Аппарат физиотерапии Амплипульс-МИО

Автор: Andrey_B
Опубликовано 09.11.2020
Создано при помощи КотоРед.

Современный жизненный уклад среднестатистического человека насыщенный ездой на автомобиле, работой за компьютером и другими малоподвижными занятиями, провоцирует специфические недуги. Как правило, эти недуги связаны с опорно-двигательным аппаратом. Раньше люди взрослели во дворе, гоняя без конца в футбол и занимаясь другими не менее активными вещами. Теперь резко возросшие возможности информационных технологий заставляют людей взрослеть сидя, зависая в сети. Как следствие всего этого, среди круга знакомых начиная с возраста 40+ очень много людей имеют проблемы с позвоночником или суставами.
Самый правильный рецепт против таких недугов - регулярные занятия спортом. Но не каждый это сможет, так как для этого потребуется серьезно перекроить устоявшийся режим жизни, проявить силу воли, найти время отказавшись от чего-то.

Есть способы уменьшить проблемы попроще, например массаж, или как ближайший по результату воздействия - физиотерапия. А из всех ее разновидностей, одной из самых похожих на массаж по ощущениям, да еще подходящей радиолюбителю по тематике - амплипульс-терапия.
В ее, самой что ни на есть традиционной медицинской основе, лежит принцип пропускания переменного тока синусоидальной формы (в медицинской терминологии синусоидально-модулированные токи - СМТ), силой в десятки миллиампер, частотой 5 кГц, через очаг заболевания. Несущую частоту 5 кГц модулируют синусоидальным сигналом частотой 30 - 150 Гц с разной глубиной, а также чередуют разные варианты частот и глубины модуляции и пауз.

Форма и частота сигнала выбраны эмпирическим путем еще в середине прошлого века, как наименее неприятные, с сильным болеутоляющим эффектом. СМТ широко применяют для лечения многих заболеваний, в том числе хронических, нервно-мышечной системы, системы периферического кровообращения, при болезнях опорно двигательного аппарата, при атрофиях, ЛОР-заболеваниях, в урологии, гинекологии, и др. Так же СМТ используют для ускорения восстановления в период реабилитации после операций или травм. Написаны тонны литературы на эту тему, множество рекомендаций и методических указаний. Для подобной физиотерапии промышленность выпускает целую кучу приборов уже не один десяток лет.

Приборы эти как правило большие и дорогие, кроме того, токи до сотни миллиампер через тело достаточно опасны при бездумном применении, поэтому в продаже не наблюдается большого разнообразия таких приборов, пусть даже в упрощенном виде, для личного, домашнего использования. Зато полно предложений всяких витафонов, алмагов и других чудо-приборов с копеечной себестоимостью, но продающихся за серьезные деньги. Такие приборы "от всех болезней", как правило могут выступать лишь как инициаторы эффекта Плацебо. Они безопасны своим невидимым воздействием, но так же и бесполезны по сути.

Описанные в различных источниках самодельные приборы схожей тематики обычно из-за своей примитивности либо имеют частоту 50 Гц, либо вместо синусоидальной формы сигнала выдают прямоугольную. Такие параметры сигнала конечно удобны для реализации в конструкции, но очень болезненны при воздействии на тело, поэтому силу тока в самодельных приборах как правило, делают слишком маленькой для хорошего терапевтического эффекта.

Описываемый ниже прибор Амплипульс-МИО (далее прибор) создавался как недорогой, доступный для самостоятельной сборки и в тоже время безопасный и удобный для повседневного использования. По своим возможностям он полностью перекрывает промышленные приборы линейки Амплипульс, а в некоторых моментах и превосходит их. Поэтому с ним могут применяться все способы лечения и методические указания, разработанные для промышленных приборов. Широкие функциональные возможности прибора могут потребовать изучения определенного объема информации для его эффективного использования.

Еще одна причина, по которой многим предпочтительно такой прибор иметь в индивидуальном использовании, это возможность бороться с болезнями, имеющими достаточно интимный характер. Так как лечить их в кабинете физиотерапии у посторонних, некоторые люди в силу стеснительности или не могут, или откладывают до последнего, пока не станет поздно.

Дополнительно в приборе расширены возможности по частоте модуляции, глубине и вариантам чередования. Имеется режим однополярного сигнала, который позволяет совмещать физиотерапию с электрофорезом. При этом осуществляется прямой ионный перенос лекарственного препарата к очагу заболевания. Добавлены режимы миостимуляции, которые могут применяться в косметологии, для ухода за кожей, в практиках похудения и коррекции фигуры.

Возможно подключение одной или двух пар электродов для увеличения зоны воздействия или для проведения сеансов терапии сразу для двух очагов, например на разных конечностях. С прибором можно применять любые электроды, предназначенные для промышленных приборов семейства Амплипульс или подобных, имеющиеся в продаже. Потребуется только обеспечить подключение проводов к зажимам прибора.

Существуют упрощенные версии этого прибора: Амплипульс-Микро и Амплипульс-ИК.

Принципиальная схема прибора функционально состоит из нескольких подсистем. Управляющий МК с обвязкой, графический дисплей с ключем управления подсветкой, энергонезависимая память, биппер, энкодер, включены обычным образом и особенностей не имеют.

Подсистема питания имеет несколько узлов. Узел заряда аккумулятора на DA6 повышает напряжение с +5В, стабилизирует зарядный ток и ограничивает выходное напряжение, обеспечивая режим заряда CC-CV. Если конструкция прибора планируется без встроенного аккумулятора, с питанием от внешнего пауэрбанка, то этот узел не монтируется (обведенные на схеме компоненты), вместо него запаивается перемычка R31. Светодиод светится при протекании зарядного тока. Подстроечным резистором настраивается напряжение окончания заряда (погасание светодиода).
Узел на VT1 повышает напряжение аккумулятора до напряжения +12В, необходимого драйверам выходного каскада. Далее это напряжение узлом на VT7 повышается до +50В, которым питается сам выходной каскад. Обратные связи после этих узлов заводятся на АЦП МК. Узел выходного каскада состоит из полумостовых драйверов DA3 и DA4, силовых ключей VT3-VT6 и выходного LC фильтра. ШИМ сигнал для этих трех импульсных преобразователей формирует МК своими многочисленными таймерами.

На микросхеме DD3 собран узел, который позволяет формировать однополярный сигнал. Узел на TR1 - датчик тока, в нем синфазный фильтр используется в качестве трансформатора тока. На оптронах сделан коммутатор, который позволяет подключать 4 электрода. Если достаточно одной пары электродов, то для упрощения можно вместо оптронов поставить пару перемычек.

Компоненты и конструкция. Прибор собран в пластмассовом корпусе с прозрачной крышкой размерами 160х80х75 мм. Сверху, рядом с дисплеем имеется ручка энкодера. По бокам прибора расположены зажимы для подключения четырех электродов, разъем USB для заряда встроенного аккумулятора или питания и выключатель питания.

Печатная плата трассирована в TopoRе. Типы и номиналы компонентов указаны на схеме, большая их часть допускает замены на аналоги и близкие по параметрам. Основа прибора - младший представитель серии 32х-разрядный микроконтроллеров с ARM архитектурой МК STM32F030C8T6, самый дешевый из подходящих по периферии в корпусе LQFP48. Дисплей TFT 320х240@262k, диагональю 2.4 дюйма, 37-выводной, с параллельным интерфейсом, на контроллере ILI9341, один из самых недорогих, куплен тут.

Биппер с генератором на 3-5В. Аккумулятор состоит из 2х последовательно включенных LiIon элементов типа 18650. Батарейный отсек 2х18650 BLOSSOM 18650-PC4 приклеен двухсторонним скотчем ко дну корпуса. Корпус Gainta G258C с прозрачной крышкой. MOSFETы VT3-VT7 на ток более 6А, напряжением более 100В. Драйверы DA2, DA5 - без инверсии, MCP1416R (MCP1416 без "R" имеет другую цоколевку). Или можно собрать на дискретных компонентах.

Энкодер любой подходящий по цоколевке, например серий PEC12R или PEC11R. Некоторые типы энкодеров имеют цоколевку с противоположным направлением вращения или без тактильного эффекта при вращении. В этих случаях нужно установить перемычку на ноги 3 и 4 разъема для программирования, после этого выводы подключения энкодера PA6, PA7 программно поменяются местами. При монтаже датчика тока сначала запаивается дроссель, затем вторичные обмотки - два проводника, продетых через сердечник дросселя. Подстроечный резистор желательно применить многооборотный.

Проект имеет законченный коммерческий вид, поэтому прошу отнестись с пониманием к тому, что не выложены исходники прошивки и печатной платы. К статье прилагаются файлы для изготовления печатной платы как промышленным способом, так и в домашних условиях по лазерно-утюговой технологии. По вопросам исходников и другой дополнительной информации обращайтесь к автору. Полнофункциональная прошивка и остальная информация, изложенная в данной статье позволяет изготовить прибор в домашних условиях радиолюбителю средней квалификации. Сложность может вызвать лишь несколько моментов: заказ или изготовление печатной платы, покупка индикатора, мелкий шаг выводов у МК и его прошивка. Хотя при доступности и копеечной цене программаторов, это не проблема.

Несколько собранных экземпляров прибора показали его высокую повторяемость, конечно при отсутствии ошибок в монтаже. После установки всех компонентов на плату, на контакты подключения аккумулятора нужно подать напряжение +8.3В с лабораторного источника питания, включить прибор и прошить микроконтроллер. Это можно сделать либо с использованием программатора ST-LINK/V2, либо бутлодером через UART.

Если после прошивки информация отображается на дисплее правильно, то его можно приклеить к печатной плате с помощью предусмотренного двухстороннего скотча. Ток потребления прибора должен быть около 60мА, через несколько десятков секунд подсветка пригаснет и ток станет около 40мА.

Далее нужно подключить к клеммам электродов 1 и 2 через миллиамперметр переменного тока (желательно TrueRMS) нагрузку, сопротивление 280 Ом, сумарной мощностью не менее 3 Вт. Параллельно нагрузке - осциллограф (желательно тоже с измерением напряжения TrueRMS).
Включите прибор и удержанием энкодера запустите сеанс (непрерывный сигнал, без чередования, без модуляции). Убедитесь с помощью мультиметра, что напряжения внутренних преобразователей в норме (два серых числа справа на индикаторе примерно 15V и 50V). Затем вращением по часовой стрелке энкодера плавно прибавляйте выходной сигнал до достижения им значения 100мА, контролируя при этом увеличение синусоидального сигнала 5 кГц до размаха 70В от пика до пика. Форма сигнала не должна быть искажена. Показания тока пациента на дисплее тоже должен быть приблизительно равен 100мА. Напряжение на нагрузке при этом составляет около 24-25 Vrms. Потребляемый ток прибора в таком режиме должен быть около 450-500мА. Не должно присутствовать ощутимого нагрева каких-либо компонентов прибора.
Теперь остается только подключить к прибору аккумуляторы, заряженные до 100%, подать напряжение +5В на разъем USB и подстроечным резистором добиться, чтобы светодиод еле тлел.

Электроды, имеющиеся в комплекте, представляют собой пластины из тонкой медной фольги размером 6х5 см. К пластинам припаяны провода, обжатые на концах наконечниками. Провода 0.5 мм кв. автомобильные маслостойкие, сечение и тип оболочки выбирается из соображений прочности, мягкости и инертности. Электроды могут быть различных форм и размеров, но обычно электроды одной пары одинаковые.

Корпус с прозрачной крышкой выбран для большей защищенности прибора и чтобы избежать резки прямоугольного окна под дисплей. Плата крепится к верхней панели гайкой энкодера таким образом, чтобы в прорезанном окне сбоку торчал разъем USB. Рядом с ним в корпусе прорезано окно под выключатель питания. Перед установкой платы на дно прозрачной крыши нужно поместить бумажную этикетку, на которой подписаны номера электродов, их полярность подписаны и нанесена другая информация. На дне нижней части корпуса двухсторонним скотчем прикрепляется держатель для аккумуляторов. Прозрачные боковины верхней крышки можно закрыть полосками белой бумаги, закрепленными с помощью термоклея.

Прибор ни в коем случае нельзя питать или заряжать во время сеанса от сетевого адаптера ! Нельзя также проводить сеанс питая прибор от пауэрбанка, заряжающегося в этот момент от сетевого адаптера. Не допускается вообще ни какого соединения проводами прибора с электросетью, даже через отключенный выключатель.

Обычные адаптеры не предназначены для питания приборов имеющих непосредственный электрический контакт с телом человека, так как не имеют достаточной для безопасности человека изоляции с сетью. И их использование может повлечь удар электрическим током !

Аккумуляторы типа 18650 имеют емкость до 2-3А*ч, а зарядный ток около 0.2А, поэтому время полной зарядки может доходить до суток, зато практически полностью исключает перезаряд. Процедуру зарядки можно производить за несколько приемов.

Отображаемая информация на дисплее:

В правом верхнем углу отображается процент заряда аккумулятора.
Синяя шкала 0%...100%: стилизованное изображение выходного сигнала, движется в режиме терапия.
Белая галка под синей шкалой: указатель регулятора мощности выходного сигнала. Отображается только в режиме терапии.
Справа и сверху серым цветом отображается служебная информация (выходные напряжения внутренних преобразователей и напряжение на аккумуляторе в десятках милливольт). Под ними квадрат, плавно сегментами заполняющийся в течении сеанса.
Желтая строка "Ток пациента": показывает текущий ток в цепи электродов, проходящий через тело пациента.
Номер текущего профиля (всего их 99).
Далее следуют пять настраиваемых параметров профиля:
1. Длительность процедуры (1...99 мин). В режиме терапии происходит обратный отсчет оставшегося времени, с отображением секунд.
2. Модуляция сигнала (нет модуляции, M=10%, M=25%, M=50%, M=75%, M=100%, M>100% меандр, нарастающая пила, мио-1 одинарный импульс, мио-2 парный импульс).
3. Частота модуляции сигнала F= (0.5...200 Гц).
4. Выбор выходного сигнала: двуполярный для обычной физиотерапии или однополярный для электрофореза препаратов. Выбор порядка смены электродов:
поочередная смена пар (1-2, 3-4), круговая смена пар (1-2, 2-3, 3-4, 4-1).
5. Чередование сигналов. Позволяет настроить период смен пар электродов, а так же варианты чередования и длительности различных сигналов и пауз. Чередования:
0.5сек, 1сек, 2сек, 4сек, 6сек, с несущей, с сигналом сниженной мощности, с другим сигналом, с паузой, а также их комбинации.

Управление прибором:

Вращение энкодера вызывает изменение параметра, на который в текущий момент указывает мигающая белая галка.
Нажатие на регулятор: выключение режима терапии (если она была включена), а также переход к следующему параметру меню. Переход происходит по кругу.
Долгое нажатие (удержание) энкодера - включение режима терапии. При этом начинается обратный отсчет времени (цифры времени становятся розовыми).

Краткие рекомендации по использованию.

Традиционное обязательное предупреждение: автор не несет какой-либо ответственности за последствия применения прибора, изготовляя и применяя прибор Вы берете всю ответственность на себя и действуете на свой страх и риск !

Полную информацию по использованию можно почерпнуть в доступных описаниях промышленных приборов линейки Амплипульс и подобных, а также в многочисленных изданиях методических указаний и энциклопедиях по физиотерапии.

Ну и противопоказания, куда ж без них:

1. Злокачественные новообразования или подозрения на них.
2. Активный туберкулез легких.
3. Тромбофлебит в области воздействия.
4. Нарушения функции свертываемости крови.
5. Свежие кровоизлияния в полостях и тканях.
6. Разрывы мышц и связок.
7. Переломы костей с нефиксированными отломками.

Вообще по накопленному опыту применения прибора можно условно все заболевания разделить на две группы: там где ускорение обмена веществ полезно (атрофия, деградация суставов или тканей) и там где вредно (опухоли, различные образования). Вот для первой группы можно применять прибор, для второй - нет.

Порядок проведение сеанса терапии:

Расположите пациента сидя или лежа в наиболее удобном для него положении, так чтобы пребывание его в течении процедуры в этой позе не вызывало у него болей и напряжения мышц. Мышцы при проведения воздействия, особенно в области расположения электродов, должны быть максимально расслаблены.

Подготовьте электроды. Два или четыре электрода из комплекта оберните в гидрофильные прокладки, предварительно смоченные в теплой водопроводной воде и отжатые. Гидрофильная прокладка представляют собой несколько слоев светлой (без красителя) ткани. Общая толщина прокладки между телом и электродом должна быть около 1 см. Гидрофильная прокладка должна располагаться так, чтобы исключался непосредственный контакт металла электрода с телом пациента.

При совмещении процедуры физиотерапии и электрофореза, гидрофильная прокладка электрода соответствующей полярности, пропитывается раствором лекарства (лекарства и их "полярность" можно найти в различных источниках). При этом важно соблюдение полярности подключения к гнездам (красные гнезда - положительные, черные - отрицательные).

Зафиксируйте подготовленные электроды на теле пациента. Для этого можно воспользоваться эластичным бинтом, мешочками с песком, или если позволяют условия, весом тела пациента. Расположите электроды так, чтобы по возможности действующий ток проходил через очаг патологического процесса.

Подключите к прибору электроды с соблюдением полярности в случае совмещения физиотерапии с электрофорезом.
Включите прибор, затем нажатием на регулятор сделайте активным пункт профиля. Вращением энкодера выберите профиль с нужными параметрами. Или настройте параметры сеанса, для этого нажатием на регулятор переходите последовательно от параметра к параметру, выбирая нужное значение вращением энкодера.

Далее удержанием энкодера включите режим терапии, при этом произойдет запоминание параметров в текущем профиле в энергонезависимой памяти.
Плавным вращением энкодера отрегулируйте действующий ток. Вращение по часовой стрелке увеличивает силу тока. Действующий ток выбирают по ощущениям пациента, они должны быть достаточно выраженные, но не вызывать неприятных ощущений. Если выбран режим чередования с паузой, для удобства настройки, пока вращается ручка энкодера тока, пауза в последовательности сигнала будет пропускаться.
В случае необходимости прервать сеанс терапии нужно нажать на регулятор или
выключить прибор.

По окончании процедуры прозвучит звуковой сигнал и прибор автоматически выйдет из режима терапии. Если в процессе терапии по какой-то причине тока пациента превысит 105 мА так же произойдет автоматическое отключение режима терапии.

Для одновременного воздействия на два отдельных очага патологического процесса (например на двух конечностях) нужно выбирать режим поочередной смены пар электродов, для первого очага пара электродов 1+ 2-, для второго - 3+ 4-. В таком режиме исключается прохождение тока между электродами разных очагов.

Для воздействия на достаточно большой участок тела можно выбрать режим кругового движения тока. Для этого нужно разместить четыре электрода вокруг такого очага по порядку нумерации на передней панели: 1,2,3,4. При этом электроды одной полярности оказываются друг относительно друга по диагонали. Ориентируясь на ощущения пациента, допускаются и другие варианты расположения электродов, например вдоль конечности.

Ну и напоследок еще раз. Помните, между электродами может протекать значительный ток, поэтому относитесь к процессу терапии с осторожностью и вниманием. Никогда не располагайте электроды на теле так, чтобы ток протекал через внутренние органы непрогнозируемо, т.к. это может привести к серьезным последствиям вплоть до летальных. При бездумном отношении, прибором можно нанести не меньше вреда, чем охотничьим ножом.

ЗЫ: Вырезки из энциклопедий и описаний похожих промышленных приборов https://yadi.sk/d/1r0dsl4u3am3Fj

Файлы:
перечень элементов и деталей.
гербера печатной платы для заказа на производстве
монтажная схема
принципиальная схема.
этикетка для корпуса.
Принципиальная схема r3
внешний вид.
Прошивка v12
Паспорт

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Микроконтроллеры. Начало. STM32.

Простой универсальный функциональный генератор ГА71

Modbus и stm32

Измеритель всего, что попадется под руку (RLC-метр)

Щуп измеритель RLC-71 + Тестер полупроводников

Многофункциональный частотомер FC-71