Лікувальні апарати віброакустичної дії

 

 

1.3. Фізична властивість  віброакустичного впливу

 

Процеси катаболізму і метаболізму в організмі відбуваються тільки при контактній взаємодії біологічних субстанцій. Тому наявність механічних функцій клітин і біологічних молекул є необхідною умовою для більшості біологічних і особливо імунологічних реакцій. Для того, щоб реакція відбулась, потрібно безпосереднє зближення взаємодіючих компонентів і їх просторова орієнтація відносно один одного. Механічні мікроколивання, які називаються мікровібраціями, не тільки збільшують частоту контактів і забезпечують зміну орієнтації біокомпонентів у просторі, але і полегшують їх проходження через єндотеліальні щілини і різні мембрани, тобто підсилюють транспортування речовин з капілярів по венозних і лімфатичних капілярах. Механічні коливання присутні в організмі завдяки не тільки  пульсової активності серця (інфразвукові частоти) і судинном’язової активності (звукові частоти), але і завдяки механічному впливу зовнішнього середовища. Внаслідок гемодинамічного бар’єра пульсові коливання у м’язовому просторі значно знижені. Нерідко в наслідок різних причин в області патології знижується і тонус судин, і тоді енергії власних мікровібрацій у цій області може виявитись недостатньо, що призводить до хронізації  патологічного процесу і зниженню ефективності медикаментозної терапії. У цих випадках зовнішня мікровібрація виявляється принципово необхідною.

Основна і пряма фізична властивість  віброакустичної дії – її здатність  збільшувати наскрізний кровотік і  лімфотік.  В основі цього явища  лежить два фізичних ефекти: перший – зниження судинного опору руху крові при впливі мікровібрації визначеної звукової частоти (кожному діаметру судини відповідає своя оптимальна частота), другий – ефект гідродинамічного насоса у венах. Він виникає завдяки наявності клапанів, які під впливом мікровібрації забезпечують не хаотичний, а спрямований рух крові. Цей ефект був відкритий професором А.І. Арічіним. Досліджуючи механізми периферичного кровообігу, він виявив, що м’язові волокна тремтять зі звуковою частотою. “М’яза “співає” на звуковій частоті”, пише він у своїй книзі “Периферичні “серця” людини”. Від такого тремтіння у венах утворюється з однієї сторони розрідження, а з іншої тиск – своєрідний гідродинамічний насос, який і забезпечує прискорений відтік крові (рис. 1.3).

Таким чином, якщо мікровібрація  – це фізичний фактор, який лежить в основі роботи кровообігу організму і служить для зниження периферичного опору капілярної сітки та підсилення венозного відтоку, то, якщо внаслідок якихось причин м’язові волокна перестають тремтіти, як це відбувається, наприклад, у зоні ішемії, то різко понижується кровотік і ішемія підсилюється, доцільно застосувати зовнішню мікровібрацію до відновлення нормального кровообігу.

Враховуючи великий  розкид механічних властивостей молекул, клітин, судин і тканин, бажаним  виявляється вплив мікровібраціями з неперервною змінювальною частотою і амплітудою (рис. 1.4), причому акустичний діапазон з інфразвуковою модуляцією краще корелює з механічними властивостями елементів тканини, ніж інші частоти.

У лікувальному апараті віброакустичної  дії контактним способом створюється мікровібрація тканин шляхом безперервної зміни звукової частоти. Зміна частоти в заданих межах і перехід з одного діапазону в інший відбувається автоматично за програмою.

Частота I діапазону безперервно  змінюється від 20 Гц до 4,5 кГц і оптимізована на максималізацію ефекту гідродинамічного насосу у венах.

Частота II діапазону безперервно  змінюється від 200 Гц до 18 кГц і спрямована на збільшення ефекту пониження гідродинамічного опору в капілярах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Розрахунково-конструкторська  частина

 

2.1. Структурна  схема приладу

 

Структурна схема лікувального апарата віброакустичної дії  зображена на рис. 2.1.

 

Загалом лікувальний  апарат віброакустичної дії складається  з блоку живлення, до якого входять  трансформатор, стабілізатор і фільтр, генератора частоти, підсилювача потужноіті та віброфонів.

Генератор частоти і  підсилювач потужності можуть функціонувати  у двох робочих рехимах, змінюючи амплітуду мікровібрації і модуляцію  частоти.

Нище описано детально принцип роботи апарата.

 

 

 

2.2. Принцип  роботи лікувального апарата  віброакустичної дії

 

Лікувальний апарат віброакустичної  дії складається з електронного блока і приєднаних до нього шнуром двох спарених перетворювачів – віброфонів з мембранами. Електронний блок має вбудовану мереживу вилку. На передній панелі електронного блока розташовані перемикачі режимів віброакустичного впливу. Віброфони апарата контактним способом збуджують мікровібрацію тканин організму, частота мікровібрації безперервно змінюється автоматично за заданою циклічною програмою в межах звукового діапазону. Лівий перемикач керує амплітудою мікровібрацій, правий – включає імпульсну модуляцію частоти. Перемикання режимів можна здійснювати без від’єднання апарата від електромережі.

Під час безпосереднього контакту віброакустичного перетворювача з поверхневими шарами шкіри відбувається проникнення мікровібрацій в тканини (в радіусі і на глибину 7-10 см) і вибірковий вплив на різні біологічні структури.

Шляхом вібраційного впливу, в залежності від частотної характеристики, параметрів модуляції, амплітуди мікровібрацій і області впливу, добиваються наступних ефектів:

1. Підсилення насосних функцій як лімфатичних, так і венозних капілярів і дрібних судин.
2. Збільшення виходу елементів крові (лімфоцитів, еритроцитів тощо) з артеріальних капілярів і кровотворних стволових клітин з кісного мозку у венозний синус.
3. Підвищення провідності інтерстиції у відношенні переміщення катаболітів і метаболітів і збільшення частоти контактів біологічних компонентів в інтерстицій, з рахунок чого інтенсифікуються імунні та інші реакції.
4. Збільшення проникності ендотеліальних щілин  лімфатичних капілярів для крупних лімфоутворюючих фракцій, допомагаючи, тим самим, зниженню онкотичного тиску в тканині та збільшенню виходу в циркуляцію різноманітних медіаторів, які забезпечують більш адекватні системні реакції організму.
5. Прискорення фільтраційних процесів, які відбуваються на пористих мембранах.
6. Збудження механорецепторів (тільця Пачіні, Мейснера, вільних нервових закінчень тощо).

 

 

2.3. Електрична  схема приладу

 

Випрямляч належить до вторинних  джерел електроживлення, для яких первинним  джерелом є мережа змінної напруги. Випрямляч використовується для  перетворення змінної напруги загальної  мережі у постійну.

Випрямляч  складається  з  трансформатора  живлення,  який  змінює  напругу,  вентилів,  що  випрямляють  змінну напругу,  та  згладжуючого  фільтра.  Вентиль  представляє  собою  нелінійний  елемент,  опір  якого  в  прямому  напрямі  в  сотні  тисяч  разів  менше,  ніж  у зворотному.  В  якості  вентилів  використовують  напівпровідникові  діоди.

Основні  параметри   випрямлячів – це  напруга  та  частота  мережі  живлення  і  їх  відхилення  від  номінальних  значень;  повна  потужність,  споживана  від  мережі  живлення  при  номінальному  навантаженні; номінальний  струм  навантаження  і  його  можливі  відхилення  від  номінального  значення;  номінальна  вхідна  напруга;  коефіцієнт  пульсацій  вихідної  напруги.

Випрямляч лікувального апарата віброакустичної  дії виконаний за однофазною мостовою схемою (рис. 2.2) зі згладжувальним фільтром, який починається з конденсатора і, отже, працює на ємнісне навантаження. Таке виконання дозволяє отримати менший коефіцієнт пульсацій, при однакових розмірах, у порівнянні з випрямлячем, який працює на індуктивне навантаження.

Однофазна мостова схема  характерна хорошим використанням  потужності трансформатора. Зворотна напруга на вентилях за даною схемою у два рази менша, ніж при одно- і двонапівперіодних схемах. Напруга  на вторинній обмотці трансформатора при мостовій схемі приблизно у два рази менша, ніж при двонапівперіодній.

Перевага випрямляча, виконаних за даною схемою, –  підвищена частота пульсацій, низька зворотна напруга на вентилях.

Випрямлений струм подається до двох мікросхем КР1533АГ3 та К174УН5.

Включена до схеми  мікросхема КР1533АГ3 є спареним очікуючім  мультивібратором з перезапуском.

Загалом очікуючій мультивібратор (одновібратор) являє собою мікросхему, яка у відповідь на вхідний  сигнал формує вихідний імпульс заданої протяжності. Протяжність визначається зовнішніми часозадаючими резисторами і конденсаторами. На схемах одновібратори позначаються буквами G1.

Позначення АГ3 означає, що в одному корпусі розміщено  два одновібратора з перезапуском.

Одновібратор з перезапуском починає відрахування нового часу витримки Т з кожним новим входом сигналу незалежно від того, чи завершився попередній час витримки. У випадку, якщо період слідування вхідних сигналів менше часу витримки Т, вихідний імпульс одновібратора з перезапуском не переривається.

Кожен з мультивібраторів мікросхеми має два входи для  запуску – А і В, вхід скидання – R, виводи С і RC для підключення  часозадаючих елементів, прямий та інверсний  вихід. Умовою запуску мультивібратора  є зміна вхідних сигналів, внаслідок якої з’являється наступне поєднання – логічний 0 на вході А, логічна 1 на входах В і R. Початковий стан для запуску – будь-яка невідповідність вказаній вимозі.

Різниця між входами  В і R полягає у тому, що логічний 0 на вході R припиняє генерацію імпульсу і примусово встановлює виходи мільтивібратора у початковий стан незалежно від стану інших входів.

Протяжність імпульсу у  одновібратора АГ3 можна оцінити  за формулою:

T = 0,32C(R + 0,7),

R – опір резистора, (5,1...51 кОм);

С – ємність конденсатора, (нФ).

Перезапуск одновібратора можливий тільки у тому випадку, якщо інтервал між вхідними запускаючими імпульсами більший за 0,224С.

За схемою два одновібратора  використано для побудови генератора прямокутних імпульсів. Для цього  вони між собою замкнуті у кільце так, що кожен з них запускає інший після закінчення свого вихідного імпульсу. Один одновібратор формує протяжність імпульсу, а інший визначає паузу між імпульсами.

Мікросхема К174УН5 є  підсилювачем потужності і призначена для підсилення сигналу сформованого мультивібратором.

З підсилювача сигнали  прямують до віброфонів, які є електродинамічними випромінювачами. Вони складаються  з магнітної системи і діафрагми (мембрани). Під дією магнітного потоку мембрана коливається в межах  звукового діапазону.

 

2.4. Розрахунок блоку живлення

 

Споживана потужність лікувального апарата віброакустичної дії  не перевищує 8 Вт.

Струм первинної  обмотки трансформатора визначається за формулою:

 

                             (2.1)

 

де і – порядковий номер обмотки;     – складові струму первинної обмотки, обумовлені струмами відповідних вторинних обмоток. Струми обмоток, навантажених випрямлячами, визначаються при розрахунку випрямляча.

Для живлення приладу необхідно мати  напругу  на вторинній обмотці трансформатора: U₍₂₎ = 20В;     І₍₂₎ = 0.4А. 

.

Отже

І₁= 0,036А.

Габаритна потужність трансформатора визначається як:

 

,                                            (2.2)

 

де  - к.к.д. трансформатора.

При габаритній потужності менше 20ВА приймають  = 0,75...0,95, при потужності більше 20ВА,   = 0,9...0,95

Оскільки даний трансформатор  живлення є малопотужним, то приймаємо  = 0,85.

Тоді, згідно  наведеної  вище формули

 

 ВА

 

Визначаємо добуток  , см²

 

,                         (2.3)

де S_M – середня площа січення магнітного кола, см²;

     S_B – площа вікна магнітопроводу, см²;

     Р_Г – потужність, Вт;

     f – частота живлячої мережі, Гц;

    B_M – амплітуда магнітної індукції в магнітопроводі, Тл;

    j – густина струму в обмотках, А/мм²;

   k_B – коефіцієнт заповнення магнітопроводу;

   k_M – коефіцієнт заповнення сталлю січення стержня  магнітопроводу;

   k_Ф – коефіцієнт форми кривої напруги.

Значення B_M вибираємо згідно [4, ст.116, рис.3.18] в залежності від потужності трансформатора, B_M = 1,35 Тл.

Густина струму j = 5 А/мм² згідно [4, ст.117].

Коефіцієнт k_B тим менший, чим тонші дроти обмоток. Для броньових трансформаторів з потужністю менше 15Вт, коефіцієнт  k_B = 0,22...0,28.

Коефіцієнт k_M залежить від товщини листів і виду їх ізоляції. Приймемо що пластини ізольовані лаком одна від одної і їх товщина становить 0,2мм, тоді k_M = 0,85мм [4, ст.117].

Коефіцієнт k_Ф = 1,11 при синусоїдальній формі напруги [4, ст.117].

 

см².

 

Вибираємо магнітопровід  і визначаємо його розміри [4, ст.112, табл.3.13], [4, ст.112, табл.3.14].