Универсальный физиотерапевтический прибор

Описывается физиотерапевтический прибор, предназначенный для профилактики и лечения болезней позвоночника. Отличительная особенность спроектированного устройства заключается в совмещении процедур магнитотерапии, лекарственного электрофореза и легкого массажа, а также совмещение резкоизменяющихся воздействий, что является очень эффективным фактором.

Ключевые слова: физиотерапия, медицина, позвоночник, медицинская электроника, магнитотерапия, электрофорез, массаж.

Рассмотрим влияние магнитного поля на организм человека. Современные ученые разных специальностей — врачи, биологи, физики — получили теоретические экспериментальные и клинические объяснения механизма действия магнитного поля на организм человека, что позволяет создать эффективные аппараты для магнитотерапии нового поколения. В основе лечебного действия переменного магнитного поля лежит его способность управлять движением заряженных частиц, что приводит к усилению внутриклеточного и межклеточного обмена. Магнитное поле восстанавливает электромагнитные параметры клеток, нарушенные патологическим процессом, усиливает взаимодействие между химическими элементами, участвующих в окислительно-восстановительных процессах, что улучшает обмен веществ в тканях и клетках организма человека, в месте воздействия улучшается текучесть крови, снижается ее вязкость, пристеночное тромбообразование, увеличивается просвет сосудов, раскрываются дополнительные капилляры, повышается их проницаемость, что значительно улучшает кровоснабжение больного органа, обеспечение его клеток кислородом и питательными веществами, вывод продуктов распада и окисления. Улучшение обмена веществ ведет к активизации процессов регенерации, то есть обновления клеток, препятствует развитию воспалительных процессов. Благодаря увеличению количества и проницаемости капилляров в пораженные ткани быстрее проникают лекарственные вещества, а также ускоряется рассасывание отеков. Под действием магнитного поля понижается чувствительность периферических нервных рецепторов, что ведет к затуханию и исчезновению боли. Увеличивается скорость проведения импульс по нервным волокнам, вследствие чего улучшается управление внутренними органами вегетативной нервной системой. Важным свойством магнитного поля является повышение активности всех отделов эндокринной системы. Эндокринная система отвечает за выработку гормонов, регулирующих процессы обмена веществ, роста, развития и контролирующих работу различных органов. От нормальной работы эндокринной системы зависит адаптация организма к неблагоприятным факторам внешней среды. К магнитному полю особенно чувствительны иммунокомпетентные органы (вилочковая железа, селезенка, лимфатические узлы и др.), в которых при лечении аппаратом активизируются обменные процессы, что позитивно влияет на защитные функции организма. Магнитное поле стимулирует процессы торможения центральной нервной системы, что проявляется в седативном эффекте: у больных нарушается сон, снимается эмоциональное напряжение. Чем изменчивее поле, тем меньше у организма возможности к нему приспособиться, и тем выше лечебный эффект.

Существует три основных вида магнитных полей:

-          постоянное, знакомое нам по бытовым магнитам, медицинским клипсам, браслетам, поясам и т. д.;

-          переменное, возбуждаемое катушками под действием переменного тока различной формы и частоты;

-          импульсное, возникающее под воздействием последовательности электрических импульсов различной частоты и длительности.

Далее рассмотрим влияние электрического тока на организм человека. Лекарственный электрофорез — комплексный физико-фармакологический метод лечения, сочетающий в себе воздействие гальваническим током и лекарственными веществами, вводимыми током, на БАЗ и область патологических очагов. При лекарственном электрофорезе помимо гальванических электролечебных эффектов происходит электрогенное перемещение лекарственных молекул (ионов). Направление этого перемещения зависит от знака их заряда. Лекарственные вещества вводятся гальваническим током в кожу или слизистые оболочки в активированной ионной или молекулярной форме без балластных веществ, что позволяет добиться выраженного результата. Лекарственные ионы (молекулы) формируют кожное депо, которое длительно сохраняется в очаге и, рассасываясь, поддерживает постоянную концентрацию в крови больного. Вводимые током лекарственные вещества не вызывают аллергических реакций и других побочных эффектов.

Существует достаточно много видов лекарственного электрофореза, например:

1)        Новокаин-электрофорез применяют при артрозах с выраженным болевым синдромом;

2)        Анальгин-электрофорез — показания те же;

3)        Биполярный новокаин-анальгин электрофорез — показания те же. Эффективность выше;

4)        Сера-электрофорез применяется при прогрессирующем течении хронического (деформирующего) артроза вне фазы обострения и направлен на цели сохранения целостности и структуры суставного хряща;

5)        Гепарин-электрофорез применяют при варикозном расширении вен нижних конечностей и хронической венозной недостаточности на почве перенесенного тромбофлебита, без выраженных проявлений последнего, для профилактики тромбирования сосудов, оказания противовоспалительного и обезболивающего эффекта;

6)        Новокаин-электрофорез по рефлекторной методике применяют при кардиалгиях (болях в области сердца) невротического происхождения;

7)        Новокаин-электрофорез по рефлекторно-сегментарной методике применяют при выраженных болях в пояснице, иррадиирующих в бедро и голень, шейном отделе позвоночника с иррадиацией в руку.

Лекарственные препараты применяются в виде водных, солевых, реже — слабых спиртовых растворов. Концентрация лекарственного вещества обычно не превышает 5–10 %. Сильно действующие вещества используют только по рекомендации врача, не более чем в разовой фармакопейной дозе, в виде растворов низкой концентрации. Применяют лекарственные вещества, молекулы которых обладают подвижностью в электрическом поле.

Для ускорения рассасывания «кожного депо» лекарственного вещества, образующегося при процедурах электрофореза, и усиления лечебного эффекта, применяют грелки, лампу Минина или соллюкс, легкий массаж, теплый дождевой душ.

Массаж. С помощью массажа можно целенаправленно изменять функциональное состояние организма. Тонизирующее действие массажа проявляется в усилении процессов возбуждения в центральной нервной системе. С одной стороны, это объясняется увеличением потока нервных импульсов от проприорицепторов массируемых мышц в кору больших полушарий головного мозга, а с другой — повышением функциональной активности ретикулярной формации головного мозга. Успокаивающее действие массажа проявляется в торможении деятельности центральной нервной системы, вызываемое ритмичным и длительным раздражением экстера- и проприорицепторов. Трофическое действие массажа связано с усилением тока крови и лимфы и улучшением доставки клеткам тканей кислорода и других питательных веществ. Энерготропное действие массажа направлено главным образом на повышение работоспособности нервномышечного аппарата. Это достигается за счет:

-          ускорение ферметотивных процессов и повышение скорости сокращения мышц, увеличения температуры массируемого участка;

-          улучшение обмена веществ в мышцах;

-          увеличение образования ацетилхолина, что способствует ускоренной передачи нервного возбуждения на мышечные волокна;

-          увеличение содержания гистамина, обладающего сосудорасширяющим эффектом.

Нормализация функций организма под влиянием массажа проявляется главным образом в регуляции динамики нервных процессов в коре больших полушарий головного мозга.

Ниже описывается проект физиотерапевтического прибора для лечения болезней позвоночника, которые очень распространенны в современном обществе. Прибор совмещает три функции: электрофорез, магнитное воздействие и легкий ударный массаж. Воздействующая на организм человека часть представляет собой прямоугольный блок, который помещается на кушетку и положение которого может меняться. В блок вмонтированы два электрода расположенные на расстоянии 15 см друг от друга, шириной 5 см и длиной 10 см. Пластины находятся на пружинном основании и при надавливании они уходят в углубление. Поверх пластины можно помещать ткани, смоченные в лекарственных растворах. Между пластинами помещены пять вмонтированных магнитных катушек. Максимальный ток проходящий через пластины 30 мА, напряжение не более 25 В, магнитное поле создаваемое каждой катушкой лежит в пределах 40 ± 5 мТл. Также между пластинами электродов имеются восемь катушек массажа (при подаче тока стержень втягивается с одной стороны и ударяет пациента с другой)

Существует два режима работы электрофореза:

1)                 Режим постоянного тока, при котором половину заданного времени на одном электроде положительный потенциал, а на другом отрицательный, другую половину полярность меняется;

2)                 Импульсно-переменный ток. На электроды подается пачки прямоугольных двуполярных импульсов, частота колебания пачки 5 кГц, длительность пачки 0.5 сек., пауза 1 сек. При проведении процедуры электрофореза амплитуда сигналов регулируется.

Существует два режима магнитотерапии:

1)                 Переменное поле. Переменный ток с частотой 5 кГц одновременно подается на все катушки;

2)                 Бегущее поле. Импульсы тока с частотой 5 кГц подается поочередно на каждую катушку. Переход тока с одной катушки на другую происходит через 0,5 сек.

На передней панель прибора присутствует ЖК-дисплей, причем зона отображения информации разделена на пять полей, и врач может разделить процедуру на пять интервалов. В каждом интервале задается тип воздействия, его длительность (максимальное время до 20 минут), при задании электрофореза уровень силы тока. По полю каждого электрода перемещается курсор в виде темного блока. Врач может использовать не все интервалы.

Рис. 1. Вид дисплея прибора (пример)

На рисунке 2 и 3 приведены внешняя панель прибора и блок элементов воздействия, соответственно.

Рис. 2. Внешняя панель прибора

На рисунке 2 обозначено: 1 — клавиша «старт процедуры»; 2 — клавиша «режим переменного магнитного поля»; 3 — клавиша «режим «бегущего» магнитного поля»; 4 — клавиша массажа; 5 — клавиши перемещения курсора; 6 — клавиша «стоп процедуры»; 7 — клавиша «режим постоянного тока»; 8 — клавиша «режим импульсного тока»; 9 — регулятор силы тока; 10 — регулятора времени интервала.

Рис. 3. Блок элементов воздействия

Функциональная схема, представлена на рисунке 4 и состоит из блоков: В — выпрямитель; Ф — фильтр; МТП — магнитно-транзисторный преобразователь; ЭМ — электромагниты; ТК — тиристорный контактор; УМ — усилитель мощности; ПЭф — пластины электрофореза; ШР — широтно-импульсный регулятор; ДЗ — драйвер звука; МК — матрица контактов; ИНУТ — источник напряжения управления током; РГ — резистор; БФ — буфер; КО — контроллер отображения; LCD — ЖК-дисплей; ВК — вентильный контактор; ПР — полупроводниковое реле; ЭМ — электромагниты массажа.

Схема работает следующим образом. Сетевое напряжение выпрямляется, фильтруется и поступает на магнитно-транзисторный преобразователь, на выходе которого формируется переменное напряжение несинусоидальной формы частотой 5 кГц. Данное напряжение используются и в процедуре электрофореза и при магнитотерапии. В катушки, создающие магнитное поле, напряжение с выхода магнитно-транзисторного преобразователя поступает через тиристорные контакторы, задача которых включить катушки в определенном порядке на определенное время. Управляет тиристорными контакторами микроконтроллер через усилитель мощности (в регистр записывается соответствующий код). Перед каждым усилителем мощности находится логический элемент «И-НЕ» на один вход которого подаются импульсы с таймера микроконтроллера с частотой 100 кГц (модулируется управляющий сигнал). Для электрофореза напряжение с выхода МТП регулируется широтно-импульсным способом и поступает на пластины без изменения через вентильный каскад. Управляющие воздействия также модулируются. Электромагниты массажа включаются/выключаются напрямую микроконтроллером через полупроводниковое реле. Обслуживание клавиатуры возлагается на микроконтроллер, который записывает в регистр позиционный код. Считывание кода клавиатуры происходит через буфер. Отображение информации поле звуковым так и символьным способом происходит через соответствующие элементы, подключенные напрямую к портам микроконтроллера. Устройство контролирует ток в защитных функциях, посредством внутреннего аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, куда поступает сигнал со схемы “источника напряжения управляемым током”, подключенного к выходу вентильного контактора. Поскольку АЦП измеряет постоянное напряжение, то перед соответствующим входом присутствует выпрямитель.

Рис. 4. Функциональная схема устройства

Таким образом, данный прибор полезен для лечения позвоночника в поясничном и крестцовом отделах. Однако данными проблемами воздействие аппарата не ограничивается.

Литература:

1.         Данченко, А. П. Физиотерапевтические процедуры/А. П. Данченко, — М.: Высшая школа, 1988. — 342 с.

2.         Капранов, В. Д. Физиология человека/ В. Д. Капранов — М.: Высшая школа, 1985. — 208 с.

3.         Приходько, П. П. Анатомия/ П. П. Приходько- М.: Медицина, 1983. — 256 с.