержаних Ф`еВТ та Ф«еВТ —
найбільше значення, тобто ФеВТмакс і через нього — необхідні параметри
ВТ.

Для оптимізації профілів відбиваючих поверхонь (В) запропоновані
уточнені та модернізовані математичні моделі, що враховують особливості
перерозподілу випромінення для реальних ВТ і елементів оптичної частини
та типової для медичних приладів сумірності їх розмірів. Це викликає
необхідність, замість прийнятого у відомих моделях застосування
замісників ВТ, що відображають лише їх середню частину, враховувати їх
повні параметри. Оскільки використання в моделях лише середньої частини
ВТ хоча і дає можливість одержання досить рівномірного розподілу
опроміненості в зоні опромінення та спрощення вибору профілю В, проте,
участь у променеутворенні значної частини поверхні ВТ не враховується.
Не враховуються також розміри та просторове розташування зон
опромінення, узгодження з вимогами і обмеженнями щодо необхідних
розподілів опроміненості або допустимих рівнів її нерівномірності,
компонування та габаритів медичних приладів даного застосування. Тому
ідеалізовані спрощені моделі не дозволяють у розробках НВ
використовувати повністю первинні променисті потоки та можливості їх
регулювань і корекцій. У зв’язку з цим було запропоновано моделі НВ, що
містять невраховані раніше вищезазначені особливості.

, з використанням метода половинного ділення модель дозволяє визначати
координати профілю В:

при розподілі опроміненості в зоні опромінення:

,

, модель дозволяє визначити координати профілю В:

.

, що відповідає сангігієнічним вимогам, зокрема у галузі стоматології.

На підставі запропонованих моделей та розроблених на їх основі
алгоритмів, за результатами проведених розрахунково-аналітичних
досліджень для НВ фотомедичних, передусім стоматологічних приладів з
еліпсоїдними, еліпсо- та параболоподібними профілями відбиваючих
поверхонь (В) і компактними ВТ розроблені методики та рекомендовані
аналітичні вирази для визначення сили випромінення, енергетичної
яскравості та опроміненості в залежності від параметрів В у заданому
діапазоні варіацій їх профілів. На основі уточнення моделі та одержаних
за методом ітерацій з багатоваріантними комп’ютерними оцінками
результатів моделювання сформульовані рекомендації щодо оптимізації НВ з
розрядно-плазмовим ВТ медичного застосування. Вони були використані,
зокрема, для розроблення фотомедичного програмно керованого приладу
серії ОСМ із металогалогенним ДВ потужністю 200 Вт для стоматологічних
технологій.

, де ? – сумарний коефіцієнт втрат, Lji та Wji- відповідно, яскравість
та площа проекції елемента ji. Модель та створені на її основі методика
та алгоритм поглиблює наукові основи розробок та розширює можливості
проектування, передусім, нових керованих НВ.

Модернізовано модель, в які уточнено перебіг теплообмінних процесів між
НВ та навколишнім середовищем, що дозволило встановити найбільш
ефективні теплові режими теплорозсіювальних елементів і використати це у
впроваджених світловодних стоматологічних приладах. Моделювання з
використанням методу ітерацій дозволило встановити і запропонувати
експериментально перевірені аналітичні співвідношення для визначення
параметрів тепловідвідних елементів, що дає можливість значно підвищити
вихідну оптичну потужність приладів.

Урахуванням в моделі НВ особливостей променерозподілу в різних зонах
створюваного НВ опромінення, виявлено і експериментально підтверджено,
що використанням комбінованого, тобто одночасно розсіяного та керованого
сконцентрованого випромінення можна підвищити коефіцієнт використання
первинного ПВ ?, а, тим самим, енергоекономічність приладу. На відміну
від відомих моделей з ?,=0,236, у запропонованій моделі НВ з
комбінованим променерозподілом корисний променистий потік може бути
значно вищим, а теоретичні втрати не перевищувати одиниць %. За
уточненою моделлю просторово-часової залежності температури зони
термоформування термопластичних матеріалів запропоновано
експериментально підтверджена залежність динамічної температури в зоні
термообробки від параметрів і режимів НВ. Одержані рекомендації були
використані у розробленій методиці розрахунку та у впроваджених
фотомедичних приладах зубопротезувальних технологій формування.

Аналіз запропонованих моделей та результатів моделювання дозволив
виявити особливості променеутворення, що виникають в НВ із сумірними
розмірами ВТ, зокрема, при певних співвідношеннях d та l із розмірами
відбиваючої поверхні. Особливості проявляються у динаміці
випромінювальних характеристик під дією чинників, викликаних певними
контрольованими змінами геометричних параметрів НВ, що і було враховано
при створенні запропонованих моделей. Так, модель поперечних змін ??
просторового розподілу ПВ з кутовою координатою ? при видовженнях або
скороченнях ВТ +? l дає наступне уявлення про динаміку цих змін:

Дія повздовжнього зміщення ВТ +?f (для практичних випадків?f=?0,3мм
та??f=?0,6мм) на динаміку КСВ аналогічна дії повздовжньої аберації В і,
згідно з запропонованою моделлю, визначається залежністю

Проведені моделювання і одержані аналітичні залежності дозволили довести
працездатність моделі і розробити програмно забезпечений алгоритм
визначення динамічних КСВ. За зональним методом він здійснює цикл оцінки
Іе? зони до значень ???max та перехід до наступної зони при виході з
цього циклу за умови ???max. Розмір масивів, зокрема, розподілів
яскравості визначається кількістю зон: n=??max /??? за ? для конкретних
ВТ.

Рис. 1. Динаміка КСВ при зміні f на 0,5 мм (1 — f=4 мм, 2- f=3.5 мм, 3
— f=3 мм).

Моделювання показало, що навіть незначна зміна f при осьових зміщеннях
ВТ викликає помітні і достатні для практичного застосування деформації
КСС (рис. 1). Це призводить до зміни опроміненості в зоні та її площі.
Так, встановлено, що при осьовому зміщенні ВТ на 33% Ее0 змінюється на
87%. Відповідно до даних, одержаних для розробок НВ видимого діапазону
це відповідає зміні освітленості від 92 до 174 клк при зміщенні ВТ на 1
мм. Крутизна динамічної характеристики складає S=??Eo/??f = 82 клк/мм, а
глибина запропонованого на основі даної моделі методу керування
становить М=(Еomax-Eomin /(Еомах+Eomin)100%. Після підстановки значень
вона складає М = (82/266)100% =30%. Це суттєво перевищує мінімально
необхідне значення для фотостимуляційних медичних технологій (М?20%).

, сягає приблизно 20%, тобто відповідає необхідному рівню, прийнятому у
фотостимуляційних медичних технологіях. На основі моделі можуть
розроблятись медичні прилади і системи з динамічними характеристиками,
що дозволяють одержувати на поверхні біооб’єкта фотостимули нового типу
з більшою ефективністю.

, де C1, C2 – константи, розподіл опроміненості вздовж оптичної осі
пропонується оцінювати за виразом

,

.

.

осьове збільшення скаладає M0 = 6,4. Встановлені обмеження щодо
можливостей запропонованого методу, наприклад, для типових розміріів
ВТ, наприклад, 5 х 2мм, його граничне зміщення dFгр не повинне
перевищувати 4мм. Виявлена закономірність пояснюється тим, що при dF >
dFгр відбувається різке збільшення енергетичних втрат ПВ, яке полягає у
зменшенні активної площі В і, таким чином, ПВ на оптичній осі.

, де E0 – початкова освітленість; d — діаметр світловода. Для
динамічного амплітудного керування НВ запропоновано модель
оптоелектронного світлорегулятора, що, на відміну від традиційних,
вимагає значно менших напруг керування U. При виявлених співвідношеннях
міжелектродних відстаней d та радіусів заокруглення електродів r для
регуляторів цього класу зі сталою Кера В на основі моделі одержані
спрощені залежності, з яких можна визачати кут повороту площини
поляризації ?х та напруженість електричного поля Ех:

.

Створена математична модель керованих катодолюмінесцентних НВ нового
класу з автоемісійними збуджувачами як екологічно чистої альтернативи
ртутним фотолюмінесцентним НВ у фотомедичних технологіях для особливо
термочутливих об’єктів, зокрема, температурозалежної крові у
гематологічному фотоферезі. Неврахованими раніше особливостями моделі є
вплив на перерозподіл струмів у збуджувані керуючого або т.з.
витягуючого електрода. На основі моделі одержані залежності напруженості
електричного поля та струмів на колекторі і на витягуючому електроді з
урахуванням напруги на аноді Ua, від параметрів збуджувача:

.

,

.

Проведене моделювання дозволило одержати необхідні для розробок
запропонованих мікроелектродних збуджувачів залежності, одну з яких
ілюструє рис. 2, та встановити межі застосування рекомендацій. Так,
показано, що діапазон керування колекторним струмом, а, таким чином,
потоком випромінення збуджуваного люмінофора НВ, становить 0,05 – 0,5
мА. Збільшення керуючої напруги U на 40 В при міжелектродній відстані
d=4 мкм призводить до сильного зростання анодного струму — від 0,01 до
1 мкА.

мікрокомірки від міжелектродної відстані d при R: 1 – 0,6 мкм; 2
— 1 мкм; 3 — 2 мкм; 4 — 4 мкм.

(рис.3) та встановлено можливість керування потоком випромінення у
межах 30 — 1100 мВт зміною напруги на витягуючому електроді в межах
60-110 В.

.

Запропоновано для стабілізації випромінювальних характеристик теплових
НВ новий принцип, оснований на скеруванні локалізації розпилених
матеріалів внутрішніми екранами. З урахуванням особливостей фізичних
процесів, що забезпечують цей ефект та обмеження негативного впливу
екранів на променеутворення запропоновано відповідну модель НВ.

Рис.3. Залежності потоку випромінювання від напруги на витягуючому
електроді автоемісійного збуджувача Uв при d: 1 — 4 мкм; 2 — 5 мкм; 3 —
6 мкм.

і може не враховуватись в інженерних задачах.

Для стабілізації випромінювальних характеристик розрядноплазмових НВ,
яку визначає, передусім, просторова стабільність ВТ, на підставі аналізу
фізичних процесів у навколокатодній області, а саме особливостей
утворення катодної плями, яка визначає просторове розташування ВТ,
запропоновано новий принцип. Він полягає у тому, що для стабілізації
положення катодної плями, як емітера електронів, і, таким чином, для
стабілізації ВТ, на дні порожнинного катода передбачається виступ з
вершиною радіуса r та довжині конусної частини l з конусністю ?.
Створена з урахуванням цих особливостей модель та проведені на її основі
багатоваріантні моделювання за прийнятими в теорії електротехніки
методами, аналізом картин електричного поля, ймовірних траєкторій
електронів та на їх основі прогнозованих положень катодних плям
рекомендовано для розробок запропонованих катодів з діаметром d та
глибиною порожнини h наступні співвідношення: r/d = 0,2 – 0,3 h/d=3 –
4, ?=40-60?, l=(0,8-0,9)d.

У третьому розділі приведено методику, техніку та результати
експериментальних досліджень. Так, проведена серія комплексних
досліджень методами фізичного моделювання випромінювальних та
електричних характеристик ВТ разом із запропонованою технікою
моделювання за одержаними результатами дала можливість створення
експериментальної бази даних для підтвердження запропонованих основ,
математичної моделі і створеної на її основі універсальної методики
раціонального проектування класу інтегрованих НВ для фотомедичної
апаратури.

Розроблене оригінальне устаткування для фізичного моделювання, яке, на
відміну від відомих, дозволяло проводити вимірювання просторових
розподілів сили випромінення І(е?)у кількох меридіональних площинах ?
(рис. 4) та яскравості ВТ у вакуумі, не гіршому за (2…5)·10 –5 мм рт.
ст. (рис. 5).

Рис. 4. КСС теплового ВТ у площинах ?: о — ?=00, ? – ?=450, ? — ?=900.

B, ккд/м2

l, мм

Рис. 5. Розподіли яскравості по довжині l ВТ для:

1 – ? = 00, 2 – ? = 450, 3 – ? = 900

Вперше дослідження електричних вольтамперних характеристик (ВАХ) ВТ
проводились у знімному відкачуваному об’ємі при запропонованих для
уникнення теплового розпилення ВТ понижених напругах. Одержані
результати та виявлені закономірності у формуванні початкових ділянок
ВАХ дефектних ВТ (рис.6) показали відмінності їх від нормованих ВАХ. Це
вказує на можливість застосування цієї особливості для створення методу
неруйнівної дефектоскопії ВТ.

Проведення комплексу експериментальних досліджень, спрямованих на
виявлення найбільш ефективних методів керування потоками випромінення НВ
дозволило за допомогою вперше розробленої для даного застосування
техніки фізичного моделювання за методом обертових сегментів перевірити
адекватність математичних моделей та одержаних теоретичних залежностей
характеристик променеутворення від розмірів та просторової орієнтації
ВТ.

Рис. 6. Узагальнені ВАХ бездефектних — ? та дефектних — ? ВТ.

Так, з експериментальних КСВ НВ із змінною довжиною ВТ l=15+3 мм
встановлено динаміку КСВ І(е?), що характеризується змінами корисного
кута випромінення ?р у межах + 1° на рівні 0.9Іе0.

За допомогою створених моделей НВ із врахуванням динамічного
променеутворення одержані залежності площі зон створюваного ними
опромінення від довжини ВТ ??A/Ao=f(?l/l) та А=f (l) ( рис. 7). Із
залежностей, які підтвердили

Рис. 7. Експериментальні залежності площі опромінення від керованих змін
довжини ВТ для моделей НВ з динамічним променеутворенням.

th &

n

hL7`

(

*

,

.

0

2

4

?

I

?

????????

O

O

Oe

O

U

Ue

oe

o

u

ue

O

AE#

&

O

O

$

O

O

&

O

hL7`EHuyOJPJQJ

O

H

L

®

°

u

ue

th

ooeaoeaoeoeaoTHUTHUTHUTHITHUTHA???ATHA?›‘ATHA?„zATHUs

O

??? що дозволяє рекомендувати запропонований метод для створення нових
фотостимулів динамічного опромінення в приладах і системах
стимуляційних, рефлексотерапевтичних та інформаційних фотомедичних
технологій.

).

Рис.8. Зміна осьового розподілу опроміненості при плавній зміні довжини
ВТ.

Результати дослідження моделей повздовжньо-просторового керування ПВ, що
враховують динаміку променеутворення при дискретних змінах довжини ВТ
способом комутаціії його частин показані на рис.9. Виявлені помітні
втрати ПВ при осьовому переміщенні максимуму розподілу в зоні
опромінення, що знаходиться на відстані 35 мм, на відстань 75 мм (криві
P1 і P2) та обмеження максимальної частоти комутацій для різних
амплітудних значень струмів ІMAX через частину ВТ, яка знаходилась у
першому фокусі В (рис.9).

Рис. 9. Зміна осьового розподілу ПВ при дискретній зміні довжини ВТ (P1,
P2, P3).

Граничною частотою рекомендовано вважати таку частоту Fв, при якій
амплітуда А імпульсу ПВ відповідала рівню 0,7 амплітуди при частоті
пульсацій 1 Гц (рис. 10). Встановлено, що залежність максимальної
частоти імпульсів Fв ПВ від струму через ВТ для практичних випадків
можна вважати лінійною, і хоча для більшості медичних програм
інформаційних технологій Fв у більшості становить порядку 10 Гц, її при
необхідності, навіть у випадку теплових ВТ, можна підвищити у 4 рази
збільшенням струму ВТ на 37,5 %.

Одержані результати дозволяють при розробках вибирати робочі режими НВ у
залежності від спектрального діапазону, потужності та частоти та
відкривають можливість створення на основі одержаних рекомендацій
лікувально-діагностичних НВ нового класу з повздовжніми фотостимуляціями
опромінюваних зон.

Рис. 10. Частотні характеристики ПВ при різних струмах ВТ( зліва
направо:

.

Проведено фізичне моделювання характеристик різноманітних дволанкових
світловодних структур НВ з керованою динамікою світло утворення. В
моделях керуючими чинниками,були: повздовжнє і поперечне зміщення;
повздовжнє і поперечне відхилення центра вхідного вікна світловода від
фокуса В — ?f1пр, ?f1п, ?f2пр, ?f2п; неспіввісність вхідного і
вихідного світловодів (кут між осями ?=0) — l; неспіввісність за рахунок
непаралельності осей (??0) – ?; зміна відстані між торцями світловодів –
?l та ширини щілини діафрагми — а (рис. 11). Одержані результати
дозволили виявити найбільш дійові способи керування з чинниками Е(?l),
E(?) та Е(а), і вперше реалізувати у впроваджених стоматологічних
приладах створений за винаходом автора пристрій світлокерування.

Рис. 11. Відносні зміни освітленості на виході дволанкової світловодної
системи при змінах 1-?f2п, 2-?f2пр, 3-?m, мм, 4-? ?0, 5-?a, 6-?f1п,
7-?f1пр , 8-?l, мм.

На підставі результатів проведених досліджень залежностей інтенсивності
та просторового розподілу ПВ від змін відстані між світлодіодом і
медичним світловодним джгутом і положення місця та кута його згину та
виявлених при цьому закономірностей запропоновані рекомендації для
створення методів керування світловодно-світлодіодними НВ. Встановлено
лінійну залежність вихідного ПВ від положення місця згину та межі кута
згину 15…35о (20…100%) для створення динаміки змін вихідного ПВ до 80%
для більшості фотолікувальних методик.

Результати досліджень залежностей просторових характеристик ПВ від змін
положення або еквівалентних їм комутацій ДВ світловодно-світлодіодних
структур НВ, проведених за схемою (рис. 12) представлені у вигляді
сукупності ліній опроміненості однакового рівня, які отримуються, якщо
тримірна поверхня, що характеризує залежність E(X,Y), перетинається
рядом взаємопаралельних площин (рис. 13).

Рис. 12. Структурна схема дослідження просторових характеристик ПВ
світловодно-світлодіодних структур: 1 — джерело електроживлення; 2 —
вхідне вікно світловода; 3 – ДВ; 4 – зона вимірювання поперечного
розподілу випромінювання; 5 — вихідне вікно світловода; 6 – фотоприймач;
7 – пристрій мікропереміщення фотоприймача 6 у напрямках (X і Y); 8 –
вимірювальний прилад.

Показано, що форми поперечних розподілів ПВ суттєво залежать від
зміщення ВТ відносно оптичної осі, а рівень максимуму опроміненості
майже не змінюється, що дає можливість проводити керування просторовими
характеристиками практично без втрат (рис. 13).

Аналізом результатів досліджень доведені високі можливості принципово
нового запропонованого методу формування різноманітних форм просторового
(поперечного) розподілу ПВ, що може використовуватися при модернізаціях
існуючих або розробках нових світлодіодних медичних засобів з новими
фототерапевтичними властивостями.

Виявлені за результатами комплексних досліджень особливості в
залежностях спектральних характеристик різних типів ДВ від напруги
живлення та UДВ. Для визначення можливостей практичного застосування
методів керування ПВ теплових НВ на підставі виявлених особливостей
експериментальних характеристик встановлені межі UДВ та потужності
споживання Р, при яких зсув спектра випромінення не перевищує 20%
(рис.14), а зсув максимуму випромінювання в межах 20% від (500 до 640
нм) відповідає зміні напруги на випромінювачі приблизно на 10%. При
глибоких змінах максимум спектральної характеристики зсувається з 520 нм
(при UДВном) до 720 нм (при UДВ=5В, UДВ= 0,42UДВном).

Рис. 13. Залежності просторового розподілу ПВ світловодно-світлодіодної
системи НВ від просторового положення ДВ у площині вхідного вікна
світловода.

, де k = 140 кд/В. Крутизна характеристики для цього діапазону
становить

Рис.14. Спектральні характеристики теплових НВ при різних значеннях
напруги живлення: ?-12В, ?-11В, ?-9В, ?-7В, *-5В.

. Для розрядних НВ залежність опроміненості зони від UДВ також
рекомендовано вважати лінійною.

За результатами досліджень спектральних характеристик НВ з розрядними
короткодуговими компактними металогалогенними ДВ нових фотомедичних
приладів виявлені закономірності, що виявляються у селективних змінах
інтенсивності смуг ПВ в області фотоотвердження реставраційних
стоматологічних полімерних композитів. Встановлені межі запропонованих
змін UДВ, що, внаслідок внутрішнього перерозподілу галогенідів, метали
яких утворюють відповідні смуги ПВ, змінюють його спектр (табл.1).

Таблиця 1

Зсув максимуму спектра металогалогенного ВТ при зміні напруги.

Напруга на ДВ, В

Потужність, ВА

Струм розряду,

А

Відносні інтенсивності випромінення для довжин хвиль.,%

589нм 535нм 410нм

70 500 7,2 100 337 009

60 120 2,0 100 63 014

На основі одержаних результатів встановлені і вперше рекомендовані для
розробок НВ фотомедичних приладів режими динамічного керування
спектральними характеристиками і керованих спектральних корекцій ПВ.
Зокрема, це може використовуватись у приладах стоматологічного
фотоотверджування для оптимізації їх спектрів, наприклад, у випадках
вимушених замін фотополімеризаційних матеріалів або непередбачених змін
спектральних характеристик НВ в процесі реставраційних та личкувальних
робіт у ротовій порожнині.

Для експериментальної перевірки запропонованого метода і моделі
стабілізації просторового положення розрядно-плазмових випромінювальних
тіл проведено фізичне моделювання електричних полів катодів. Для
порівняння складних форм електродів розрядно-плазмових ДВ високого
тиску, в тому числі, запропонованої конфігурації порожнинного катода з
конусним виступом висотою L на дні порожнини, кутом конусності ? і
радіусом r вершини на дні порожнини з внутрішнім діаметром d. Розроблена
модель відображала катодний півперіод роботи розрядно-плазмових ДВ
високого тиску. Моделювання здійснювалося за допомогою розвиненого для
поставлених завдань методу ЕГДА для плоских перерізів чотирьох
порівнюваних типів катодів, у тому числі порожнинних катодів
запропонованої конфігурації. За одержаними картинами поля типу
представленої на рис.15 встановлено, що для катодів запропонованої
конфігурації величина напруженості електричного поля при вершині виступу
з певним радіусом заокруглення значно зменшується з збільшенням глибини
її занурення h, починаючи з рівня 0,3 d.

Рис. 15. Структура порожнинного катода запропонованої конфігурації з
конусним виступом висотою L, кутом конусності ? і радіусом r вершини на
дні порожнини з внутрішнім діаметром d та діаметром заокруглення кромки
d1 та експериментальна картина електричного поля в його робочій частині.

Рис 16. Картини полів порожнинних катодів відомої та запропонованої
конфігурацій.

Для порівняння результатів проводилось моделювання за допомогою
вдосконаленого методу електролітичної ванни, який має перевагу в тому,
що провідним середовищем є не плоский папір, а електропровідна рідина
із властивостями електроліту. Це дозволило створити об’ємну модель і,
таким чином, здійснити об’ємне моделювання і для підвищення його
точності збільшити моделі до розмірів 1,5*3 м (рис.16).

За проведеним аналізом одержаних результатів сформульовані рекомендації
для розробок запропонованих порожнинних катодів типових
розрядно-плазмових ДВ фотомедичного застосування з підвищеною
стабільністю випромінення (табл.2).

Зазначеними методами проведено моделювання електричних полів розглянутих
у 2.4 автоемісійних мікроелектродних збуджувачів альтернативних
катодолюмінесцентних НВ та запропонованих стабілізаційних
електростатичних екранів теплових інтегрованих ДВ. Одержані результати
підтвердили правомірність запропонованих математичних моделей і
теоретичних оцінок і, таким чином, можливості технічної реалізації
запропонованих рішень.

Таблиця 2

Рекомендовані параметри запропонованих катодів РДВ.

Потужність ДВ (Вт) Діаметр кромки порожнини d1,(мм) Занурення

h,(мм) Радіус иступу

r,(мм) Конусність

?,(?)

125 0.8 2?7 10-2 2 10-3 30?45

250 0.9 4?8 10-2 2?3 10-3 30?45

400 0.9 5?10 10-2 3 10-3 45?60

1000 1.0 1?1.6 10-1 3?5 10-3 60?70

Для перевірки математичних моделей та одержаних аналітичних виразів
досліджувались характеристики розроблених вакуумних автоемісійних
збуджувачів катодолюмінесцентних НВ. Емітери та витягуючі електроди
виготовлялись з вольфраму, нікелю або графіту і мали радіуси вершин
(5…100)?10-4 см.. Для їх виготовлення та забезпечення надмалих
міжелектродних відстаней (0,5…20)?10-4 см використовувались
модифіковані для поставлених завдань методи електрополірування та
електрооплавлення. Дослідження ВАХ, одна з яких є представленою на
рис.17, проводились у вакуумі 10-7 мм. рт. ст при відносно невисоких
густинах емісійного струму.

Рис.17. Типова ВАХ експериментального автоемісійного збуджувача.

А.У ДВ із запропонованою схемою керування і стабілізації з опорною
напругою 200 В амплітуда коливань струму зменшується більш ніж на
порядок. На основі аналізу нових можливостей показано перспективи
запропонованого катодолюмінесцентного НВ у якості альтернативи ртутним
фотолюмінесцентним випромінювачам існуючих приладів опромінення крові,
наприклад, для приладів гематологічного фотофереза.

У четвертому розділі наведено принципи будови, приклади технічної
реалізації на запропонованих у попередніх розділах методах та результати
лабораторних випробувань розробок теплових і розрядноплазмових
фотомедичних НВ різних діапазонів довжин хвиль стоматологічного,
отоларингологічного та гематологічного призначення. Приведений опис та
результати медико-технічних досліджень та випробувань окремих розробок,
зокрема: світловодних фотомедичних приладів підвищеної вихідної
потужності із запропонованими багатоелементними теплорозсіювачами та
оптимізованими стосовно підвищення енергетичної ефективності та
рівномірності опромінення параметрами оптичної частини, одно- та
багатоголівкових інфрачервоних НВ для термоформування при
зубопроотезуванні з суміщеною дією в робочих зонах зосередженої та
розсіяної складових випромінення для підвищення енергоекономічності,
зручності та екологічності.

Так, для запропонованого НВ стоматологічного фотоотвердження з
программно керованими у відповідності до періодичності процесів
утворення полімерів і, таким чином, отвердження типових
фотокомпозиційних стоматологічних матеріалів випромінювальними
характеристиками рекомендовані частоти та тривалості фотостимулів:
2,0-5,0 Гц та 0,1-0,2 с.

Для перевірки запропонованого методу і моделі струмового керування
просторовим розподілом ПВ за допомогою змін профілю спеціально
розробленої керованої динамічної відбивальної поверхні для об’ємного УФ
опромінення фотокомпозиційних зубопротезувальних стоматологічних
матеріалів був створений експериментальний взірець, схема якого разом із
схемою випробувань представлена на рис. 18.

Одержані характеристики розподілу оптичної потужності у площині зони
обробки та часові залежності тривалості фотополімеризації типових
стоматологічних фотокомпозиційних матеріалів підтвердили дієвість
за-пропонованого метода об’ємного опромінення та ефективність
рекомендованої динаміки його просторових характеристик.

З наведених у табл. 3 результатів можна зробити висновок, що, у
порівнянні з існуючим, запропонований динамічний режим фотоотвердження,
за рахунок створюваного даним режимом в об’ємі опромінюваного об’єкта
просторового фотостимуляційного ефекту і впливу його на процес зшивання
мономерів у полімер, значно скорочують тривалість досягнення ним
твердого стану. Результати випробувань показали, що при при
запропонованій просторовій фотостимуляції на частотах f=1/? тривалість
повного твердіння композита становить 300 с, де ?- складає 0,1-1 с, а
одержане скорочення процесу полімеризації може перевищувати 20 %.

Рис. 18. Структура УФ-полімеризаційного НВ об’ємного динамічного
опромінення : ДВП- динамічна відбивальна поверхня, ДВ — джерело
випромінювання, ВЧ –вимірювальна частина, ФП — фотоприймач, НО —
нейтральний (послаблюючий) фільтр.

Табл. 3

Динаміка отвердження фотокомпозита (М – м’який, Н/Т – напівтвердий,

М/Т – майже твердий, Т– твердий стани).

Тривалість опромінення, с 60 120 180 240 300 360

Стан

без фотостимуляції Н/Т Н/Т Н/Т Н/Т М/Т Т

Стан

при фотостимуляції Н/Т Н/Т Н/Т М/Т Т

Для підвищення ефективності фотомедичної технології термоформування
зубопротезних моделей і розробки відповідних рекомендацій щодо вибору
режимів проводились лабораторні випробування розроблених НВ.
Результатами випробувань для трьох найчастіше вживаних марок модельних
восків із температурами розм’якшення 331 К, (338…343 К) і (343…353 К)
встановлено недоцільність збільшення швидкості термообробки за рахунок
підвищення напруги. Показано, що з причин зміщення спектральних
характеристик галогенних ДВ у короткохвильову область при підвищенні
напруги зростає частка світлового потоку, що знижує внаслідок
розбіжності спектрів випромінення та об’єкта відносну ефективність його
взаємодії з воском. Експериментально встановлено, що для більшості
галогенних ДВ ефективна термообробка стоматологічних восків може
проводитися в режимах 20…80 % від номінальної напруги. Виявлено, що
нижня межа напруги з температурою ВТ, нижчою за 1573 К не забезпечує
термообробку глибинних шарів матеріалу, а регулюванням напруги на
випромінювачі та віддалі до об’єкта можна суттєво покращити результати
термоформування. Для підвищення ефективності і зручності користування на
підставі результатів досліджень запропоновані, виготовлені і впроваджені
різноманітні стоматологічні прилади фотоформування та фотоотвердження.

Проведено перевірку теоретичних принципів стабілізації випромінення НВ
виипробуванями у форсованих режимах із збільшеними струмами ВТ
запропонованих теплових інтегрованих НВ підвищеної стабільності з
внутрішніми екранами із скерованим електричним полем. Результати
випробувань показали, що швидкість зменшення сили випромінення упродовж
роботи запропонованих НВ, у порівнянні з відомими, є значно меншою
(рис.19). Таким чином, забезпечується більш тривала стабільність
випромінення, чим підтверджено правомірність запропонованих принципів та
одержаних рекомендацій щодо розробки стабілізуючих елементів і режимів.

Рис.19. Зменшення у часі сили випромінювання відомих (перший зліва
графік) та запропонованих конструкцій НВ.

Здійснено апробацію розроблених на основі запропонованих методів
патентно

Рис. 20. Часові залежності електричного опору R= f(t) еталонного і
дефектного випромінювальних тіл теплових НВ.

чистих засобів неруйнівної дефектоскопії випромінювальних тіл та інших
дротяних елементів НВ, основаних на науково обґрунтованих та
експериментально виявлених відміненнях ВАХ дефектних виробів та
збільшення у зонах дефектів кута повороту площини поляризації в
електрооптичних речовинах.

Визначено, що, згідно першого запропонованого методу, який, на відміну
від відомих, враховує динаміку змін електричного опору ВТ теплових НВ,
вона, наприклад, у вигляді представлених часових залежностей (рис.20)
повинна аналізуватися за результатами вимірювань лише після відімкнення
ВТ від електричного живлення.

У пятому розділі приведено результати впровадження розробок та
експериментальних досліджень і випробувань, виконаних автором (табл. 4).

У додатках приведено акти впровадження розробок автора, опис алгоритмів
та програм моделювання, а також результати і протоколи випробувань
розробок та інформаційно-рекламні матеріали експонатів, що
демонструвались на виставках.

Таблиця 4

Окремі впроваджені розробки та їх медичний ефект.

1.Фотомедичні світловодні малогабаритні прилади типу ОСМ із світло
регулюванням, в тому числі, за існуючими медичними програмами

Для діагностики та лікування стоматологічних захворювань, створення
оптимальних умов при маніпуляціях у порожнині рота. Медичний ефект —
розширення номенклатури медичних об’єктів та галузей світло діагностики,
у порівнянні з нерегульованими малопотужними аналогами, підвищення
екологічності та мобільності, у порівнянні з приладами рентгено- та
УЗ-діагностики, понад 20% скорочення тривалості реставраційних та
личкувальних робіт в ортопедичній стоматології.

Впроваджено у Львівській обласній стоматологічній поліклініці та
Львівському національному медичному університеті ім. Данило Галицького.
Підприємство — виробник зразків та серії — Дослідний завод НУ “Львівська
політехніка”

2.Фотомедичні малогабаритні апарати типу НСМГ світлопроменевої
термообробки стоматологічних матеріалів Для оптичного термоформування в
тиглі і на шпателі зубопротезувальних моделювальних восків і інших
стоматологічних матеріалів. Медичний ефект – розширення номенклатури
стоматологічних виробів та послуг, підвищення енергоекономічності
термоформувальних технологій зубопротезування та екологічної чистоти
зуботехнічних лабораторій у порівнянні з існуючими газополум’яними
термоформувальними приладами. Впроваджено у Львівській обласній
стоматологічній поліклініці та Львівському національному медичному
університеті ім. Данило Галицького. Підприємство — виробник зразків та
серії — Дослідний завод НУ “Львівська політехніка”

3.Гематологічні фотофератори, адаптовані

до переливання крові Для фотоферезу при лікуванні ТКЛШ. Медичний ефект
— скорочення до 50% експозиції, спрощення, здешевлення,
енергозбереження, відсутністю нагрівання крові, у порівнянні з
приладами.. типу „Ізольда”. Впроваджено в Інституті патології крові та
трансфузійної медицини АМН України

ВИСНОВКИ

В результаті виконаних автором теоретичних та експериментальних
досліджень отримано нові рішення науково-прикладної проблеми створення
основ побудови нового класу некогерентних випромінювачів з динамічними
амплітудно-просторовими та спектральними характеристиками для широкого
класу фотомедичних приладів лікувально-профілактичного та діагностичного
призначення, у тому числі для фотостимуляційних фотоінформаційних та
інших нових медичних технологій. Результати, отримані в дисертаційній
роботі, доведено до практичної реалізації та впровадження.

За результатами досліджень можна зробити наступні висновки:

Виявлено в результаті аналізу інформаційних джерел невраховані
особливості та обґрунтовано підходи щодо вибору для медичного
застосування некогерентних випромінювачів різних механізмів
променеутворення та спектральних діапазонів. Показано, що існуючі
моделі, методи та методики проектування випромінювачів, а також принципи
їх раціонального вибору не враховують при реалізації перспективних
медичних технологій важливих чинників впливу на характеристики
випромінення Це вимагає уточнення та вдосконалення математичних моделей
випромінювачів, створення на їх основі методів і засобів керування
динамікою променеутворення та забезпечення стабілізації випромінення,
пошуку альтернативних випромінювачів для медичних технологій з
відсутністю нагрівання опромінюваного біооб’єкта та екологічної
небезпеки, розвинення наукових основ, принципів побудови та на їх основі
розроблення, виготовлення і проведення медико-технічних апробацій
теплових, люмінесцентних та напівпровідникових випромінювачів для
перспективних галузей медицини;

Створено новий клас моделей випромінювачів динамічного променеутворення
з урахуванням контрольованих змін параметрів, що на підставі
запропонованих методів керування динамікою випромінювальних
характеристик, зокрема, у винаходах автора (пат. 29165 А та 35400 А
України), дозволило розробити випромінювачі нового покоління з
динамічним просторовим розподілом випромінення. Завдяки можливості
реалізації ними спеціальних фотостимуляційних режимів вони дозволяють
скорочувати тривалість експозиції, наприклад, при
личкувально-реставраційних роботах у галузі ортопедичної стоматології
більш як на 20%, у порівнянні з існуючими фотомедичними приладами
аналогічного застосування, що зменшує тривалість стоматологічних послуг
і енергоспоживання

Уточнено, з одночасним урахуванням заданих осьової сили світла,
корисного кута випромінення, експериментальних, довідникових та
апріорних даних аналогів, а також модернізованих методів зворотного ходу
променів та перехресного формування зображень моделі випромінювачів
широкого класу фотомедичних приладів. На цій основі розроблено
універсальну методику раціонального проектування класу інтегрованих
теплових випромінювачів та розвинуто узагальнене аналітично –
експериментальне забезпечення з комплексом інженерних алгоритмів
оптимізації профілів відбиваючих поверхонь теплових та
розрядно-плазмових випромінювачів медичних приладів із заданими
характеристиками опромінення різних галузей застосування, що спрощує і
скорочує розрахунки.

Запропоновано на основі уточнення моделей реалізовані у впроваджених
патентно чистих розробках принципи багаторазового діафрагмування
внутрішніх променистих потоків, що дозволило у 1.5 рази збільшити
вихідну потужність при незмінних габаритах діагностично-лікувальних
світловодних приладів та принцип одночасності використання інфрачервоних
потоків керованого зосередженого та розсіяного випромінення в зоні
формування зубопротезувальних термопластичних матеріалів, що дозволило
зменшити втрати первинного променистого потоку до одиниць % і,
відповідно, енергоспоживання та, порівняно з газополум’яними аналогами,
екологічну небезпеку.

Розроблено і вперше запропоновано для приладів опромінення біооб’єктів
особливої термочутливості, зокрема, крові у гематологічному фотоферезі,
моделі, розрахункові методики та алгоритми, а також рекомендації для
розроблень та експериментальні взірці автоемісійних збуджувачів
альтернативних катодолюмінесцентних випромінювачів, що дозволяють більш
як на порядок знизити робочі напруги та усунути притаманні існуючим
фотолюмінесцентним випромінювачам негативні чинники нагрівання
біооб’єкта та наявності ртуті,.

Розроблено методи стабілізації випромінення на принципах скерованого
дією запропонованих внутрішніх елементів та електричних полів
перерозподілу продуктів розпилення, що збільшує термін забезпечення
стабільності інтегрованих теплових випромінювачів для покращання
відтворення ними медичних програм більш як удвічі, та принципі
просторової фіксації розрядних випромінювальних тіл люмінесцентних
випромінювачів унаслідок концентрації електричних полів у катодних
порожнинах запропонованої конфігурації. За результатами моделювання та
розрахунково-експериментальних досліджень розроблено рекомендації для
проектування запропонованих стабілізуючих елементів та порожнинних
катодів.

Розроблено на основі запропонованих моделей, методик і рекомендацій
виготовлено та апробовано некогерентні випромінювачі та медичні прилади
на їх основі стоматологічного, педіатричного, гематологічного та
отоларингологічного призначення, медико-технологічний ефект яких
підтверджено результатами експериментальних досліджень, протоколами
випробувань та актами впровадження.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМАТИКОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Кожухар О.Т. Особенности катодолюминесцентных автоэлектронных источников
излучения. // Светотехника. -№ 6 – 1981. – С. 8-9.

Кожухар О. Т. Характеристики эмиссионных узлов вакуумных
электронно-лучевых источников света // Вестник ЛПИ
Электроэнергетические. системы. -№ 234. -1989. -С.52-54.

Кожухар О. Т. Перспективи застосування некогерентних оптичних
випромінювачів у низькоінтенсивних фотомедичних технологіях. // Вісник
НУ “Львів. політехніка”. Елементи теорії та прилади твердотілої
електроніки. -№ 512, -2004. -С. 79-82.

Kozhuchar A. The current characteristics of the field emission
microelements // Вісник НУ “Львів. політехніка”. Елементи теорії та
прилади твердотілої електроніки. -№ 510, -2004. -С. 32-26.

Иващук В.А., Кожухар О.Т. Оптимизация эксплуатационных характеристик
осветит.- диагностических устройств // Вестник ЛПИ Электроэнергетич.
системы. -№ 244. -«Свит» -Льв.-1990. -С. 62-65.

Iващук В.А., Кожухар О. Т. Про температуру у робочій зонi оптичних
концентраторiв для нових екологiчно чистих технологiй // Вiсник ЛПI
Електроенергет. та електромех. системи -№25З. –Льв. –1991. -С. 45-48.

.Демина И.Е, Кожухар О.Т., Форофонтов И.П. Об управлении
высокоэффективными источниками излучения // Вестник ЛПИ Теплоэнергет. и
электромех. системы. -N184- 1984. . — С. 51-53.

Кожухар О.Т., Скорик В.И. Влияние дефектов в производстве источников
света // Светотехника. -№ 11. -1986. -С.25-26.

Кожухар О.Т., Омельяненко Ю.Б. и др. Установка для формирования катодных
узлов и тел накала. // Вестник ЛПИ Теплоэлектроэнергет. и электромех.
системы. -№ 183. – 1983. – С. 61-64.

Кожухар О.Т Омельяненко Ю.Б., Синюта Ю.А. Оптимизация на ЭВМ
эмиссионного узла катодолюминесцентного источника света //
Светотехника. -№ 12. -1985. -С. 21-23.

Кожухар О.Т., Омельяненко Ю.Б., Добко И.М. Энергоэкономич. источник
излуч. // Вестник ЛПИ Электроэн. и электротехн. системы. -№ 184–1984.–С.
51-53.

Кожухар О. Т., Синюта Ю.А., Смирнов А.Б. Моделирование на ЭВМ
светораспределения тел накала // Вестник ЛПИ Электроэн. и
электротехнические системы. -№ 21З. -1987. -С. 82-84.

Кожухар О.Т., Литвинов В.С. Скорик В.И., Смолянский М.Ф. О
рационализации проектирования ламп — фар // Светотехника -№ 8. -1984 –
С. 19-20.

Кожухар О.Т., Колесниченко Ю.В., Омельяненко Ю.Б., Синюта Ю.А. О
перспективах развития катодолюминесцентных источников излучения //
Вестник ЛПИ Электроэнерг. и электротех. системы. -№ 194.–1985. – С.
38-42.

Кожухар О. Т., Колесниченко Ю.В., Синюта Ю.А.. Исследование
электрических характеристик ламп-фар // Вестник ЛПИ. Электроэнерг. и
электротех. системы. -№ 213 –1987. -С. 31-34.

Кожухар О. Т., Макеев В.Ф., Иващук В.А. Улучшение показателей
светолучевых осветительных, диагностических и лечебных световодных
устройств // Медицинская техника. -№1. -М.: -1992. -С. 19-22.

Кожухар О. Т., Макеев В.Ф. Регулировка освещенности в стоматологических
осветительно-диагностических устройствах со световодами // Медицинская
техника. -№3. –1988. – С. 17-22.

Кожухар О. Т., Омельяненко Ю.Б. Математич. модель для оптимизации
тепловых режимов светолучевых освет., диагностических и технологических
аппаратов. // Вестник ЛПИ Электроэнерг. и электротехн системы. -№224
-1988, — С.52-57.

Кожухар О.Т., Чучман І.Р., Pатушний Т.Р. Дослідження поздовжньо-простор.
стимуляційного ефекту в приладах світлопроменевих технологій // Вісник
ДУ “Львівська політехніка” Електроніка -№ 357. -1999. -Р.Р. 28-33.

Кожухар О., Чучман І. Оптичні характеристики випромінювача з дискретно
керованою довжиною випромінювального тіла для фотостимуляційної
квантової терапії // Вісник ДУ “Львів. політехніка” Електроніка. -№
401, -2000. -С. 38-41.

Kozhuhar O.T., Chuchman I.P., Slezіn I.O. Model of debactericidal
ultraviolet radiator with discharged plasma radiated body // Вісник
НУ”ЛП” Елементи теорії та прилади твердотільної електроніки –2002. -№
458. -С. 198-202.

Kozhuchar A., Ratuchnyj T., Kalita W. Piezoceramic stabilization and
controlling in the field emission microelectronic devices // Techn.
Digest. -Wroc.Tech.Univer.Press, Poland. -1999. – Р.99-101.

Gotra Z., Kozhuhar O., Chuchman I., Ruzhila V. Optical space
dіstribution of the lightguide radiator for phototreat. apparatures, //
SPIE. -Vol.44-25-28.-2001.-Р.Р.148-152.

Kozhuhar O.T., Chuchman I., Ratuchnyj T. New possibilities of optical
radiators for electrotherapy. //Medical & Biological& Engineering &
Comput., Vol.37, Sup.2, part 1. Vienna Austr. 1999. -Р.Р.724-725.
www.univec.ac.at .

Gotra Z., Kozhuhar O., Tkachenko O. The field emission microelectrode
system for vacuum optiс. sources without heat radiation //Technical
Digest.-Wroc.Tech.Univ.Press. Poland. -1999. -Р. -115-117.

Kozhuchar O.T., Sljezin I.. Modeling of the discharge radiated sourse
electrodes for photo therapeutic devices // Технічні вісті.
-2001/1(12), 2(13). –ОУIТ. -Льв.-С. 29-32.

Готра З.Ю., Кожухар О. Т., Чучман І.Р. Створення фотостимулів
некогерентного випромінювання у приладах оптичного лікування // Сб.
науч. трудов «Электроника и связь» по матер. Міжн. наук. техніч. конфер.
“Проблемы физической и биомедицинской электроники”. в. 4. ч.2. –Київ.:
НТУУ “КПИ”, -1998. -С. 344-347.

Пат. 29165A України МКИ 6А61N5/06 Світлолікувальний пристрій: / Кожухар
О. Т., Чучман І. Р.- № 9801036; Заявл: 20.01.98. Опубл.:15.10.00, Бюл. №
8, 29.12.99, Бюл. № 5-11, 16.10.00 –4 с., іл.

Пат. 2020379 РФ, МКИ F 21 V19/02. Устройство для юстировки источника
света // Кожухар О. Т. № 4898782 Заявлено 02.01.91; Опубл. 30.09.94.
Бюл. № 18.

Стоматологический осветитель: А.с. 1412769 СССР МКИ A 61 C 19/00 //
Макеев В.Ф., Кожухар О.Т. (СССР) — № 4076880; Заявлено 10.06.86; Опубл.
30.07.88. Бюл. № 28. – 2с.

Устройство нагревания медицинского инструмента: А.с. №1707434 СССР МКИ F
24 C 7/00 // Кожухар О.Т., Макеев В.Ф. (СССР) — № 4775470; Заявлено
27.12.89; Опубл. 23.01.92 Бюл. № 3.

Катодолюминесцентный источник света.: А.с. 1504690 СССР, МКИ H 01 J 63
/ 06/ Кожухар О. Т., Омельяненко Ю. Б. – (СССР) № 4280269/24-07;
Заявлено 07.07.87.; Опубл. 30.08.89. Бюл. № 32.-2 с.

Макеев В.Ф. Кожухар О. Т. Термообработка стоматологических материалов
направленным излучением // Межвуз. сб. научн. трудов “Лечебно-оздор.
действие оптического излучения” -Морд. гос.ун-т. -Саранск. -1987. -С.
144-149.

Кожухар О.Т., Смолянский М.Ф. К вопросу математического моделирования
зеркальных круглосимметричных поверхностей со спиральными телами
накала// Межвуз. сб. науч. трудов “Светотеx. и источники света” -Морд.
гос.ун-т. –Саранск -1982 — С.139-144.

Кожухар О.Т. Моделирование эмиссионных ячеек катодолюминесцентных
источников света // Межвуз. сб. науч. трудов “Человек и свет”.– Саранск:
Морд. гос.ун-т. –1983. – С. 99-100.

Кожухар О.Т. К вопросу использования автоэмиссионных микроячеек в
источниках света. // Межвуз. сб. науч. трудов “Светотех. и источ.
света”. — Саранск: Морд. гос.ун-т. – 1982. – С. 9-13.

Кожухар О. Т., Скорик В.И. Увеличение срока службы ламп-фар с помощью
внутренних экранов: Межв. сб. научн. трудов “Светотехника, источники
света и технология их производства” Морд. ун-т, Саранск. –1990.
-С.48-54.

Кожухар О. Т., Макеєв В.Ф. Нові розрядні оптичні випромінювачі в
стоматологічній світлоотверджувальній техніці // Зб. матер. міжн.
науково-практич. конференції «Актуальні проблеми стоматології. Нові
методики та технології.» – “ГалДент”- Львів. –1998. -С. 68-70, співавтор
– медичний співвиконавець.

Gotra Z., Kozhuchar A., Kalita W. Light quide medical devices with a
controlled irradiation. Proceedings of the Intern. YII Conference
“Swiatlowody i ich zastosov.” // -Lubl. Poland. –1999. – Р.Р. 450-452.

Kozhuhar O.Т. Optoelectronic microcell as element of control.
non-coher. Irradiator // Proceeding of the Intern.Symposium on
Microelectronics technolog. and Microsystems». -Lviv. –1998. -Р.Р. 261 –
263.

Kozhuhar O.Т. Technology of microelectrode forming for controlled
fluorescent irradiator // Proceeding of the Intern. Symposium on
Microelectronics Technologies and Microsystems». –Lviv. -1998. –Р.Р. 264
– 266.

Кожухар О.Т. Електронні опромінювальні прилади (прилади некогерентного
оптичного опромінення для фотонних технологій). Навч. посібник. – ч.1.
-Львів: “Омега” – 1999. -101 с.

Кожухар О. Т. Возможности светолучевых концентраторов в воздействии на
активные точки кожного покрова человека // Тез. докладов Всесоюзной
науч. конф. по эксперим. психологии. –Львов. 1988. Льв. Ун-т. — С.
138-139.

АНОТАЦІЯ

Кожухар О.Т. Некогерентні випромінювачі з просторово зосередженими
керованими потоками діагностично-лікувального застосування. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за
спеціальністю 05.11.17 – біологічні та медичні прилади і системи. –
Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2005.

Дисертацію присвячено питанням створення нових і розвитку існуючих
методів при розробках та дослідженнях спеціалізованих некогерентних
випромінювачів з керованими актинічними оптичними потоками для
фотомедичних приладів і технологій. Основна концепція роботи грунтується
на єдності теоретичних, алгоритмічних, конструктивних і технологічних
аспектів розв’язку задач забезпечення медико-технічних режимів,
формування характеристик потоків випромінення, стабільності
функціонування та якості компонентів випромінювачів. Запропоновані на
нових принципах методи моделювання, комплексна експериментальна база та
банк даних для створення наукових основ раціонального проектування
випромінювальних тіл класу інтегрованих теплових випромінювачів.
Сформульовано принципи та умови вибору параметрів променистих потоків,
розвинуто математичні моделі, аналітичні вирази і алгоритми для
оптимізації компонентів основних класів фотомедичних випромінювачів.
Уточнені теоретичні принципи на виявлених закономірностях формування
просторового розподілу променистих потоків для розробки моделей
випромінювачів з динамічним променеутворенням та ефективних методів
внутрішнього та зовнішнього керування. Запропоновані методи і аналітичні
вирази та метод регулювання і стабілізації для автоемісійних
катодолюмінесцентних мікроелектронних систем нового класу безртутних
нетеплових випромінювачів. Запропоновані методи та визначені параметри
елементів, що забезпечують часову стабільність та спектрокорекцію.
Розкритий та обгрунтований вибір конструктивно-технологічних базисів.
Наведено результати виконаних за допомогою розкритих теоретичних
аспектів і розроблених математичних моделей та підтверджених при
проведенні медичних та технічних випробувань, досліджень, що
демонструють істотне покращення показників функціонування таких
об’єктів.

Ключові слова: біомедичний об’єкт, некогерентний випромінювач,
фотомедичний прилад, випромінювальне тіло, потік випромінювання, катод,
автоелектронна емісія, фотофератор, стерилізатор.

АННОТАЦИЯ

Кожухар О.Т. Некогерентные излучатели с пространственно сосредоточенными
управляемыми потоками диагностическо-лечебного применения. — Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по
специальности 05.11.17 биологические и медицинские приборы и системы.
Национальный университет “Львивська политехника», Львов, 2005.

Диссертация посвящена вопросам создания новых и развитию существующих
решений при разработках и исследованиях специализированных некогерентных
излучателей с управляемыми актиническими оптическими потоками для
фотомедицинских приборов и технологий. Основная концепция работы
основывается на единстве теоретических, алгоритмических, конструктивных
и технологических аспектов решения задач обеспечения медико-технических
режимов, формирования характеристик потоков излучения, стабильности
функционирования и качества компонентов излучателей в промышленном
производстве. Предложенные методы моделирования, в частности, для
создания научных основ рационального проектирования излучающих тел
класса интегрированных тепловых излучателей на новых принципах, которые
заключаются в одновременном учете осевой силы света и полезного угла
излучения, а также экспериментальных и справочных данных аналогов,
априорно выбранной оптической части и адаптированного для
фотомедицинских приборов со сложными оптическими частями метода
обратного хода лучей. Созданы комплексная экспериментальная база и банк
данных для разработанных моделей, а также принципиально новый метод
неразрушающей дефектоскопии для технологического контроля в производстве
высокостабильных излучателей. Сформулированы принципы и условия выбора
параметров лучистых потоков, развиты математические модели,
аналитические выражения и алгоритмы для оптимизации параметров
компонентов основных классов фотомедицинских излучателей. Уточнены
теоретические принципи на виявленых закономерностях формирования
пространственного распределения лучистих потоков для розработки моделей
излучателей з динамическим образованием излучения и еффективных методов
внутреннего и внешнего управления. Предложен метод многократного
диафрагмирования и аналитические зависимости для увеличения мощности
излучения при сохранении габаритов приборов. Выявлена возможность
повышения коэффициента полезного действия за счет одновременного
использования управляемого сосредоточенного и общего рассеянного потоков
излучения для зубопротезных технологий. Уточнены теоретические принципы
и выявлены закономерности формирования пространственного распределения
лучистых потоков. Определены и предложены эффективные методы плавного и
дискретного внутреннего управления лучистыми потоками для
фотостимуляционных и фотоинформационных технологий и оптикомеханические
методы внешнего управления. Предложены в соответствии с разработанной
математической моделью методы и аналитические выражения для оценки
вольтамперних и излучательных характеристик автоэмиссионных
катодолюминесцентных микроэлектродных систем нового класса безртутних
нетепловых излучателей. Предложены для них области напряжений и токов
для стабильных режимов и метод пьезоприводного регулирования и
стабилизации. Предложены новые механизмы, режимы и аналитические
выражения для определения параметров дополнительных экранирующих
элементов, которые обеспечивают стабильность излучения, которая является
необходимой для фотоинформационных медицинских технологий. Выявлены
зависимости стабильности излучения от конфигурации электрического поля в
приэлектродных зонах разрядноплазмовых источников излучения,
сформулированы экспериментально подтвержденные многочисленными картинами
электрических полей принципы и рекомендации относительно выбора
геометрических параметров предложенных катодов. Установлены практические
границы изменений напряжения управления при допустимых отклонениях
спектров излучателей, и предложен метод спектрокоррекции для
стоматологических фотополимеризационных приборов. Раскрыт и обоснован
выбор конструктивно-технологических базисов некогерентных излучателей со
средствами внешнего и внутреннего управления лучистыми потоками для
фотомедицинских приборов, в частности, для диагностических, облицовочных
и реставрационно-протезных работ, информотерапии и обеззараживания.
Особое внимание уделялось разработкам стоматологического назначения
видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, в которых
предложенные средства управления обеспечивали уменьшение длительности и
повышение качества фотомедицинских технологий. Представлены результаты
разработки излучателей широкого класса фотомедицинских приборов,
световодных диагностико-лечебных, фотополимеризационных,
термоформовочных и стерилизационных стоматологических приборов.
Приведены результаты, выполненных при помощи разработанных
математических моделей и подтвержденных при проведении медицинских и
технических испытаний, исследований, которые демонстрируют существенное
улучшение показателей функционирования таких объектов.

Ключевые слова:, биомедицинский объект, фотомедицинский прибор,
некогерентный излучатель, излучающее тело, поток излучения, катод,
автоэлектронная эмиссия, фотофератор, стерилизатор.

SUMMARY

Кozhuchar О.Т. Uncoherent radiators with spatially concentrated
controled streams of diagnostical-treatmental application. —
Manuscript.

The thesis on competition of a scientific degree of the Doctor of
Technical Science behind a speciality 05.11.17 Biological and medical
Devices and Systems. — National University “Lviv Polytechnic”, Lviv,
2005.

The thesis is devoted to creation new and development of existing
methods of attached to elaborations as well as researches of specialised
uncoherent radiators with controled actinic optical streams for
photomedical devices and technologies. A basic work conception is based
on the unity of theoretical, algorithmic, structural and technological
aspects of guaranteeing tasks decision of medical and technical
routines, forming of radiation streams descriptions, functioning
stability and radiators components qualities. Design methods on new
principles, a complex experimental base and a data bank for theoretical
base of rational designing of a class radiated bodies of integrated
thermal radiators has been offered. Principles and parameters selection
conditions of radiant streams, the mathematical models, analytic
expressions and algorithms for components parameters of optimization of
basic classes photomedical radiators were formulated. Theoretical
principles conformities to natural laws of forming of spatial
distribution of radiant streams for development of radiators model with
a dynamic light creating and effective methods of internal and external
control were specified and exposed. Effective methods of smooth and
discrete and external inlying management by radiant streams are defined
and offered. After worked up by mathematical simulation methods,
analytic expressions and method of control and stabilization for field
emission cathode luminescence microelectrode systems of new class
nonmercury and nonthermal radiators were offered. The methods and
definite parameters of elements providing its temporal stability and
spectrum correction been offered. Brought and grounded selection to
light of structurally-technological bases.

The researches results, obtained using opened theoretycal aspects
developed mathematical models and confirmed by the medical and technical
tests, which show substantial improvement of parameters of such objects
functioning are given.

Key words: biomedical object, photomedical device, noncoherent radiator,
radiated body, stream radiation, cathode, field emission,
photopherator, photosterilizator.

PAGE \* Arabic 2

Похожие записи