Vibrační analgetický a léčebný systém
Oblast techniky
Přístroje napájené elektrickým proudem pro použití při předcházení a léčbě bolestivých stavů především v oblasti páteře, které jsou stále častější příčinou pracovní neschopnosti, a to zejména pracovníků, kteří používají výpočetní techniku při své práci. S klesajícím věkem uživatelů informačních technologií, které mají obrazovku a klávesnici a nutí uživatele k zdravotně nevhodnému strnulému sezení, jde o problém stále naléhavější, který má charakter civilizační choroby. Porucha statiky i dynamiky páteře, která začne zpravidla v tzv. dolní oblasti zad (low-back) a projevuje se bolestí a ztuhlostí této části našeho axiálního skeletu (low-back-pain), se může polo stupně zhoršovat a vzniknout i trvalá invalidita.
Dosavadní stav techniky
Elektrické přístroje používané ve zdravotnictví při léčbě a předcházení bolesti, které odvozují svoji podstatu od periferní stimulace využívají převážně kmitů elektrických nebo mechanických v rozsahu 2 až 200 Hz. Podle kmitočtu se dělí na přístroje používající nízké kmitočty, střední nebo nejčastěji vysoké, kterými se rozumí rozsah od 50 do 200 Hz. Podle uspořádání se rozeznávají tyto typy:
a. přístroje TENS (transdermální elektrická neuro-stimulace). Mají stimulační elektrody, které se přímo a vodivě musí přiložit na ošetřovanou oblast. Jsou koncipovány na základě mikroprocesoru, který dovoluje volbu různých režimů dráždění dané oblasti. Jejich upevnění na kůži je často problematické, vlastní elektrody jsou někdy příčinou alergické reakce na místě nalepení. Pokud má pacient kardiostimulátor, mohou při nevhodném umístění způsobit poruchy rytmu stahů srdečního svalu.
b. Mechanické vibrační s výstředníkem. Jsou to izolované jednotlivé nebo pevně mechanicky spojené systémy, které proto nedovolují vznik náležité úrovně vlastních kmitů ani interfe25 rence v ošetřované oblasti. Mají velkou spotřebu a jsou poruchové.
c. Vibrační s elektromagnetem buzeným střídavým elektrickým proudem, zpravidla odvozeným od kmitočtu sítě. Jejich výkon je dostatečný, ale nejsou plně mobilní a je potřeba zvláště bezpečné konstrukce, aby nedošlo ke zranění elektrickým proudem sítě.
d. Mechanické konstrukce s převody. Jsou málo spolehlivé a vyžadují údržbu.
e. Vodní vibrační systémy. Jsou vhodné jen jako stabilní, například pro léčbu v lázních nebo rehabilitačních odděleních nemocnic. Nejsou mobilní, jsou náročné na vodu a elektrickou energii.
Podstata technického řešení
Na řešení se uplatňují dvě zásady.
a. Přímý kontakt vibračních jednotek s léčenou oblastí dovoluje maximálně účinný přenos mechanické energie kmitů v rozsahu zhruba 30 až 150 Hz a zároveň vznik interferenčních kmitů přímo v ošetřované oblasti. Zvláště neurogenní bolest, která vzniká tlakem na nerv, na tento způsob periferní stimulace dobře odpovídá.
b. Volná, pružná mechanická vazba jednotek, která podporuje vznik interference a maximální přenos do ošetřované oblasti.
c. Teplo vznikající při provozu je odváděno do okolí vibračních jednotek a působí jako léčebná aplikace tepla, vedle vibrací. Tento účinek se uplatní zejména u chronických stavů, kde je sníženo prokrvení svalů a tkání. Teplo také uvolňuje ztuhlost trvale namáhaných svalů, například při dlouhém sedění před monitorem počítače. Dosud používané systémy nevyužívají tepla, naopak jej musí odvádět, aby nedošlo při jejich nízké účinnosti k popálení a motory jsou proto tepelně izolovány.
- 1 CZ 18435 Ul
Výhody popisovaného technického řešení jsou ve srovnání s dosud používanými tyto: účelnější využití mechanické i tepelné energie, lepší přenos základních i interferenčních mechanických kmitů do léčené oblasti, dlouhodobá spolehlivost, nezávislost na napájení sítí, malá spotřeba energie dovolující provoz bez nabíjení 12 i více hodin, podle kapacity akumulátorů, dlouhodobá spolehlivost, která je u mechanických mobilních vibračních systémů dosavadní konstrukce nemožná.
Jednoduchost konstrukce dovoluje snadnou výrobu jak v podmínkách velkých sérií, tak například v chráněných dílnách nebo domácím pracovišti a dává příležitost zdravotně postiženým občanům k uplatnění na trhu práce.
ío Přehled obrázků na výkrese
Technické řešení bude blíže vysvětleno pomocí výkresu. Na obr. 1 je zjednodušené uspořádání vibrační jednotky, kde I je motorek a 2 je výstředník. Na obr. 2 je znázorněn vibrační pás se dvěma jednotkami, 3 vibrační jednotka, 4 je pružný materiál pásu, na kterém jsou připevněny jednotky. Na obr. 3 je schematicky znázorněna interference kmitočtů dvou jednotek, 5 je vibrač15 ní jednotka A, 6 je vibrační jednotka B, 7 znázorňuje vibrace jednotky A, 8 vibrace jednotky B a 9 je interferenční pomalejší vibrace. Označíme-li frekvenci vibrační jednotky A fA a jednotky B fB a hodnotu interferenčního výrazně pomalejšího kmitání ošetřované oblasti fD, která je znázorněna na obr. 3 jako 9, platí následující vztah:
\fA-fB\ = fD [Hz] a dále pokud je frekvence dechu fR a fE je interferenční velmi pomalý kmitočet, který vzniká při léčení bolesti dolních zad, který má stejně jako fD hlavně masážní účinky, platí následující vztah:
\fD-fR\ = fE [Hz].
V případě konstrukce s více jednotkami vzniká daleko bohatší spektrum analgetických i masáž25 nich vibrací.
Konečně na posledním obr. 4 je zjednodušené znázornění jednoho z provedení vibračního pásu, kde 10 je spojení pomocí velcro suchého zipu.
Příklady provedení technického řešení
Vibrační pásy mohou mít dvě nebo více vibračních jednotek. Nejobvyklejší provedení je na obr. 4, kde 4 je pružný upevňovací pás, zpravidla textilní a spojení pásu okolo léčené oblasti je provedeno suchým zipem - velcro, na obr. 4 10.
Jako motorky se osvědčují upravené ventilátory např. velkosti 40 χ 40 χ 10 mm nebo 40 x 40 x 20 a jiné podobné např. od výrobce SUNON. Dodávají se na 5 V, 12 V i napětí vyšší. Vzhledem k napájení dvěma nebo čtyřmi akumulátory AA v jednom nebo dvou SNAP-IN pouzdrech jsou vhodný např. KD1204PFSl.il na 12 V, který je napájen 4 akumulátory. Ventilátory jsou spojeny vedle sebe, paralelně. Při kapacitě okolo 2000 mAh pracuje vibrační pás tohoto provedení okolo 15 až 20 hodin, podle váhy excentru.
Výstředník, excentr je upevněn na jednom z křidélek ventilátoru. Lze použít např. otvorem do křidélka provlečený pájecí trubičkový cín, který je dodáván ve standardních průměrech a pomě40 rech složek cínu a olova, a proto lze podle délky popsat velikost zátěže, aniž by bylo nutno stanovovat skutečnou váhu v gramech.
SNAP-IN 9V konektory dovolují pás zapnout a vypnout, případně použít k napájení i AD/DC adaptéru vhodného provedení.
Přední a zadní stěnu vibrační jednotky jednoduchého provedení tvoří čtverec plošného spoje odpovídající velkosti.
-2CZ 18435 Ul
Celkově je vibrační pás s vibračními jednotkami konstruován tak nenáročně, že je možné jej sestavovat v chráněné dílně nebo domácím pracovišti tělesně nebo jinak postiženého pracovníka.
Při měření vibrací se používá speciální konstrukce stroboskopu, který je řízen obvodem 555 a dovoluje měření kmitočtu jednotek po sestavení. Tento stroboskop generuje záblesky pomocí super-bright LED diod, které jsou výkonově spínány pomocí výkonového MOSFET transistoru. Koncepce stroboskopu dovoluje jednoduchou úpravou odporu nebo kapacity pracovat jak v oblasti vibrací, tj. od 2 do 200 Hz, tak kmitočtech řádově vyšších, do několika kHz. Ve střední oblasti okolo 1 kHz je možné jej použít jako skreeningového stroboskopu pro vyšetřování hlasivek na výskyt počátečních stádií rakoviny hrtanu.
ío Nastavení stroboskopu je jednoduché, neboť jako kmitočtový normál se použije síťový kmitočet, který napájí reproduktor vhodného provedení.