Многофункциональный вертикальный физиотерапевтический аппарат

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к вертикальным многофункциональным физиотерапевтическим аппаратам, 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.
Наиболее близким к заявляемому устройству 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 с корпусом из пластмассы можно отнести наличие незащищенных электро-магнитных излучений от электромотора.
Техническая проблема заключается в необходимости разработки компактного и эффективного устройства для вертикального вибрационного воздействия, которое было бы лишено вышеприведенных недостатков.
Технический результат состоит в снижении уровня акустических шумов и механических вибраций при передаче вращения от электродвигателя к насадке при одновременном обеспечении малых габаритных размеров и широких функциональных возможностей устройства в режиме вертикального вибрационного воздействия.
Технический результат достигается тем, что в многофункциональном вертикальном физиотерапевтическом аппарате, включающим корпус, расположенное внутри него устройство управления и связанный с ним электродвигатель, а также соединенный с электродвигателем вал со штоком и установленную на штоке вибрационную насадку, согласно полезной модели вал оснащен эксцентриком и подшипником, а также в зоне эксцентрика вал жёстко соединён со штоком, при этом на корпусе через эластичное кольцо закреплена втулка, ограничивающая движения штока в направлениях, перпендикулярном его оси.
Оснащение вала эксцентриком и подшипником при жестком соединении вала в зоне эксцентрика со штоком, а также закрепление втулки, ограничивающей движения штока в направлениях, перпендикулярных его оси, обеспечивает снижение уровня акустических шумов и механических вибраций при передаче вращения от электродвигателя к насадке и одновременное обеспечение малых габаритных размеров и широких функциональных возможностей устройства в режиме вертикального вибрационного воздействия.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемого устройства с блоком питания, а на фиг. 2 представлен блок питания заявляемого устройства.
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 меткой 5 положения вала на точечном неодимовом магните), от электродвигателя 2 к валу 6 с зоной эксцентрика 7. Насадка 3 и место крепления системы 4 передачи вращения на валу 6 могут иметь накатку произвольного профиля высотой 0,2-1,5 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 1, а в зоне эксцентрика 7 на вал 5 запрессованы элементы 10 балансировки вала и рабочий подшипник 11 передающий круговые колебания через шток 12, в нижней части которого расположена втулка 13 с эластичным кольцом 14 для закрепления в корпусе 1. На конец штока 12 накручивается сменная вибрационная насадка 15, предназначенная для совершения сложных эллипсообразных колебаний в направлении, заданном 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 рабочей насадки  включаются при необходимости комплексного воздействия. 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 на сервер и передачи обратной информации об остаточном ресурсе и сроках ТО, 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 режимов работы кнопки 22 включения/выключения (прямая работа, отключена, инверсная работа) и непосредственно сама  кнопка 23 включения/отключения. 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 расположен переключатель 32 направления вращения электромотора, разъем 33 подключения к электромотору, разъём 34 подключения реверсивных многоцветных светодиодов и мощных светодиодов, 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 40 аналогового датчика Холла 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). Кроме того, заявляемый аппарат выполнен с возможностью изменения направления эллипсоидального вращения насадки 3 в левую и правую сторону относительно оси корпуса аппарата. Также есть вариант что в зоне эксцентрика вала 6  расположены два рабочих подшипника со штоками на расстоянии 10-80 мм работающие синфазно (в противоход под углом 180 градусов) имеющие отдельные втулки с эластичными кольцами и сменными насадками для более глубокого воздействия на мягкие ткани. Кроме того, в одном из вариантов реализации в зоне эксцентрика первичного вала расположены три рабочих подшипника со штоками работающие синфазно (в противоход под углом 180 градусов) вставленными один в другой с одним общим эластичным кольцом при этом средний подшипник жёстко связан с центральным штоком для крепления сменных внутренних насадок, а внешний шток на той же оси для наружных цилиндрических насадок связан двумя тягами с крайними рабочими подшипниками  для фокусного воздействия на глубокие слои мягких тканей. При этом зона эксцентрика на валу для 2-х или 3-х подшипников выполнена на отдельных втулках имеющих зоны эксцентриситета, запрессованных в среднюю часть вала.
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 вибрационное 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 200 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 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 также из первого режима работы. Благодаря микропроцессорному управлению в данный аппарат можно загружать любые другие программы работы по запросу конкретной медицинской, спортивной, косметологической или SPA организации
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 конструктивные особенности заявляемой полезной модели, в том числе эластичное кольцо.
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
0,25
0,24
0,25
0,26
0.27
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 насадке.
Пример 2.
Пациентка 45 лет с постоянными сильными болями в области позвоночника. После обследования на цифровом рентгенографе отделов позвоночника, МРТ и КТ был поставлен диагноз: дегенеративно-дистрофические изменения позвоночника, а именно остеохондроз, спондилоартроз, спондилез, грыжи межпозвонковых дисков и дегенеративный спондилолистез. После курса вибрационного массажа (фотохромотерапии) с использованием заявляемого устройства (25 сеансов по 30 минут) было зафиксировано существенное улучшение состояния позвоночника, увеличение гибкости и уменьшение зон поражения межпозвонкомыми грыжами. Предложено продолжать курсовые процедуры на меньшей длительности и перейти на диетическое питание с целью контроля массы тела для уменьшения нагрузки на позвоночник.
Пример 3.
Пациент, 54 года энурез и половое бессилие. Многолетняя фармокологическая поддержка не даёт стойкого улучшения состояния больного. Вибрационное вертикальное воздействие с использованием заявляемого устройства в течении 2-х недель в области лобковой кости и  промежности уменьшило позывы к частому опорожнению мочевого пузыря, а через два месяца регулярных физиотерапевтических процедур произошло существенное улучшение общего состояния и пациент возобновил половую жизнь.
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.