Патент на изобретение №2150973

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕКОМЕНДУЕМОГО ВРЕМЕНИ НАХОЖДЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ И ЕГО ВАРИАНТЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к медицине, более точно к медицинской технике, и может быть использовано для определения рекомендуемого времени нахождения человека под воздействием УФ-облучения. Время определяется на основании измерения всего УФ-облучения, достигающего человека, его индивидуальной чувствительности к УФ-излучению. Устройство позволяет определить данные для максимального оздоровительного действия и исключения возникновения отрицательных медико-биологических эффектов (эритемы, старения и рака кожи, катаракты, кератита и др. ). Устройство содержит фотоприемники для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения и коэффициента отражения света кожей, а также приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под действующим УФ-облучением. Фотоприемники могут быть выполнены в виде камер, снабженных светофильтром и светочувствительным экраном с полосами, отградуированными на соответствующие измеряемые величины, или фотопреобразователя УФ-излучения в электрический сигнал. Приспособления с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения могут быть выполнены в виде таблиц или в виде вычислительного устройства и индикатора. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 7 табл., 13 ил.

Изобретение относится к медицине, более точно к медицинской технике, и может быть использовано для определения рекомендуемого времени нахождения человека под воздействием УФ-облучения.

Ультрафиолетовое излучение является важным экологическим и производственным фактором. Реакции человека на его воздействие многообразны и противоречивы. Некоторые из них (образование витамина D, увеличение устойчивости к неблагоприятным условиям окружающей среды и производственным факторам, лечебный эффект при некоторых кожных заболеваниях) улучшают состояние здоровья, другие (ожоги кожи и глаз, старение и рак кожи, иммуносупрессия, катарактогенез) ухудшают его. Вследствие этого исключительно важным является определение для конкретного человека уровней воздействия УФ-излучения, допускающих получение максимального оздоравливающего и лечебного действия при минимуме негативных побочных эффектов, или максимальное исключение вредных эффектов при нахождении под УФ-излучением.

В связи с наблюдающимися в настоящее время изменениями характера поведения населения и истощением озонового слоя стратосферы резко возрастает экологическая значимость естественной ультрафиолетовой радиации. В результате интенсификации межрегиональной миграции для отдыха и перемены места жительства, увеличения свободного времени, распространения открытого стиля одежды, с использованием слабо поглощающих УФ-излучение материалов, наличия производств, в которых применяется УФ-радиация, сформировавшиеся в процессе эволюции адаптивные взаимоотношения между солнечной УФ-радиацией и организмом человека оказались нарушенными. Вследствие этого во всем мире у слабо пигментированных групп населения наблюдается резкое увеличение частоты рака кожи, которая в настоящие время сравнима с суммарной частотой всех других типов злокачественных опухолей. Одновременно отмечается рост заболеваемости рахитом и кариесом у мигрантов из тропических в умеренные широты. В связи с нарастающим глобальным истощением озонового слоя стратосферы прогнозируется дальнейшее увеличение частоты рака кожи и катаракт.

Складывающаяся ситуация делает исключительно актуальной и важной задачу разработки средств определения рекомендуемого конкретному человеку времени нахождения под УФ-радиацией, исходя из интенсивности биологически эффективного УФ-облучения и его индивидуальной чувствительности к УФ-излучению. Указанные рекомендации могут иметь своим следствием лечебный, оздоравливающий или косметический эффекты. Учет индивидуальной УФ-чувствительности необходим, поскольку даже у здоровых людей она может очень сильно варьировать (в крайних случаях почти на порядок), в первую очередь в зависимости от степени пигментированности кожи. Еще более важен учет индивидуальной УФ-чувствительности в случае использования УФ-радиации в лечебных целях. Для обеспечения массового производства и широкого распространения рассматриваемых устройств необходимо, чтобы они были простыми и компактными, не требовали специальных знаний для использования и позволяли непосредственно определить время пребывания под УФ-облучением конкретному человеку.

Для определения времени воздействия УФ-радиации, при котором у конкретного человека возникает тот или иной медико-биологический эффект, принято использовать величины соответствующих биологически эффективных интенсивностей, определяемые путем умножения спектральной энергетической освещенности на характерный для каждого из эффектов спектр действия (относительную спектральную эффективность) с последующим суммированием по всему спектру падающего излучения. При этом эффективность излучения в максимуме спектра действия считают равной единице, а величины биологически эффективных интенсивностей и накопленной дозы выражают в приведенных к максимуму спектра действия значениях.

Поскольку спектры действия для многих медико-биологических эффектов УФ-радиации известны, процесс вычисления можно заменить измерением. Для этого необходимо, чтобы спектральная чувствительность фотоприемника измерительного прибора соответствовала спектру действия УФ-радиации для выбранного эффекта.

В настоящее время в качестве критерия индивидуальной УФ-чувствительности по различным медико-биологическим эффектам используют величины биологически эффективных доз (табл. 1).

Медико-биологические эффекты можно разделить на две группы.

К первой группе относятся эритема, фотосинтез витамина D, а также преждевременное старение и рак кожи, имеющие аналогичные спектры действия и характер зависимости эффекта от степени пигментированности кожи.

Ко второй относятся эффективные дозы для индукции кератита, конъюнктивита, иммуносупрессии, обратимой и необратимой катаракты, являющиеся относительно стабильными и практически единые для всех людей.

В соответствии со степенью врожденной пигментированности кожи и другими связанными с ней этническими признаками кожу человека подразделяют на 6 типов.

Рекомендуемые Международной комиссией по освещенности значения минимальной эритемной дозы (МЭД) для первого типа кожи заключены в пределах 100-150 Дж/м², второго – 150-225 Дж/м², третьего – 200-300 Дж/м², четвертого – 250-375 Дж/м², пятого – 400-600 Дж/м² и шестого – 800-1200 Дж/м². Кроме того, известно, что УФ-чувствительность различных частей тела имеет разные величины.

Таким образом, даже у лиц белой расы врожденная УФ-чувствительность кожи может различаться более чем втрое, ее максимальные вариации превышают порядок. При длительном пребывании на открытом солнце степень пигментированности кожи может возрасти почти на порядок. Необходимо только помнить, что врожденный тип кожи не изменяется в процессе загара, а защитное действие приобретенной пигментации исчезает вместе с ней. Очевидно, что вариации индивидуальной УФ-чувствительности очень велики и существенно превышают вариации чувствительности к другим природным и производственным факторам.

Наличие ярко выраженных вариаций индивидуальной чувствительности к УФ-радиации обосновывает острую необходимость разработки устройств для ее количественной оценки. Количественное определение степени пигментированности и характера ее взаимосвязи с величинами доз возникновения эритемы, преждевременного старения и рака кожи, а также фотосинтеза витамина D позволяет перевести рассматриваемую проблему на качественно новый уровень, сравнимый с нормированием в производственных условиях. Это особенно важно, так как для многих людей (фермеры, дорожные рабочие и т.д.) натурные условия являются также и производственными.

На практике, при естественном солнечном облучении, биологически эффективные интенсивность и дозу разных эффектов УФ-излучения часто характеризуют на основании эритемного спектра действия. Такой подход недостаточно обоснован теоретически, однако он позволяет создать единый масштаб для сравнения показателей УФ-чувствительности и вместо набора приборов, необходимых для измерения биологически эффективных интенсивностей для различных медико-биологических эффектов, можно ограничиться одним фотоприемником, имеющим фотопреобразователь, спектральная чувствительность которого соответствует спектру эритемного действия.

При оценке риска возникновения преждевременного старения и рака кожи по аналогии с производственными нормативами целесообразно регламентировать суточную дозу облучения, исключающую возможность возникновения эффекта при любых характере и длительности воздействия УФ-радиации. В США ее считают близкой к 2/3 МЭД для закрытых участков тела (врожденный тип кожи).

Интенсивность фотобиосинтеза витамина D, также как и величина МЭД, находится в обратной корреляции со степенью пигментированности кожи. Необходимая для компенсации дефицита витамина D доза УФ-излучения составляет около 60 МЭД в год на открытые участки тела.

При однократном массивном воздействии для возникновения непродолжительной местной иммуносупрессии достаточно 3 МЭД. Величина эффективной дозы для индукций иммуносупрессии практически не зависит от степени пигментированности кожи, в связи с чем при оценке риска ее возникновения следует использовать значения МЭД, характерные для слабо пигментированных групп населения, то есть 450-600 Дж/м². В случае однократного первичного облучения у представителей белой расы эритема возникает при меньших дозах, чем иммуносупрессия, однако в условиях повторных воздействий УФ-радиации ситуация существенно изменяется. В то время как величина МЭД растет с увеличением степени пигментированности кожи, эффект иммуносупрессии от нее не зависит и на определенной стадии облучения становится определяющим критерием риска. У интенсивно пигментированных лиц можно наблюдать возникновение иммуносупрессии без эритемы.

Эффективная доза для индукции кератита и конъюнктивита в несколько раз меньше дозы для индукции эритемы, однако из-за интенсивного видимого света люди избегают его прямого действия на глаза (солнцезащитные очки, головные уборы, зонты и т.д.). В связи с этим УФ-излучение, достигающее глаз, меньше величины, попадающей на кожу человека. Поэтому в первую очередь необходимо решить проблему исключения отрицательных медико-биологических эффектов, связанных с кожей человека, в то же время человек должен знать об ограничениях, связанных с прямым попаданием УФ-радиации в глаза, и защитить их.

Из рассмотренных нами изобретений наиболее близкими по решению проблемы определения рекомендуемого времени нахождения под УФ-радиацией являются: авторское свидетельство СССР N 972247, кл. G 01 J 1/58, 1981; патент РФ N 2094820, кл. G 01 J 3/42, 1995; патент США N 4255665, кл. G 01 J 1/58, 1980; международная заявка PCT WO 89/06347, кл. G 01 JY 1/38, 1989; заявка Японии 62-11294, кл. G 01 J 3/02, 1979.

Эти устройства обладают общими недостатками, делающими их непригодными для определения допустимого времени воздействия УФ-радиации для конкретного человека – они позволяют определять наличие, интенсивность или накопленную дозу УФ-радиации, то есть одну из нескольких составляющих, приводящих к отрицательным последствиям для здоровья человека. Все указанные изобретения не позволяют определить величину биологически эффективной дозы УФ-излучения и возможность ее воздействия на человека с определенной степенью пигментированности кожи. В единственном изобретении – международной заявке PCT WO 89/06347, кл. G 01 JY 1/38, 1989 проработана возможность определения полученной дозы биологически эффективной УФ-радиации для человека с конкретным врожденным типом кожи. Однако при использовании этого изобретения вырабатывается информация только по одному из нескольких отрицательных эффектов – эритеме. Хотя в этом изобретении достаточно хорошо проработан вопрос о наличии эритемных доз для людей с различными врожденными типами кожи, все решения предполагают только для первой экспозиции и только лишь после того как доза УФ-радиации набрана. При следующих экспозициях, по мере выработки в кожном покрове меланина реальная чувствительность кожи, относительно врожденной, изменяется, и в связи с этим, минимальная эритемная доза увеличивается, а величина безопасного времени нахождения под УФ-радиацией должна определяться с учетом реальной пигментации открытых участков кожи.

Кроме того в известных изобретениях не предусмотрено исследование реально достигающей человека УФ-радиации. Важно исследовать не столько интенсивность излучения, сколько интенсивность биологически эффективной УФ-радиации, достигающей человека, так как при безоблачном небе только половина радиации поступает в виде прямых солнечных лучей, а вторая половина – в виде рассеянного, в т. ч. отраженного света. При облачности все 100% лучей – в виде рассеянного света. Точно также это происходит для людей, находящихся под защитными тентами и зонтами.

Поскольку нами не выявлено известных устройств того же назначения для определения рекомендуемого времени нахождения конкретного человека под УФ-облучением, мы считаем, что у данного изобретения нет прототипа.

Заявленные устройства содержат фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения, фотоприемник для измерения коэффициента отражения света кожей и приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми на базе полученных результатов измерений по математической формуле:
T_i=A_i/KJ_i, (1)
где
T_i – рекомендуемое время нахождения человека под воздействием УФ-облучения для исключения (реализации) возникновения i-го медико-биологического эффекта, выраженное в секундах;
A_i – множитель (для i-го медико-биологического эффекта и диапазона длин волн, на котором измеряется коэффициент отражения света кожей), выраженный в Дж/м²;
K – коэффициент отражения света кожей пользователя;
J_i – биологически эффективная интенсивность УФ-облучения, достигающего человека (для i-го медико-биологического эффекта), выраженная в Вт/м².

При этом, фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения может быть выполнен в виде камеры, в торцевом отверстии которой установлен обращенный к световому потоку светофильтр, имеющий форму, позволяющую принять все (как прямые лучи, так и рассеянные и отраженные от предметов, сооружений и от подстилающей поверхности) УФ-излучение, достигающее человека, за ним соосно встроен экран из прозрачного материала с нанесенными на него полосами фотопреобразователя УФ-излучения в видимый свет со спектральной чувствительностью, соответствующей спектру действия УФ-облучения конкретного биологического эффекта, и отградуированных на различные биологически эффективные интенсивности, при этом экран выполнен с возможностью визуализации его показателей снаружи. Точность определения уровня биологически эффективной интенсивности УФ-радиации, достигающей кожи человека, зависит от количества разночувствительных полос экрана фотопреобразователя.

Фотоприемник для измерения коэффициента отражения света кожей может быть выполнен в виде камеры, с отверстием в ее торце, внутри камеры встроен светофильтр определенного диапазона солнечного спектра, для которого рассчитан множитель A_i для i-го медико-биологического эффекта, за ним соосно встроен экран с нанесенными на него полосами с различной степенью пропускания (чувствительности), отградуированными в единицах отражения светового потока и визуализируемыми снаружи.

Приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения предполагает выполнение в виде фиксированных(ой) к корпусу или приложенных(ой) к устройству таблиц(ы) с нанесенными на них (нее) возможными значениями биологически эффективных интенсивностей УФ-облучения, возможными значениями коэффициентов отражения кожи пользователя и соответствующие результаты расчетов времени нахождения под УФ-облучением, рассчитываемыми по математической формуле (1), исходя из реально полученных результатов измерений величин K и J и введенного множителя A. Причем может быть как одна таблица для определения рекомендуемого времени нахождения под УФ-облучением – для исключения (реализации) одного эффекта, связанного с кожей человека, так и несколько таблиц для определения рекомендуемого времени нахождения под УФ-облучением – для исключения (реализации) нескольких медико-биологических эффектов, в том числе если предусмотрена замена фотопребразователей для измерения биологически эффективных интенсивностей различных эффектов.

Устройство может также содержать один фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения и коэффициента отражения света кожей, смонтированный в камере, в торцевом отверстии которой установлен обращенный к световому потоку светофильтр УФ-диапазона, для которого рассчитан множитель A для i-го медико-биологического эффекта и имеющий форму, позволяющую принять все (как прямые лучи, так и рассеянные и отраженные от предметов, сооружений и от подстилающей поверхности) УФ-излучение, достигающее человека, за ним соосно встроен экран из прозрачного материала с нанесенными на него полосами фотопреобразователя УФ-излучения в видимый свет со спектральной чувствительностью, соответствующей спектру действия УФ-облучения конкретного биологического эффекта, и отградуированных на различные биологически эффективные интенсивности, а также полосами с различной степенью чувствительности, отградуированными в единицах отражения светового потока, при этом экран выполнен с возможностью визуализации его показателей снаружи. В этом варианте при измерении коэффициента отражения света кожей необходимо использовать бленду для исключения попадания на фотоприемник паразитных потоков света.

Кроме того, фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения может представлять из себя фотопреобразователь УФ-излучения в электрический сигнал со спектральной чувствительностью, соответствующей спектру действия УФ-облучения конкретного биологического эффекта, а фотоприемник для измерения коэффициента отражения света кожей также будет представлять из себя фотопреобразователь определенного диапазона солнечного спектра в электрический сигнал.

Приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми по математической формуле (1) на базе получаемых с фотопреобразователей(я) электрических сигналов величин K и J_i и введенного множителя A_i, в этом случае представляет из себя вычислительное устройство для расчета рекомендуемого времени по i-му эффекту и индикатор, на котором в визуальном виде представляется расчетное время нахождения человека под УФ-облучением.

Второй вариант устройства для определения рекомендуемого времени нахождения под воздействием УФ-облучения для исключения возникновения медико-биологических эффектов, не зависящих от степени пигментированности кожи, содержит фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения и приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, для исключения (реализации) возникновения медико-биологического эффекта, не зависящего от пигментированности кожи, рассчитываемыми на базе полученных результатов измерений по математической формуле:
T_i=Д_i/J_i, (2)
где
T_i – рекомендуемое время нахождения человека под воздействием УФ-облучения для исключения возникновения i-го медико-биологического эффекта, не зависящего от степени пигментированности кожи, выраженное в секундах;
Д_i – биологически эффективная доза для i-го медико-биологического эффекта, практически единая для всех людей, выраженная в Дж/м²;
J_i – биологически эффективная интенсивность УФ-облучения, достигающего человека (для i-го медико-биологического эффекта), выраженная в Вт/м², причем полосы фотопреобразователя выполнены с возможностью их визуализации снаружи камеры.

Приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения выполнено в виде фиксированных(ой) к корпусу или приложенной к устройству таблиц(ы) с нанесенными на них (нее) возможными значениями биологически эффективных интенсивностей УФ-облучения и соответствующие результаты расчетов времени нахождения под УФ-облучением, вычисленные по математической формуле (2) исходя из реально полученных результатов измерений величины J_i и введенных величин доз Д_i. Причем, на одной таблице может быть указано рекомендуемое время нахождения под УФ-облучением – для исключения как одного эффекта, не связанного со степенью пигментированности кожи человека, так и по нескольким подобным эффектам.

Кроме того, фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения может представлять из себя фотопреобразователь УФ-излучения в электрический сигнал со спектральной чувствительностью, соответствующей спектру действия УФ-облучения конкретного биологического эффекта.

Приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми по математической формуле (2) на базе получаемых с фотопреобразователя электрических сигналов величин J_i и введенных величин доз Д_i, в этом случае представляет из себя вычислительное устройство для расчета рекомендуемого времени по i-му эффекту и индикатор, на котором в визуальном виде представляется расчетное время нахождения человека под УФ-облучением.

Изобретение поясняется следующими чертежами, где даны на:
фиг. 1 – общий вид устройства, согласно изобретению;
фиг. 2 – фотоприемник для определения биологически эффективной интенсивности УФ-излучения устройства, согласно изобретению;
фиг. 3 – экран фотоприемника для определения биологически эффективной интенсивности УФ-излучения устройства, согласно изобретению;
фиг. 4 – фотоприемник для определения коэффициента отражения света кожей устройства, согласно изобретению;
фиг. 5 – экран фотоприемника для определения коэффициента отражения света кожей устройства, согласно изобретению;
фиг. 6 – приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми по математической формуле (1), согласно изобретению;
фиг. 7 – общий вид устройства с одним фотопреобразователем, согласно изобретению;
фиг. 8 – экран устройства с одним фотопреобразователем, согласно изобретению;
фиг. 9 – общая схема устройства в электронном исполнении, согласно изобретению;
фиг. 10 – общий вид устройства (второй вариант), согласно изобретению;
фиг. 11 – фотоприемник для определения биологически эффективной интенсивности УФ-излучения устройства (второй вариант), согласно изобретению;
фиг. 12 – экран фотоприемника для определения биологически эффективной интенсивности УФ-излучения устройства (второй вариант), согласно изобретению;
фиг. 13 – приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми по математической формуле (2), согласно изобретению.

Устройства для определения рекомендуемого времени нахождения человека под воздействием УФ-облучения – фиг. 1 содержат фотоприемники для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения [1] и коэффициента отражения света кожей [2], которые размещаются в одном корпусе [3], а приспособления(е) [4] с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми на базе полученных результатов измерений по математической формуле (1), зафиксированы(о) на наружной поверхности корпуса [3].

Фотоприемник устройства для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения [1], показанный условно на фиг. 2, выполнен в виде камеры [5] , в торцевом отверстии [6] которой установлен обращенный к световому потоку светофильтр [7], имеющий форму, позволяющую принять все (как прямые лучи, так и рассеянные и отраженные от предметов, сооружений и от подстилающей поверхности) УФ-излучение, достигающее человека, и экран [8] с нанесенными на него полосами фотопреобразователя [9].

Мозаичный экран [8] преобразователя, показанный детально на фиг. 3, выполнен из прозрачного материала, на который нанесены слои [9] люминофора, люминесцирующие в видимом диапазоне света под воздействием биологически эффективного диапазона УФ-излучения и отградуированные на различные биологически эффективные интенсивности.

Фотоприемник для измерения коэффициента отражения света кожей [2] условно показан на фиг. 4 и содержит камеру [10] с отверстием [11] в ее торце, внутри камеры [10] встроен светофильтр [12] определенного диапазона солнечного света, отражаемого от эталона и тела человека. За светофильтром [12] , в направлении светового потока, расположен мозаичный экран [13].

Мозаичный экран [13] , детально показанный на фиг. 5, содержит полосы пропускания (чувствительности) [14], отградуированные в единицах отражения светового потока и визуализируемые снаружи.

Приспособление [4] с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, более детально показанное на фиг. 6, выполнено в виде фиксированных(ой) к корпусу устройства таблиц(ы) [15 и 16] с нанесенными на них (нее) возможными значениями биологически эффективных интенсивностей УФ-облучения [17], возможными значениями коэффициентов отражения света кожей пользователя [18] и соответствующие результаты расчетов времени нахождения под УФ-облучением [19], рассчитываемыми по математической формуле (1), исходя из реально полученных результатов измерений величин K [18] и J_i [17] и введенного множителя A. Причем, может быть как одна таблица [16] для определения рекомендуемого времени нахождения под УФ-облучением – для исключения (реализации) одного эффекта, связанного с кожей человека, так и несколько таблиц [15] для определения рекомендуемого времени нахождения под УФ-облучением – для исключения (реализации) нескольких медико-биологических эффектов, в том числе если предусмотрена замена фотопреобразователей для измерения биологически эффективных интенсивностей различных эффектов.

Устройство с одним фотоприемником, условно показанное на фиг. 7, для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения и коэффициента отражения света кожей, смонтированным в камере [20], в торцевом отверстии [21] которой установлен обращенный к световому потоку светофильтр [22], имеющий форму, позволяющую принять все (как прямые лучи, так и рассеянные и отраженные от предметов, сооружений и от подстилающей поверхности) УФ-излучение, достигающее человека, за ним соосно встроен экран [23], детально показанный на фиг. 8, из прозрачного материала с нанесенными на него полосами [24] фотопреобразователя УФ-излучения в видимый свет со спектральной чувствительностью, соответствующей спектру действия УФ-облучения конкретного биологического эффекта, и отградуированных на различные биологически эффективные интенсивности, а также полосами [25] с различной степенью чувствительности, отградуированными в единицах отражения светового потока. При измерении коэффициента отражения света кожей используется бленда [26] для исключения попадания на фотоприемник паразитных потоков света.

В электронном исполнении устройство для определения рекомендуемого времени нахождения человека под воздействием УФ-облучения также содержит фотоприемник [27] для определения биологически эффективной интенсивности УФ-излучения и коэффициента отражения света кожей и вычислительное устройство [28] для рассчитывания на базе полученных с фотопреобразователя светового потока в электрический сигнал [27] результатов измерений величин K и J_i и введенного множителя A по математической формуле (1) и индикатор [29] (фиг. 9).

При измерении коэффициента отражения света кожей используется бленда [26] для исключения попадания на фотоприемник паразитных потоков света. При использовании устройства для определения рекомендуемого времени нахождения человека по нескольким медико-биологическим эффектам, выбор канала, производящего расчет по соответствующему медико-биологическому эффекту, а также по принимаемому световому диапазону, осуществляется переключателем. Работа устройства обеспечивается солнечными элементами или встроенными элементами электропитания.

Второй вариант устройства – фиг. 10 для определения рекомендуемого времени нахождения под воздействием УФ-облучения, применяемый для исключения возникновения медико-биологических эффектов, не зависящих от степени пигментированности кожи, содержит фотоприемник [30] для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения и приспособления(е) [31] с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения.

Фотоприемник устройства для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения [30], показанный условно на фиг. 11, выполнен в виде камеры [32], в торцевом отверстии [33] которой установлен обращенный к световому потоку светофильтр [34], имеющий форму, позволяющую принять все (как прямые лучи, так и рассеянные и отраженные от предметов, сооружений и от подстилающей поверхности) УФ-излучение, достигающее человека, и экран [35] с нанесенными на него полосами фотопреобразователя [36].

Мозаичный экран [35] преобразователя, показанный детально на фиг. 12, выполнен из прозрачного материала, на который нанесены слои [36] люминофора, люминесцирующие в видимом диапазоне света под воздействием биологически эффективного диапазона УФ-излучения и отградуированные на различные биологически эффективные интенсивности.

Приспособление [31] , более детально показанное на фиг. 13, выполнено в виде фиксированной(ых) к корпусу устройства таблицы (таблиц) [37 и 38] с нанесенными на нее (них) возможными значениями биологически эффективных интенсивностей УФ-облучения [17] и соответствующие результаты расчетов времени нахождения под УФ-облучением [39] , вычисленные по математической формуле (2), исходя из реально полученных результатов измерений величин J_i [17] и введенных величин доз Д_i [40]. Причем, может быть как одна таблица [37] для определения рекомендуемого времени нахождения под УФ-облучением – для исключения (реализации) одного эффекта, не связанного с пигментированностью кожи человека, так и несколько таблиц [38] для определения рекомендуемого времени нахождения под УФ-облучением – для исключения (реализации) нескольких медико-биологических эффектов [39]
В электронном исполнении устройство для определения рекомендуемого времени нахождения человека под воздействием УФ-облучения, применяемое для исключения возникновения медико-биологических эффектов, не зависящих от степени пигментированности кожи, также содержит фотоприемник для определения биологически эффективной интенсивности УФ-излучения [27] и вычислительное устройство [28] для рассчитывания на базе полученных с фотопреобразователя светового потока в электрический сигнал результатов измерений величин J_i и введенных величин доз Д_i по математической формуле (2) и индикатор [29] (фиг. 9).

При использовании устройства для определения рекомендуемого времени нахождения человека по нескольким медико-биологическим эффектам, выбор канала, производящего расчет по соответствующему медико-биологическому эффекту, осуществляется переключателем. Работа устройства обеспечивается солнечными элементами или встроенными элементами электропитания.

Рассмотрим, как пример, предложенное в настоящем изобретении устройство, которое может быть использовано для определения рекомендуемого времени нахождения под радиацией в УФ-диапазоне.

Фотоприемник для измерения биологически эффективного УФ-излучения [1] по эритеме имеет четыре полосы [9] фотопреобразователя со спектральной чувствительностью, соответствующей спектру эритемного действия УФ-облучения, которые отградуированы на следующие интенсивности:
– не светится ни одна полоса – интенсивность менее 0,075 Вт/м²;
– светится одна полоса – интенсивность 0,15 Вт/м²;
– светятся две полосы – интенсивность 0,25 Вт/м²;
– светятся три полосы – интенсивность 0,5 Вт/м²;
– светятся четыре полосы – интенсивность более 0,75 Вт/м².

При использовании фотоприемника [30] для измерения биологически эффективного УФ-излучения по кератиту или фотоприемника [1] с некоторыми допущениями принимаем:
– не светится ни одна полоса – интенсивность менее 0,15 Вт/м²;
– светится одна полоса – интенсивность 0,3 Вт/м²;
– светятся две полосы – интенсивность 0,5 Вт/м²;
– светятся три полосы – интенсивность 1,0 Вт/м²;
– светятся четыре полосы – интенсивность более 1,5 Вт/м².

Фотоприемник для измерения отражения света кожей [2] имеет светофильтр [11] с диапазоном пропускания около 500 нм и экран с пятью полосами пропускания (чувствительности) [14], причем соотношение коэффициентов пропускания (чувствительности) между двумя рядом находящимися полосами экрана фотопреобразователя равно 0,7.

В зависимости от разности количеств полос экрана, пропускающих излучение при измерении светового потока, отраженного от эталона и от кожи, определяют тип (при обследовании закрытых участков тела) или степень пигментированности кожи (при обследовании открытых участков тела). Если разница в количестве светящихся полос при двух измерениях составляет одну полосу (коэффициент равен 0,7), значит первый тип, две полосы (коэффициент равен 0,49) – второй тип, три полосы (коэффициент равен 0,34) – третий тип, четыре полосы (коэффициент равен 0,24) – четвертый тип, если при измерении отраженного сигнала от кожи не просвечивается ни одна из полос, то пятый или шестой тип (коэффициент менее 0,17), или – соответствующая степень пигментированности.

В нашем примере величина A (диапазон 500 нм) для эритемы равна 87, для преждевременного старения и рака кожи по нормам США равна 58, для фотобиосинтеза витамина D равна 5220, биологически эффективная доза возникновения кератита (Д_кр) равна 40 Дж/м².

Рассмотрим пример возможного определения рекомендуемого времени нахождения конкретного человека со своей индивидуальной чувствительностью с учетом ограничений, связанных с некоторыми медико-биологическими эффектами.

Осуществляем несколько измерений.

1. С помощью первого фотоприемника [1], принимающего биологически эффективную по эритеме интенсивность УФ-излучения, достигающую человека, определяют ее величину, установив чувствительный элемент параллельно телу и приняв все излучение, достигающее человека. Интенсивность УФ-радиации такова, что светятся две полосы [9]. Принимаем величину 0,25 Вт/м².

2. С помощью второго фотоприемника [2] определяют коэффициент отражения: при наведении на эталон светятся пять полос [14], на закрытый участок кожи – три полосы [14]. Следовательно, величина коэффициента отражения кожи равна 0,49 и тип кожи 2 – “светло-европейский”.

3. С помощью этого же фотоприемника [2] определяют коэффициент отражения открытого участка кожи. Разница при двух измерениях составила три полосы [14], следовательно его величина равна – 0,34.

По приведенной формуле
МЭД=A_э/K,
где A_э – множитель для эритемы в диапазоне 500 нм, равный 87 Дж/м²;
K – коэффициент отражения света кожей пользователя;
определяют МЭД (максимально возможную суточную дозу, которую этому человеку возможно получить без наступления эритемы).

МЭД = 87/0,34 = 255 Дж/м².

4. Рассчитываем допустимое время нахождения на солнце для этого человека до наступления эритемы по формуле (1):
T_эр = 87 Дж/м²/0,340,25 Вт/м² = 1023 с (17 мин).

После нескольких экспозиций степень пигментированности повышается, коэффициент отражения открытого участка кожи у него достигает 0,24. Следовательно, для недопущения получения эритемы этот человек может получить суточную дозу, равную 362 Дж/м² при той же интенсивности равной 0.25 Вт/м², что соответствует 1450 с (24 мин). При дальнейшем повышении пигментированности коэффициент отражения достигает 0,17, что повышает суточною дозу по эритеме до 511 Дж/м² и время пребывания под УФ-облучением до 34 мин.

Однако для этого человека, кроме эритемы, необходимо исключить вероятность возникновения кератита, иммуносупрессии и, если ему приходиться достаточно длительное время находиться под воздействием УФ-излучения (профессиональные либо другие, сложившиеся, условия), снизить вероятность преждевременного старения и рака кожи.

Для случаев, когда коэффициенты отражения открытых участков тела соответствуют 0,34 (0,24), а закрытого 0,49 для исключения вероятности преждевременного старения и рака кожи, этому человеку необходимо ограничить суточное пребывание с открытым телом при указанной интенсивности, в соответствии с нормами США,
T_ст=58 Дж/м²/0,490,25 Вт/м² = 473 с (8 мин).

Для получения годовой нормы УФ-радиации, необходимой для выработки витамина D с действующей УФ-радиацией, под УФ-излучением следует быть
T_д = 5220 Дж/м²/0,340,25 Вт/м² = 61411 с (17 ч)
T_д = 5220 Дж/м²/0,240,25 Вт/м² = 87000 с (24 ч)
Для исключения местной иммуносупрессии и кератита используют второй вариант устройства [30].

Ограничение по местной иммуносупрессии:
T_им = 450 Дж/м²/0,25 Вт/м² = 1800 с = 30 мин.

Для исключения кератита:
T_кр = 40 Дж/м²/0,5 Вт/м² = 80 с.

Ежедневно, исходя из результатов измерений, человек определяет тактику поведения под воздействием УФ-излучения, получаемой интенсивности. При необходимости избежать всех возможных последствий воздействия УФ-радиации длительность облучения должна быть меньше минимальной из найденных таким образом величин по отрицательным медико-биологическим эффектам.

Сведем результаты расчетов всех возможных вариантов рекомендуемого времени нахождения под УФ-излучением в таблицы (типа таблицы 2), удобные для потребителей, где:
N – разница в количестве светлых полос при наведении на эталон и кожу, то есть при определении коэффициентов отражения света кожей;
M_i – количество светящихся полос при определении биологически эффективной интенсивности УФ-радиации i-го эффекта, достигающей человека;
t_i – рекомендуемое время нахождения под УФ-облучением для исключения (реализации) возникновения i-го эффекта, в минутах.

Максимально допустимое время нахождения под УФ-излучением без возникновения эритемы (отражение от открытых участков тела) (табл. 3).

Время нахождения под УФ-излучением с минимальной вероятностью возникновения старения и рака кожи (отражение от открытых участков тела), в соответствии с нормами США (табл.4).

Время нахождения под УФ-облучением для выработки годовой нормы витамина D в часах (отражение от закрытых участков тела) (табл.5).

Максимально допустимое время нахождения под УФ-излучением без возникновения местной иммуносупрессии (табл. 6).

Максимально допустимое время прямого УФ-облучения глаз без возникновения кератита (табл. 7).

Для устройств в электронном исполнении (фиг. 9) непосредственная регистрация тестируемого излучения (облучающего человека и отраженного от его кожи) осуществляется специальными фотоэлектрическими преобразователями (фотодиоды, фотосопротивления и т.д.) [27] с передачей электрического сигнала через соответствующее вычислительное устройство [28] на электронное табло [29] . Требования к спектральным параметрам фотоприемника [27] и чувствительности регистрирующего электрический сигнал блока [27- 29] те же, что и для фотоприемников [1] и [2].

Получаемые результаты измерений предлагаемыми устройствами представляются в удобном для потребителя виде и могут быть непосредственно использованы при проведении лечебных, оздоровительных и косметических мероприятий. Все это обуславливает возможность широкого распространения устройств среди населения.

Преимущества предлагаемых устройств заключаются в том, что они имеют малогабаритную, портативную, простую и удобную в эксплуатации конструкцию и не требуют специальных знаний в обращении с ними.

Вышеизложенное не исчерпывает возможных практических применений предложенного устройства для определения безопасного времени нахождения под воздействием УФ-излучения и устройств для его осуществления. По мере дальнейшего накопления и конкретизации сведений о характере биологического действия УФ-излучения можно будет предложить подобные таблицы для лечения некоторых кожных заболеваний, снижения вероятности появления кариеса и рахита для темнокожих групп населения, а также уточнить количественные оценки возникновения медико-биологических эффектов, количественно оценить риски возникновения медико-биологических эффектов от вклада других факторов индивидуальной УФ-чувствительности (возраст, пол, комплекция, цвет волос и глаз, наличие родинок и веснушек и т.д.), менее значимых по сравнению с пигментацией кожи. Полученные в результате таких исследований материалы представили бы существенный интерес для лечебной медицины, курортологии, санитарии и производственной гигиены.

Формула изобретения

1. Устройство для определения рекомендуемого времени нахождения человека под воздействием ультрафиолетового облучения, содержащее фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения, фотоприемник для измерения коэффициента отражения света кожей и приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми на базе полученных результатов измерений по математической формуле
T = A/KJ,
где T – рекомендуемое время нахождения человека под воздействием УФ-облучения для исключения (реализации) возникновения i-го медико-биологического эффекта, выраженное в секундах;
A – множитель (для конкретного медико-биологического эффекта и диапазона длин волн, на котором измеряется коэффициент отражения света кожей), выраженный в Дж/м²;
K – коэффициент отражения света кожей пользователя;
J – биологически эффективная интенсивность УФ-облучения (для конкретного медико-биологического эффекта), достигающего человека, выраженная в Вт/м².

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения выполнен в виде камеры, в торцевом отверстии которой установлен обращенный к световому потоку светофильтр, имеющий форму, позволяющую принять все (прямые лучи и рассеянный свет) УФ-излучение, достигающее человека, за ним соосно встроен экран из прозрачного материала с нанесенными на него полосами фотопреобразователя УФ-излучения в видимый свет со спектральной чувствительностью, соответствующей спектру действия УФ-облучения конкретного биологического эффекта, и отградуированных на различные биологически эффективные интенсивности, при этом экран выполнен с возможностью визуализации его показателей снаружи.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемник для измерения коэффициента отражения света кожей выполнен в виде камеры с отверстием в ее торце, внутри камеры встроен светофильтр определенного диапазона солнечного спектра, для которого рассчитан множитель A для i-го медико-биологического эффекта, за ним соосно встроен экран с нанесенными на него полосами с различной степенью пропускания (чувствительности), отградуированными в единицах отражения светового потока и визуализируемыми снаружи.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения выполнено в виде фиксированных(ой) к корпусу или приложенных(ой) к устройству таблиц(ы) с нанесенными на них(нее) возможными значениями биологически эффективных интенсивностей УФ-облучения, возможными значениями коэффициентов отражения света кожей пользователя и соответствующими результатами расчетов времени нахождения под УФ-облучением, рассчитываемыми по математической формулы T = A/KJ, исходя из реально полученных результатов измерений величин K и J и введенного множителя A.

5. Устройство по пп.1 – 3, отличающееся тем, что в качестве фотоприемника для измерения биологически эффективной интенсивности и коэффициента отражения кожи используют единую камеру, в торцевом отверстии которой установлен обращенный к световому потоку светофильтр УФ-диапазона, для которого рассчитан множитель A для конкретного медико-биологического эффекта и имеющий форму, позволяющую принять все (прямые лучи и рассеянный свет) УФ-излучение, достигающее человека, за ним соосно встроен экран из прозрачного материала с нанесенными на него полосами фотопреобразователя УФ-излучения в видимый свет со спектральной чувствительностью, соответствующей спектру действия УФ-облучения конкретного биологического эффекта, и отградуированных на различные биологически эффективные интенсивности, а также полосами с различной степенью чувствительности, отградуированными в единицах отражения светового потока, при этом экран выполнен с возможностью визуализации его показателей снаружи, а при измерении коэффициента отражения света кожей используется бленда для исключения попадания на фотоприемник паразитных потоков света.

6. Устройство по пп. 1, 2 и 5, отличающееся тем, что фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения, представляет из себя фотопреобразователь УФ-излучения в электрический сигнал и имеет спектральную чувствительность, соответствующую спектру действия УФ-облучения конкретного(ных) биологического(их) эффекта(ов).

7. Устройство по пп. 1, 3 и 5, отличающееся тем, что фотоприемник для измерения коэффициента отражения света кожей представляет из себя фотопреобразователь определенного диапазона солнечного спектра, для которого рассчитан множитель A, в электрический сигнал, а при измерении используется бленда для исключения попадания на фотоприемник паразитных потоков света.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми по математической формуле T = A/KJ, на базе получаемых с фотопреобразователей(я) электрических сигналов величин K и J и введенного множителя A представляет из себя вычислительное устройство и индикатор, на котором в визуальном виде представляется расчетное время нахождения человека под УФ-облучением.

9. Устройство для определения рекомендуемого времени нахождения человека под воздействием ультрафиолетового облучения, содержащее фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения и приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми на базе полученных результатов измерений по математической формуле
T = Д/J,
где T – рекомендуемое время нахождения человека под воздействием УФ-облучения для исключения возникновения медико-биологического эффекта, не зависящего от степени пигментированности кожи, выраженное в секундах;
Д – биологически эффективная доза для конкретного медико-биологического эффекта, выраженная в Дж/м²;
J – биологически эффективная интенсивность УФ-облучения, достигающего человека (для конкретного медико-биологического эффекта), выраженная в Вт/м².

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения выполнен в виде камеры, в торцевом отверстии которой установлен обращенный к световому потоку светофильтр, имеющий форму, позволяющую принять все (прямые лучи и рассеянный свет) УФ-излучение, достигающее человека, за ним соосно встроен экран из прозрачного материала с нанесенными на него полосами фотопреобразователя УФ-излучения в видимый свет со спектральной чувствительностью, соответствующей спектру действия УФ-облучения конкретного биологического эффекта, и отградуированных на различные биологически эффективные интенсивности, при этом экран выполнен с возможностью визуализации его показателей снаружи.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения выполнено в виде фиксированных(ой) к корпусу или приложенной к устройству таблиц(ы) с нанесенными на них(нее) возможными значениями биологически эффективных интенсивностей УФ-облучения и соответствующие результаты расчетов времени нахождения под УФ-облучением, вычисленные по математической формуле T = Д/J, исходя из реально полученных результатов измерений величин J и введенных величин доз Д.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения представляет из себя фотопреобразователь УФ-излучения в электрический сигнал и имеет спектральную чувствительность, соответствующую спектру действия УФ-облучения конкретного(ных) биологического(их) эффекта(ов).

13. Устройство по пп. 9 и 11, отличающееся тем, что приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми по математической формуле T = Д/J на базе получаемых с фотопреобразователя электрических сигналов величин J и введенных величин доз Д, представляет из себя вычислительное устройство и индикатор, на котором в визуальном виде представляется расчетное время нахождения человека под УФ-облучением.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.05.2007

Извещение опубликовано: 27.08.2008 БИ: 24/2008

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.10.2008

Извещение опубликовано: 20.10.2008 БИ: 29/2008