便攜獨立式下肢牽引裝置的設(shè)計

蔡雪花 許新建 湯棟生 張志芳 毛坤劍*

目前，現(xiàn)行的很多醫(yī)用下肢關(guān)節(jié)牽引裝置均采用重錘牽引，將外力施加于患者的下肢關(guān)節(jié)，通過牽拉作用以達(dá)到解除肌肉痙攣及下肢關(guān)節(jié)負(fù)載等目的[1]。傳統(tǒng)的下肢關(guān)節(jié)牽引裝置必須依靠牽引床或者病床等外部設(shè)備來固定，方能進行固定牽引治療，而這種牽引裝置需固定在某一地點方可使用，不適合野戰(zhàn)醫(yī)療、機動醫(yī)療和戶外牽引治療。患者在做牽引治療時，想更換外部環(huán)境，傳統(tǒng)的牽引裝置不方便固定，導(dǎo)致使用麻煩，不方便攜帶[2]。基于此，本研究設(shè)計一種便攜獨立式下肢牽引裝置，實現(xiàn)機動醫(yī)療和戶外牽引功能。

1 便攜獨立式下肢牽引裝置的設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

將整個下肢牽引裝置進行一體化設(shè)計，便于攜帶安裝，通過調(diào)節(jié)不同的滑動輪和配置砝碼來選擇患者所需的牽引力的大小和角度，通過牽引電機來控制患者所需牽引的速度[3]。裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由配重底座、支撐板、牽引繩、牽引固定帶、支撐輪、滑動輪、滑動輪支撐桿以及配重砝碼等組成。配置底座與支撐板緊密封裝，滑動輪與滑動輪支撐桿緊密封裝，再固定在支撐板上，做為整個牽引裝置的固定架。支撐輪固定在支撐板頂上的中間，通過牽引繩支持配置砝碼[4](如圖1所示)。

圖1 便攜獨立式下肢牽引裝置結(jié)構(gòu)示意圖

裝置系統(tǒng)的牽引力由配置砝碼產(chǎn)生，通過牽引繩來傳遞牽引力。牽引繩采用“Y”型結(jié)構(gòu)，一端通過彎鉤連接所需的配置砝碼，另外兩端通過彎鉤連接牽引帶，完成牽引力的傳遞。根據(jù)患者牽引力的不同，選擇不同的配置砝碼。同時，根據(jù)患者下肢牽引力所需的角度，選擇不同的滑動輪來支持配置砝碼。本系統(tǒng)配重的砝碼重量有1 kg、2 kg、3 kg、4 kg和5 kg，根據(jù)患者下肢對牽引力的不同需求自由組合配重，以達(dá)到對牽引力的需求[5]。

裝置的牽引帶由復(fù)合布、尼龍帶、固定環(huán)、粘扣等組成，采用人體工程學(xué)設(shè)計，可根據(jù)患者下肢的外形調(diào)節(jié)松緊度，最大限度的保持患者使用時的舒適度[6]。在牽引過程中，可以通過電機牽引整個下肢做左右運動，整個電機和控制板內(nèi)置在配重底座里面，電機通過傳動機構(gòu)帶動牽引板進而帶動下肢做牽引運動。整個系統(tǒng)采用大容量可充電電池供電，滿足患者戶外牽引的要求[7-8]。

1.2 電路設(shè)計

采用AT89C51主芯片，其電路部分包括主控制電路、電源電路、電機驅(qū)動電路、按鍵電路、液晶顯示電路及報警電路等(如圖2所示)。

圖2 控制電路系統(tǒng)框圖

1.2.1 電源控制電路

電路系統(tǒng)采用2塊12 V的可充電電池供電，一路通過減壓電路和穩(wěn)壓電路降到5 V給主控制供電，另一路供直流電機供電；電池電壓經(jīng)過Z1開關(guān)和變壓器UI后，又經(jīng)過穩(wěn)壓芯片7805后輸出5 V給主控制芯片供電[9](如圖3所示)。

圖3 電源控制電路圖

1.2.2 液晶顯示電路

液晶顯示電路系統(tǒng)通過液晶顯示觀看設(shè)定的牽引速度、牽引角度和牽引時間，以及相關(guān)的報警信息。系統(tǒng)采用的液晶為1602A，一方面DB0～DB7連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804，用于顯示采集的牽引位置和牽引角度，另一方面用于連接主控器AT89C51，用于顯示系統(tǒng)設(shè)定額牽引時間和報警信息[10](如圖4所示)。

圖4 液晶顯示電路圖

1.2.3 電機驅(qū)動電路

電機驅(qū)動電路系統(tǒng)通過直流步進電機來帶動患者下肢的牽引運動，通過對電機的速度和位置傳感器的位置采集，使本裝置在固定的軌道上做來回牽引運動。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化角移動的執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，其可驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(及步進角)，通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。步進電機也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的[11－12]。電機驅(qū)動芯片采用74HC240，驅(qū)動器為2803，其電路如圖5所示。

圖5 電機驅(qū)動電路圖

2 便攜獨立式下肢牽引裝置的臨床應(yīng)用

在便攜獨立式下肢牽引裝置的臨床測試中，將下肢牽引固定帶綁在患者下肢上，通過牽引繩穿過支撐板上的支撐輪和滑動輪，用彎鉤勾住配重砝碼，患者可以根據(jù)牽引角度的不同選擇不同的滑動輪，根據(jù)患者所需牽引力的大小選擇配置砝碼的不同重量，或者進行砝碼組合配置[13]。當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，打開電源開關(guān)，設(shè)定牽引速度、牽引角度和牽引時間，進而啟動電機牽引裝置。

便攜獨立式下肢牽引裝置通過野戰(zhàn)醫(yī)療、機動醫(yī)療及戶外牽引測試，在對100例骨折部肢體制動患者和100例炎癥肢體患者的制動及攣縮機型的矯正治療測試中，該下肢牽引裝置可以根據(jù)患者的要求攜帶到戶外環(huán)境做牽引恢復(fù)，滿足患者的特殊要求[14-15]。

3 結(jié)語

針對目前大部分牽引裝置需借助牽引床或者病床等外部設(shè)備來固定，或者采用市電供電而導(dǎo)致不方便攜帶，不利于機動醫(yī)療和戶外牽引，設(shè)計一種便攜獨立式下肢牽引裝置，采用自身配置和人體工程學(xué)設(shè)計，不需借助外來設(shè)備就可以完成牽引運用。通過采用大容量電池給電機供電，根據(jù)患者需求設(shè)定牽引時間、牽引速度和牽引角度，以滿足患者的各種牽引要求。整個系統(tǒng)低功耗、安裝簡單，使用方便、穩(wěn)定性高、便于攜帶，非常適合患者的戶外牽引恢復(fù)[16]。

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