Многофункциональный физиотерапевтический аппарат

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к многофункциональным физиотерапевтическим аппаратам горизонтального, вертикального, секторного, паравертебрального, и углового воздействия, с микропроцессорным управлением, предназначенным для использования в различных медицинских и оздоровительных целях, в фитнесе, спорте высших достижений, в курортологии, SPA, паллиативе и в широком домашнем применении, в качестве физиотерапевтического комбайна обеспечивающего: фотохромотерапию, магнитотерапию и различные режимы механотерапии (линейное и нелинейное вибромассажное воздействие, радиальную механическую ударно-волновую терапию) и в качестве диагностической системы для определения резонансных частот отдельных частей человеческого тела.
Известно устройство для вибромассажа (Аппарат для вибрационного массажа: патент LV12714, Латвия, заявка LV010040, заявл. 14.03.2001, опубл. 20.09.2001), включающий держатель, вибрационный элемент, крепежный элемент и верхнюю часть. Верхняя часть выполнена круглой и может быть изготовлена из янтаря, эбонита, пластика или другого подобного материала. Наружная часть держателя выполнена с наклоном от 1° до 90° от центральной оси держателя. Верхняя часть прикреплена к внешней части держателя с помощью игольчатого ролика, помещенного в корпус. Держатель может быть соединен с вибрационным элементом с помощью воблера.
Также известен является аппарат для вибромассажа (Устройство для вибрационного массажа: патент LV12937, Латвия, заявка LV020168, заявл. 06.09.2002, опубл. 20.02.2003), включающий корпус, с электродвигателем, который соединен с вибрирующей частью, к которой крепится съемный элемент. Также устройство содержит переключатель и внешнюю часть. Также устройство включает регулятор частоты и амплитуды колебаний (устройство управления). Съемный элемент крепится к внешней части с помощью держателя и стержня. Стержень снабжен сквозным отверстием, в котором держатель закреплен с помощью винта. Вибрирующая часть съемного элемента закреплена на специальном винте, привинченном к концу стержня. Данное устройство известно на рынке под торговым названием «Vibromed» (Вибормед. Массажеры, URL: http://www.vibromed.lv/index.php?page=pribory, дата обращения - 03.06.2020.
Недостатком вышеприведенных технических решений является относительно высокий уровень акустических шумов и механических вибраций при передаче колебаний от электродвигателя к валу и низкая эргономика изделия (устройство неудобно держать из-за большого диаметра). Большой диаметр обусловлен использованием в основе конструкции элементов угловой шлифовальной машины. Низкая эргономика изделия также обусловлена отсутствием индикации частоты и наличие только одного режима работы (линейный вибромассаж). Также к недостатком данного массажного устройства можно отнести наличие незащищенных электро-магнитных излучений от электромотора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является вибромассажер (Вибромассажер: патент RU 2063741, Российская Федерация, заявка RU 93021717, заявл. 26.04.1993, опубл. 20.07.1996), который содержит корпус, установленный в нем электродвигатель , регулируемый преобразователь движения и вибратор (вибрационную насадку). Преобразователь движения содержит маховик, подвижную втулку-крышку (из металла), установленную на корпусе эксцентрично оси указанного маховика с возможностью вращения относительно корпуса и фиксации ее положения с помощью подпружиненного фиксатора, взаимодействующего с пазами, расположенными на нижнем фланце втулки-крышки. Во втулке-крышке закреплена направляющая втулка, в которой установлена подпружиненная гильза с запрессованной в ней опорой. Аналогичная опора запрессована на периферии маховика. Между опорами и установлен стержень. Шток вибратора подвижно установлен и подпружинен в направляющей втулке с возможностью взаимодействия с опорой.
Недостатком данного технического решения является относительно высокий уровень акустических шумов и механических вибраций, обусловленный использованием втулки из металла.
Техническая проблема заключается в необходимости разработки компактного и эффективного устройства для различной механотерапии, лишенного вышеприведенных недостатков.
Технический результат состоит в снижении уровня акустических шумов и механических вибраций при передаче вращения от электродвигателя к валу при одновременном обеспечении удобства оператора при эксплуатации и широких функциональных возможностей устройства во всех режимах работы.
Технический результат достигается тем, что в многофункциональном физиотерапевтическом аппарате, включающим корпус, расположенные внутри него устройство управления и связанный с ним электродвигатель, а также соединенные с электродвигателем вал и вибрационную насадку, при этом электродвигатель соединен с валом через втулку, согласно полезной модели втулка выполнена из эластичного материала.
Выполнение втулки из эластичного материала обеспечивает значительно снижение акустических шумов и механических вибраций при передаче вращения от электродвигателя к валу. Также вся конструкция заявляемого устройства обеспечивает удобство оператора при эксплуатации и широкие функциональные возможности во всех режимах работы.
В предпочтительном варианте реализации полезной модели вал имеет линейные размеры 50-100 мм и/или оснащен подшипниками в обоймах на концах и сектор эксцентриситета в центральной зоне или на конце вала.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемое устройство в разрезе в вертикальном исполнении с блоком питания, на фиг. 2 представлен блок питания заявляемого устройства, на фиг 3 представлена верхняя часть заявляемого устройства в горизонтальном исполнении с центральным креплением рабочих насадок, и представлена верхняя часть заявляемого устройства в горизонтальном исполнении с боковым креплением с насадкой типа «Дуга», а на фиг 4 представлен поперечный разрез устройства в горизонтальном исполнении.
Многофункциональный аппарат для физиотерапевтических процедур на основе вертикального вибромассажёра с микропроцессорным управлением содержит корпус 1, выполненный из алюминия, силумина, дюраля, магния или пластика и установленный в нем электродвигатель 2 с насадкой 3 на валу. Также устройство содержит систему 4 передачи вращения с подавлением акустических шумов и механических вибраций (с основной втулкой и меткой 5 положения вала 6 на точечном неодимовом магните), от электродвигателя 2 к основному валу 6 с зоной эксцентрика 7. Насадка 3 на вал двигателя и место крепления системы передачи колебаний 4 на основном валу 6 могут иметь накатку произвольного профиля высотой 0,2-2,0 мм в зависимости от сферы использования (В аппаратуре для косметологии и детской ортопедии 0,2- 0,5 мм, а в мощных аппаратах для спорта и фитнеса 1-2 мм) На краях вала 6 размещены упорные подшипники 8 в эластичных обоймах 9, которые плотно входят в соответствующие пазы в корпусе, а в зоне эксцентрика на вал запрессованы элементы балансировки вала 6 и рабочий подшипник 11 передающий круговые колебания через шток 12, в нижней части которого расположена втулка 13 (дополнительная) с эластичным кольцом 14 для закрепления в корпусе 1. Предпочтительно дополнительная втулка 13 выполнена из стали. На конец штока 12 накручивается сменная вибрационная насадка 15 совершающая сложные эллипсообразные колебания в направлении заданным полярностью двигателя 2. Все насадки имеют примерно одинаковую массу для точной балансировки узла. Также устройство включает матрицу для многоцветной фотохромотерапии 16, которая состоит из источников света (многоцветных линзованных светодиодов и мощных одноцветных сфокусированных светодиодов с радиаторами охлаждения 17 медицинского спектра излучения расположенных вокруг подвижного штока, что обеспечивает необходимую светосилу и зону подсветки вокруг рабочей насадки в заданных длинах волны. Магнитные катушки 18 расположенные вблизи насадки 15 включаются при необходимости комплексного воздействия механотерапии и магнитотерапии. В корпус 1 также помещена плата 19 на которой расположены все активные и пассивные компоненты (включая датчики температуры, вибрации и акустических шумов) с oled индикатором 256х64 пикселя со встроенным вай-фай модулем 20, для отображения необходимой информации и передачи сервисных данных о техническом состоянии прибора и общем времени работы во всех режимах эксплуатации на сервер и передачи обратной информации об остаточном ресурсе и сроках очередного Технического Обслуживания, переключатель 21 режима работы многофункционального аппарата (постоянное линейное воздействие с индикацией рабочей частоты, нелинейное воздействие с дополнительным режимом измерения собственных резонансов тела пациента и режим механической радиальной ударно-волновой терапии), переключателем 22 режимов работы кнопки включения/выключения (прямая работа, отключена, инверсная работа) и непосредственно сама кнопка включения/отключения 23, На плате расположен программируемый через разъём J-TAG 24 микроконтроллер 25 управляющий всеми функциями устройства. Также в нижней части корпуса расположены кнопки «+» 26, «-» 27, «выбор режима» 28 и «прокрутка» 29 и кнопка 30 для включения/выключения всего устройства и переключения в спящий режим. Температурный режим прибора обеспечивается кулерами (вентиляторами охлаждения) 31, которые программируются на заданную температуру включения и выключения. Также на плате 19 расположены переключатель 32 направления вращения электромотора 2, разъем 33 подключения к электромотору 2, разъём подключения реверсивных многоцветных светодиодов и мощных светодиодов 34, соединительный кабель 35 соединяющий разъёмы на плате с оконечными устройствами, разъём 36 подключения магнитных катушек, разъём 37 для подключения цифрового датчика Холла 38 и аналогового датчика Холла 40 к соединительной шине 39. В рабочей зоне аналогового датчика Холла 40 на штоке 12 закреплена магнитная метка 41 для реализации амплитудного метода измерения внешних резонансов. Для повышения надёжности и увеличения ресурса устройства разъём подключения к блоку питания +12V 44 выполнен внешним и через кабель 43 соединяется с разъёмом питания на плате 42. Экранирование (заземление) устройства осуществляется дополнительным 3-м проводом 45 который винтами 46 и 47 присоединяется к обеим половинкам корпуса с одной стороны и через 3-х контактный разъём 48 соединяется с корпусом блока питания 49 подключаемым к стандартной розетке питания 50, имеющей заземление. Система 4 передачи вращения представляет собой высокопрочную армированную полимерными (предпочтительно капроновыми, нейлоновыми или лавсановыми) нитями эластичную втулку. Данная эластичная втулка может быть выполнена из резины, каучука, полиуретана и прочих подобных материалов. Наиболее предпочтительно выполнение втулки из эластичного газового шланга TUBOFLEX (Россия). Также возможно использование газового шланга Idrosapiens (Италия). Выше описан вариант исполнения устройства в вертикальном исполнении. Конструкция МФА В горизонтальном варианте исполнения с центральным выходом отличается тем, что аппарат содержит систему перевода вертикальных колебаний в горизонтальные, которая работает следующим образом: на рабочем подшипнике 11 закреплён спец винт 11А , на котором между двух пружин 13А зажат концевик 14А закреплённый на дополнительном валу 6А между двух подшипников 8 в эластичных обоймах 9 через шток на конце которого навинчиваются сменные насадки 15. Конструкция МФА в горизонтальном исполнении с боковым методом крепления насадок отличается тем, что насадка в виде дуги крепится на дополнительный вал с внешней стороны корпуса в специальный паз, либо шток для навинчивания насадок вынесен на внешнюю поверхность. Остальная конструкция МФА горизонтального воздействия при этом остаётся без изменений. Также в наиболее предпочтительном варианте исполнения на валу электромотора размещена дополнительная втулка и на ней выполнена накатка в зоне контакта с эластичной втулкой. В другом предпочтительном варианте реализации в месте стыковки эластичной втулки с валом, передающим колебания на рабочую насадку, выполнена накатка.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
После выбора режима работы и последующего включения, электродвигатель 2, начинает вращаться в заданных режимах и через эластичную систему передачи вращения с подавлением акустических шумов и механических вибраций 4 и вал 6 передаёт через шток 12 на сменную вибрационную насадку 15 заданное механотерапическое воздействие на пациента. При этом данный вертикальный аппарат передаёт воздействие почти вертикально, с небольшим вращением (по эллипсу) в заданном полярностью включения двигателя направлении, Переключателем 21 задаётся режим работы, а переключателем 22 алгоритм работы программируемой кнопки 23. В первом режиме кнопками «+» 26 и «-» 27 осуществляется настройка частоты воздействия, при этом значение параметра в герцах непрерывно выводится в формате «F XXX” где в зависимости от применяемой методики частота может составлять от 0 до 299 Гц. Кнопкой «Выбор» 28 в данном режиме можно подключать дополнительно методом перебора различные режимы фотохромотерапии и магнитотерапии, а кнопкой «Прокрутка» 29 задавать жёсткость рабочей характеристики двигателя, что позволяет использовать один аппарат как в ортопедии новорождённых, так и в фитнесе или спорте высших достижений. Матрица для фотохромотерапии 11 состоящая из многоцветных сфокусированных светодиодов и нескольких мощных одноцветных светодиодов направленного действия расположенных вокруг подвижного штока и блок магнитотерапии 18 подключаются и отключаются в соответствии с выбранным режимом и программой работы всего устройства только в первом режиме, т. к. кнопки 28 и 29 в режимах МРУВТ и нелинейного воздействия имеют другие функции. При переводе аппарата во второй режим «Нелинейное воздействие», сохраняется выбранная частота из первого режима и на экране возникает надпись в формате ХХ % ХХ sec. При этом кнопками 26 и 27 можно в % задавать отклонение частоты от среднего значения до 50%, а кнопками 28 и 29 период данного процесса в пределах 30 секунд. При выборе максимальных значений 50% и 30 sec аппарат автоматически переходит в режим качающейся частоты и в течении 4-х минут проводит 8 циклов измерения внешних резонансов в мягких тканях человеческого организма. При обнаружении близких резонансов в шести измерениях из восьми, два крайних значения отбрасываются и усреднённое значение 4-х измерений выводится на экран на 30 секунд, при этом двигатель выключается. При нажатии на кнопку 23 аппарат возвращается в режим измерения резонансов, при нажатии на любую другую переходит во второй режим с параметрами 49% и 29 sec. При отсутствии выявленных резонансов загорается надпись ERROR При переходе в третий режим «Радиальной Ударно-Волновой Терапии» на экране загорается надпись в формате ХSWХ Х.Х, где первая цифра означает скорость нарастания от 1 до 8 которая задаётся кнопкой 28, вторая после SW число повторений импульсов воздействия от 1 до 4 вводится кнопкой 29 и далее длительность импульса от 0,1 до 2 секунд с шагом 0,1 секунда изменяется нажатием на кнопки 26 и 27. При этом частота заполнения задаётся так-же из первого режима работы. Благодаря микропроцессорному управлению в данный аппарат можно загружать любые другие программы воздействия и переназначать режим работы всех кнопок и переключателей по запросу конкретной медицинской, спортивной, косметологической или SPA организации.
Корпус 1 устройства изготавливают из дюралеалюминиевых сплавов методом объемного (в частности, 5d) фрезерования с последующей термообработкой, гальваническим покрытием и порошковой окраской. Выполнение корпуса из металла значительно повышает долговечность устройства и обеспечивает экранирование электромотора, что важно для электромагнитной совместимости с другими современными медицинскими устройствами. Корпус выполняют в удобной для удерживания одной или двумя руками форме по канонам промышленного дизайна. Все пазы, выборки и отверстия выполнены с технологической точностью для высокой надежности и минимального времени на проведение регламентных работ по обслуживанию и замене расходных модулей. Варианты исполнения горизонтального аппарата с центральным или боковым способом крепления рабочих насадок показаны на фиг 2. Также возможно выполнение корпуса из магниевых и/или силуминовых сплавов.
При этом воздействие происходит преимущественно в горизонтальной плоскости по радиусу от вторичного вала до конца рабочей насадки 15.
Заявляемое устройство поясняется примерами.
Пример 1.
Было проведено экспериментальное исследование влияния отличительных признаков полезной модели на снижение уровня акустических шумов и механических вибраций при передаче колебаний от электродвигателя к валу. Для этого был собран образец 1, в основу которого были заложены конструктивные особенности прототипа, а также был собран образец 2, в основу которого были положены конструктивны особенности заявляемой полезной модели, в том числе эластичная втулка.
Испытания проводили в течение 60 мин, при этом устройства были установлены на неподвижной подставке. Для измерения механических колебаний были использованы виброметры, чувствительные элементы которых были приложены к корпусам образцов в месте сопряжения электродвигателя с валом. Замеры механических колебаний проводили в начале испытаний после запуска устройств и далее каждые 15 минут, всего произвели 5 замеров. Результаты испытаний были приведены в таблице.
Таблица - результаты испытаний образцов
№ образца
Результаты измерений виброскорости, мм/с
в начале испытаний
через 15 мин
через 30 мин
через 45 мин
в конце испытаний
Образец 1
0,91
0,95
0,98
1,01
1,02
Образец 2
0,26
0,26
0,27
0,28
0.28
Исходя из данных таблицы, механические колебания образца 2 были значительно ниже механических колебаний образца 1, при этом значения образца 2 незначительно увеличивались в ходе эксперимента, а значения образца 1 заметно росли в течение проведения эксперимента.
Результаты экспериментальных исследований показали, что заявляемая полезная модель обеспечивает снижение уровня акустических шумов и механических вибраций при передаче колебаний от электродвигателя к валу.
Пример 2.
Пациент, 2 дня от рождения с врожденным передним вывихом голени обеих ножек. После проведения диагностических мероприятий, в ходе которых был подтвержден предварительно поставленный диагноз, было принято решение проведения вибрационного воздействия в режиме нелинейного вибромассажа с использованием заявляемого устройства. После 15 минут воздействия мышцы были разогреты, растянуты и суставы удалось вправить на место.
Пример 3.
Пациентка 75 лет с хроническим бронхитом. После курса вибромассажа легких с использованием заявляемого устройства в течении 10 дней ежедневно 2 раза по 15 минут со стороны спины (в основном) и грудной зоны вне молочных желёз происходит улучшение общего состояния (уменьшение хрипов и кашля, замедление пульса, успокоение дыхания)
Таким образом, заявляемая полезная модель представляет собой принципиально новый аппарат с несколькими режимами механотерпии, фотохромотерапией, магнитотерапией и системой диагностики с управлением от микроконтроллера. Помимо обычного вибрационного воздействия с оригинальной системой индикации частоты колебаний непосредственно в корпусе аппарата реализованы режимы нелинейного воздействия, ударно-волновой терапии и определение собственных резонансов различных частей тела пациента.