Устройство для контроля интенсивности облучения поверхностей

Устройство для контроля интенсивности облучения поверхностей
И.С. ЛИТВИНОВ, М.В. МОШНИН, А.Н. ЗАЙЦЕВ, З.И. МОШНИНА
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИНТЕНСИВНОСТИ
ОБЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Для лечения ряда кожных заболеваний активно применяется фототерапия. Световое облучение активизирует многие процессы в организме, повышает неспецифическую резистентность организма и иммунитет, оказывает противовоспалительное, анальгезирующее и антиаллергическое
действие. В фототерапии используют солнечный свет или свет с определёнными длинами волн от
искусственных источников, таких, как лазеры, светоизлучающие диоды, флуоресцентные лампы, а
также источники яркого видимого света для целей фотодинамической терапии.
Известно, что для получения терапевтического эффекта необходима степень облучения поверхности, достаточная для получения терапевтического воздействия и не вызывающая ожоги.
Получаемая пациентом доза облучения зависит от мощности источника излучения, его расстояния
до поверхности кожи и длительности светового воздействия. В фототерапевтических установках
при проведении процедуры заданными остаются только мощность источника и время облучения,
тогда как расстояние до отдельных поверхностей частей тела изменяется. Это означает, что получаемая пациентом доза облучения может не соответствовать той, которую предписал врач.
Целью настоящего исследования явилось изучение зависимости интенсивности освещения
поверхностей от расстояния до источников света и изготовление макета фототерапевтической
установки, поддерживающего постоянную интенсивность облучения поверхности в модельной
системе.
Материалы и методы исследования. В качестве образцов использовали люминесцентную
лампу для ПУВА-терапии CLEO Performance 40W SLV/25, λ = 320–400 нм, лазерную указку
Turboblast 200 мВт, λ = 650 нм, светодиод BL-BZ43V4V, λ = 400–550 нм.
Измерение интенсивности света у поверхности облучаемых образцов регистрировали при
помощи калиброванных фотодиодов:
1) УФ-Радиометр «ТКА-ПКМ», Россия. Диапазон измерений 10–40000 мВт/м2. Предел допускаемой основной относительной погрешности ± 16,0 %.
2) люксометр «ТКА-ЛЮКС», Россия. Диапазон измерений освещенности 1–200000 лк. Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения освещенности ± 6,0 %.
Для всех источников света были проведены измерения освещенности поверхности листа
бумаги в диапазоне расстояний 20–300 см. Расчет дозы облучения проводили следующим образом: доза = I × t , где I – интенсивность света, t – время фотоэкспозиции.
Для изготовления устройства, поддерживающего постоянную интенсивность облучения поверхности в модельной системе, были выбраны:
дальномер Bosch DLE 50 Professional с диапазоном измерений 5…5000 см и точностью измерений: ± 1,5 мм при наличии режима непрерывного измерения;
ИК сенсор SHARP GP2Y0A02YK0F (состоит из импульсного лазера и детектора излучения)
с диапазоном измерения расстояний 20…120 см, точностью измерений 1 см при наличии режима
непрерывного измерения.
Результаты и обсуждение. Известно, что количество попадающего на облучаемую поверхность света обратно пропорционально квадрату расстояния между источником и объектом. Для
проверки данной теоретической зависимости для ряда источников света были произведены измерения освещенности поверхности в диапазоне расстояний 20–300 см. Результаты этих измерений
представлены на рис. 1–3.
Как видно из рис. 1–3, для всех типов источников света, за исключением лазера, прослеживается зависимость освещенности поверхности от расстояния до источника. Наиболее близки к
теоретической зависимости (1/r2) показания от светодиода (рис. 3). Скорее всего, это связано с
тем, что геометрия данных источников соответствует точечному источнику света.
Устройство для контроля интенсивности облучения поверхностей
Рис. 1. Зависимость освещенности поверхности от удаленности лампы
CLEO Performance 40W SLV/25 в видимой области спектра
Рис. 2. Зависимость освещенности поверхности от удаленности светодиода
BL-BZ43V4V (управляемого и не управляемого дальномером)
Рис. 3. Зависимость освещенности поверхности от удаленности лазерной указки Turboblast 200 мВт
Показания для лазерной указки (см. рис. 3) также соответствуют теории (интенсивность лазерного излучения определяется формулой p = P/S, где Р – мощность лазерного излучения; S –
площадь лазерного воздействия, а поскольку расходимость лазерного луча очень мала, то данную
величину можно считать постоянной).
Из рис. 1 и 2 видно, что неизменной интенсивность светового потока остается только при
заметном удалении от источника. При этом само значение интенсивности значительно уменьшается, а значит, для того, чтобы это компенсировать, необходимо увеличивать либо мощность источника, либо время проведения процедуры.
Таким образом, при работе в области с неизменной интенсивностью значительная часть световой энергии будет расходоваться впустую. Наиболее логичным решением этой проблемы является уменьшение расстояния между источником и облучаемой поверхностью, но при этом возникает риск значительного увеличения дозы светового облучения.
Устройство для контроля интенсивности облучения поверхностей
Описанный выше недостаток в применяющихся на сегодняшний день установках не позволяет наиболее оптимально использовать световой поток от источника излучения. Для решения
этой проблемы предлагается использовать устройство, которое измеряет расстояние до облучаемой поверхности и после автоматической обработки полученных данных изменяет мощность источника.
Дальномер
Реостат
Источник света
Источник питания
Рис.4. Схема устройства, поддерживающего постоянную интенсивность
светового потока в зоне облучения
Ключевым элементом предлагаемой схемы является устройство для измерения расстояния
от источника света до облучаемого объекта. Поиск дальномера проводился с условием: наличие
известного выходного сигнала. В итоге был найден ИК-сенсор для измерения расстояний SHARP
GP2Y0A02YK0F, который состоит из импульсного лазера и детектора излучения.
Важным элементом схемы является программируемый микроконтроллер ATMega16, выполняющий роль реостата. Он непрерывно считывает выходной сигнал дальномера и после обработки
подает необходимое напряжение на источник света.
Источником света в данном макете является светодиод BL-BZ43V4V. Известно, что люминесцентные лампы не изменяют интенсивность свечения при изменении силы тока, поэтому в качестве объекта для дальнейшего исследования не использовались.
На рис. 2 кривую зависимости освещенности поверхности от удаленности светодиода BLBZ43V4V, управляемого дальномером, можно условно разделить на три части: на участке 20–
40 см линейная зависимость y = const, на участке 40–60 см – линейный спад, обусловленный тем,
что максимальная мощность светодиода ограничена, и, наконец, на участке 60–100 см – линейная
зависимость, также стремящаяся к y = const. Получившийся источник света (на основе светодиода,
управляемого дальномером) имеет две области, в которых освещенность облучаемой поверхности
остается неизменной.
Таким образом, показана принципиальная возможность регулирования интенсивности
освещенности поверхностей с помощью предлагаемой логической схемы. Установлено, что данное устройство может быть использовано для всевозможных источников света за исключением
лазеров. Предлагаемая схема может быть инсталлирована в различные светотерапевтические
установки, не использующие в качестве источника света лазеры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Буйлин В.А., Ларюшин А.И., Никитина М.В. Свето-лазерная терапия. Руководство
для врачей. М.: Триада, 2004.
2.
Конов В.И., Осико В.В., Щербаков И.А. // Вестник РАН. 2004. Т. 74. № 2. С. 32.
3.
Британский дерматологический журнал [Электронный ресурс]: эффективность лечения
синим
и
красным
светом
обыкновенных
угрей
/
Режим
доступа:
http://acne-advice.com/products/beautyskin/british-journal.pdf