智能控制多功能康復關懷腦卒中治療組合系統的設計與應用

張 博李 旭

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智能控制多功能康復關懷腦卒中治療組合系統的設計與應用

張 博①李 旭①

張博,男,(1979- ),碩士，工程師。泰安市中心醫院設備科，從事醫療設備管理工作。

目的：設計一款面向腦卒中患者的新型康復治療系統，幫助患者在康復床上完成康復治療。方法：通過機械技術設計治療組合系統的基本構造，采用電路及無線控制系統實現其功能，運用3G、4G智能化原理將“全球眼”系統嵌入其中，以提高系統的人性化設計。結果：通過在多家醫院進行康復理療、護理康復、臨床康復及臨床理療等的應用，使醫院的社會效益和經濟效益明顯提高，其應用效果得到患者和臨床醫生、康復治療師的認可。結論：智能控制多功能康復關懷腦卒中治療組合系統，可用于腦卒中的輔助康復治療，能夠降低患者的護理費用，節約大量社會資源，提高醫護人員的工作效率。

智能控制；康復系統；腦卒中；治療組合設計

①泰安市中心醫院設備科 山東 泰安 271000

隨著腦卒中診斷治療水平迅速發展，極大提高了患者的存活率，但仍有80%的存活者遺留運動、感覺和語言等不同程度的功能障礙，同時患者心理也受到極大創傷，常表現為抑郁、悲哀及自卑等心理狀態，性格變得暴躁，嚴重影響患者生存質量，給患者家庭及社會帶來沉重的負擔[1]。

目前，康復訓練促進腦梗死后神經功能恢復已逐漸形成共識，近年來的相關研究表明，腦組織具有功能重組及可塑性，神經功能恢復在此理論基礎上得到發展[2-3]。科學的功能訓練，使腦垂體分泌大量的活腦多肽來修復受損的腦細胞以及讓休眠的腦細胞來代替死亡的腦細胞功能，使功能重組的腦細胞與受損功能之間架起信息橋梁，通過功能訓練刺激腦重組細胞，以恢復受損部位，達到康復的目的[4-6]。為此，本研究設計一款新型智能控制多功能康復關懷腦卒中治療組合系統，用于腦卒中肢體功能障礙合并感覺障礙的患者，在傳統治療手段基礎上，合并多種功能訓練，以達到患者重返社會的目的。

1 腦卒中治療組合系統設計

所設計的腦卒中治療組合系統是一種新型的智能化多功能電動康復床，該康復床具有床與輪椅轉換、床身直立、電動行走、自動避障、手動/定時體位調節和輔助大小便等功能，為患者提供了一個綜合性的生活醫療平臺，其系統結構如圖1所示。

圖1 多功能康復關懷腦卒中治療組合系統結構圖

該系統能夠對患者進行患肢放松、運動訓練、生活訓練及語言康復等多方面治療，將原來對患者分散治療設計為集中康復，極大節省了患者及其家屬的時間。此外，通過“全球眼”系統使患者的心理得到安慰，有助于減少患者的悲觀情緒，提高患者康復的自信心[7-9]。

2 腦卒中治療組合系統結構

2.1 機械結構與功能

該系統床架材料為矩形鐵管，分為上、下兩層：①上層放置懸吊式康復器具、餐桌等基本附件，床體背部可折疊，可左右翻身，床架采用方格網設計，增加透氣性，上面放置長軸方向柱狀、交替充氣型氣墊，可提高患者舒適度，降低壓瘡發生概率；②下層床架中部設置便盆孔，由驅動電機驅動便盆運行，下肢承托部分為獨立式，增加萬向輪使雙腿可分開自由活動，增加患者的舒適感，增設驅動電機可以驅使床體自由行走。

2.2 電路控制

系統大部分指令靠驅動電機完成，其設計理念為：針對患者的運動障礙，增加患者各種動作的可能性，使患者肢體恢復達到滿意的效果。本系統設計有5個伺服驅動電機，即左、右后腿驅動各1個，后背折起驅動1個，左右側翻驅動1個，便盆控制驅動1個，可實現無線遙控。在電路控制中配有12路無線接收器，工作頻率為315 MHz。12路無線接收器分別對應控制了12個繼電器來執行各個動作，12路繼電器又分別控制了5個伺服電機電源來完成相應功能的動作和左右側翻時手動及自動的切換，當按下自動控制鍵時左、右側翻控制由可編程序控制器(programmable logic controller，PLC)編程繼電器完成控制(如圖2所示)。

圖2 繼電器編程圖

2.3 康復系統

為了便于患者恢復四肢功能，系統設計有彈力手握器和蹬力車：①在床體上方固定門形框架，在框架的頭側設置了彈力手握器，左、右兩側各1個，以做兩臂鍛煉使用，有效防止患者上肢肌肉萎縮；②在床體的下方配有腳踏功能的蹬力車，患者可用其做下肢被動或主動功能鍛煉。其中，患者被動運動作用是促進肢體血液循環，維持關節韌帶活動度，減輕肌肉痙攣，主動運動作用是提高中樞神經系統緊張度，活躍各系統生理功能，預防并發癥。此外，蹬力車設有液晶顯示屏顯示做功大小，表征患者運動量，患者可通過調整阻力旋鈕加大或減小阻力以達到增加或減小腳踏蹬力的目的。

2.4 關懷系統

系統兩側護欄可自如收放，護欄抬起時可橫置餐桌，以供餐飲或電腦娛樂等使用，可使患者身心放松，更好地面對治療。系統床體中部設計有便盆孔，患者可自行完成驅動便盆位置的移動，使患者可獨立完成排便，有效保護患者的隱私。同時，設計有恒溫噴淋系統，由自吸式加壓泵、恒溫加熱器以及帶手控開關的噴淋頭3部分組成，用于患者便溺后的沖洗，增加患者的清潔舒適感覺。當后靠背折起時，同時兩腿承托部分呈下彎狀態，此時床體猶如沙發，可洗腳和休息。

2.5 “全球眼”系統

“全球眼”系統，是由攝像頭組網將視頻信號傳輸至碼分多址(code division multiple access，CDMA)基站，可使在遠處的監護人利用3G、4G智能手機或電腦觀察到康復者的實時圖像并能夠對話，使患者在康復床上可看到親屬并聽到他們的祝福，得到心理安慰，起到愉悅身心、增強治療效果的作用。此外，其他的攝像頭可使醫護人員分別觀察到周圍情況等。

3 討論

3.1 系統功能優勢

該系統集機械、電氣、康復及人文關懷等功能于一體，可實現患者左右側翻、背部折起、便溺、左右下肢分別運動、防墜床、用餐、上肢鍛煉、下肢蹬車鍛煉、洗腳、恒溫水沖洗、全球眼影、音監視及無線遙控等12種功能，整體設計充分滿足患者在康復過程中的各種需求，使患者在愉快的環境下進行康復治療。

3.2 人文關懷的體現

系統根據患者可能產生的悲傷、自卑及抑郁等心理狀態，以人文關懷角度進行設計，其中包括驅動電機自動便溺功能、恒溫水噴淋功能，既保護了患者隱私，又使患者得到清潔；恒溫飲用水功能，增加了患者的舒適度，“全球眼”聲像功能可使患者身心愉悅，其功能增強了患者戰勝病魔的信心，增加患者康復治療的效果[10-12]。

3.3 系統開發成本

PLC編程控制器的采用較傳統的步進電機控制智能化集成度高，成本低，伺服電機不再需要計步采樣器，因此控制器體積縮小50%，價格由1500元下降至1000元，且左、右側翻控制程序調整簡便快捷。恒溫水系統中小型自吸加壓水泵的設計，雖然出水量不大(2.5 L/min)，但水壓大(0.4 kPa)，符合上述要求的水泵體積直徑均＞100 mm，采用制藥行業壓力泵經膜片改進，能夠達到使用要求。

3.4 系統應用的普及

該系統開發是針對越來越多的腦卒中患者，尤其是老齡患者愈來愈多，為老人進行康復治療困難較大。目前的應用效果顯示，本系統不但對治療腦卒中患者具有良好的康復效果，同時也得到了臨床醫生、康復理療師的一致認可。此外，系統集多功能于一體，操作簡單，可廣泛應用于醫院、福利院、康復機構及家庭等場所。

4 結語

腦血管病已成為當今社會第三大死亡原因及首位致殘因素[13-14]。隨著中國老齡化社會的到來，發病率呈明顯上升趨勢，我國腦卒中發生率正以每年8.7%的速率上升[15]。因此，研制針對腦卒中救治幸存者的多功能康復關懷組合系統刻不容緩。本系統能夠調節患者中樞神經系統的興奮抑制過程，促進局部肢體的血液和淋巴循環，從而防止或減輕肌肉骨骼的廢用性萎縮[16-17]。應用實踐表明，實現長期、穩定的康復訓練可最大限度地使患者恢復生活自理能力，提高其自信心和自尊心，促進康復效果。臨床應用表明，本系統不僅適用腦卒中患者及相關癥狀人群，還同樣適用于由于外傷導致偏癱患者，使醫院的社會效益和經濟效益明顯提高，推廣使用的前景廣闊。

該系統在衛生方面、康復理療器具方面仍有改進的空間，并將進一步加強標準化、關鍵部分模具化及批量化生產，盡早服務于廣大患者。對提高患者的生活質量，加速腦卒中的康復進程，降低潛在的人工護理費用，節約社會資源方面起到應有的貢獻[18]。

[1]王萬利.腦卒中偏癱患者接受系統康復護理干預對肢體運動功能及日常生活能力的影響[J].中國臨床康復,2005,9(21):14-15.

[2]畢妍貞,余茜.康復訓練對腦梗死大鼠腦組織結構和功能的影響[J].中國臨床康復,2006,10(26):151-153.

[3]王妍,熊杰.不同類型矯形器在腦卒中偏癱患者應用中的功能效應[J].中國組織工程研究,2013,12(42): 7475-7480.

[4]馬平許,鄒艷燕,朱士文,等.早期強化步行基本功訓練對腦卒中偏癱患者步行和日常生活活動能力的影響[J].中國康復醫學雜志,2012,11(27):1066-1068.

[5]郭效德,王美蓮,趙先偉,等.康復訓練聯合針刺干預對腦卒中后抑郁及日常生活活動能力的影響[J].中華物理醫學與康復雜志,2012,34(9):711-712.

[6]饒玲軍,謝叻,朱小標.下肢外骨骼行走康復機器人研究與設計[J].機械設計與研究,2012,28(3):24-26.

[7]張立勛,李長勝,劉富強.多模式下肢康復訓練機器人的設計與實驗分析[J].中國康復醫學雜志,2011, 26(5):464-466.

[8]吳毅,吳軍發.腦卒中康復干預的基礎研究和臨床研究[J].中國康復醫學雜志,2011,26(8):701-703.

[9]孫麗,蔣金鵬,車媛,等.腦卒中偏癱早期介入康復的療效觀察[J].中國醫學裝備,2014,11(1):87-88.

[10]李輝,傅建明,顧旭東,等,下肢康復機器人訓練聯合心理干預對腦卒中后抑郁及肢體功能恢復的影響[J].中華物理醫學與康復雜志,2013,35(8):630-633.

[11]王建華,楊秀蘭,張宏,等.系統性健康教育對腦卒中患者肢體功能恢復的影[J].中華現代護理雜志, 2013(33):4106-4108.

[12]陳云芳,方一芳,黃麗琴,等.腦卒中患者早期肢體功能鍛煉的依從性調查[J].中華物理醫學與康復雜志, 2013,35(8):616-617.

[13]楊玉麗.早期綜合康復鍛煉對急性腦卒中偏癱患者肢體功能康復的影響[J].中國實用神經疾病雜志, 2012,15(15):75-77.

[14]譚永霞,劉建國,戚曉昆,等.下肢過早負重對腦卒中偏癱患者肢體運動功能的影響[J].腦與神經疾病雜志, 2013,21(1):34-36.

[15]楊俊友,白殿春,王碩玉.全方位輪式下肢康復訓練機器人軌跡跟蹤控制[J].機器人,2011,33(3):314-318.

[16]孫洪穎,張立勛,王嵐.臥式下肢康復機器人動力學建模及控制研究[J].中國康復醫學雜志,2010, 20(7):733-738.

[17]方濤濤,韓建海,王會良,等.新型臥式下肢康復訓練機器人機械系統設計[J].康復工程,2013,23(3): 246-250.

[18]劉志霞.探究腦卒中早期康復護理對關節攣縮和肩手綜合征的影響[J].中國醫學裝備,2014,11(4):41-44.

Objective: To design a new rehabilitation system for cerebral apoplexy patients, and help patients complete rehabilitation treatment on the bed.Methods: Design the basic structure of the system through mechanical technology, make the realization of the function by using circuit and wireless control system, global-eye system was embedded in it by using the principle of the 3G to 4G intelligent technology for improving the humanized design of the system.Results: Through application in physical therapy, nursing, clinical rehabilitation, and clinical therapy in hospitals, it achieved good economic and social benefits, got the recognition of patients, clinicians and rehabilitation therapists.Conclusion: It can be used for the treatment of cerebral apoplexy, reduce medical expenditure, save amount of social resource and improve the work efficiency of medical staff.

Intelligent control; Rehabilitation system; Cerebral apoplexy; Multi-functional

[First-author’s address] Equipment Department, Tai-an Central Hospital, Tai-an 271000, China.

Research on the design and application of the intelligent control and multi-functional combination of rehabilitation care system in treatment of cerebral apoplexy

/ZHANG Bo, LI Xu// China Medical Equipment,2016,13(2):33-35.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.02.010

1672-8270(2016)02-0033-03

R197.39

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2015-12-01