數(shù)控氣壓式骨科牽引器的研發(fā)

王澤昊

設(shè)計由來

我跟爸爸去醫(yī)院探望因車禍?zhǔn)軅哪棠蹋匆姼舯诓〈膊∪说耐缺豢噹Чㄟ^滑輪連接一串砝碼垂向地面。聽醫(yī)生說，病人的腿骨骨折了，這是為了保持骨頭生長方向的一種牽引治療手段。當(dāng)時我就有了疑問：用砝碼做重力拉力是不是太原始了？而且病人身體移動會導(dǎo)致砝碼碰到地面，碰地的話，這牽引還有用嗎？設(shè)備只有支架、滑輪、砝碼，也沒有什么地方顯示牽引使用了多大的力，顯得很簡陋粗糙，這樣的治療設(shè)備能達(dá)到良好的治療效果嗎？疑問促使我產(chǎn)生了好奇心——假如能夠設(shè)計一個新的裝置，使治療更加智能、更加方便，那將是很有意義的一件事！

設(shè)計思路

我著手從網(wǎng)上搜索了解現(xiàn)有的骨科牽引治療方法及相關(guān)的醫(yī)療器械，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外的相關(guān)治療設(shè)備都比較原始，主要還是采取砝碼等重物垂重方式，關(guān)于骨科牽引數(shù)字化的研究和應(yīng)用實際上是個新課題，這給了我極大的動力。現(xiàn)有的骨傷牽引醫(yī)療裝置是利用砝碼的重量起到牽引作用，用一根繩子連接砝碼，通過滑輪改變方向后向地面做靜態(tài)拉動（圖1）。我想設(shè)計的新裝置的改進(jìn)思路是：首先，設(shè)計一個給力系統(tǒng)，改變砝碼垂重的落后方式;其次，能直觀顯示拉力大小，并能調(diào)節(jié)控制拉力大小。

設(shè)計要點

設(shè)計一個給力系統(tǒng)，其拉力可根據(jù)需要設(shè)定并保持穩(wěn)定，且拉力必須均衡、輕柔;設(shè)計一個數(shù)顯系統(tǒng)，能直觀顯示拉力大小數(shù)值;假如病人體位變化導(dǎo)致拉力發(fā)生變化，設(shè)備可以自動跟蹤拉力變化并調(diào)節(jié)恢復(fù)到設(shè)定的拉力值;可以使用遙控器完成調(diào)整或控制;裝置方便移動，并能根據(jù)需要把牽引高度和方向調(diào)節(jié)到病人舒適的位置。

給力系統(tǒng)設(shè)計思路

新裝置的動力系統(tǒng)由砝碼換成氣缸。氣缸是一種常用的動力系統(tǒng)，相比較電機(jī)，氣缸輸出的動力更加均衡、穩(wěn)定，可以克服電機(jī)關(guān)閉后的慣性，避免給病人帶來傷害。

構(gòu)成要件：拉力傳感器、壓力控制器、氣泵、儲氣罐、氣缸。

工作過程：當(dāng)拉力傳感器檢測到牽引拉力小于設(shè)定拉力時，儲氣罐開始向氣缸充氣，從而產(chǎn)生拉力，直到實際拉力值達(dá)到設(shè)定拉力值;反之，則氣缸放氣，直到實際拉力值達(dá)到設(shè)定拉力值。

顯示系統(tǒng)設(shè)計思路

顯示系統(tǒng)由智能儀表、拉力傳感器、氣體電磁閥等組成，利用智能儀表檢測壓力值，并通過數(shù)顯器顯示。

外觀及電源系統(tǒng)設(shè)計思路

外觀系統(tǒng)：設(shè)計成可以移動的箱體，可以在床腳固定。

電源系統(tǒng)：設(shè)計成12V電瓶和充電器2種模式，安全，無外接電源時也可工作。

工作原理

裝置實物如圖2所示，實際使用情況如圖3 所示。裝置是一個有拉桿、帶輪子的箱體裝置，移到床腳后固定位置;用包裹帶裹住下肢，利用升降桿調(diào)整拉力方向和高度，用包裹帶拉鉤連接牽引裝置;用遙控器設(shè)定牽引力大小，開啟氣泵產(chǎn)生拉力（牽引力）;醫(yī)生根據(jù)治療需要，在遙控器上調(diào)節(jié)拉力大小;數(shù)顯器下排數(shù)字顯示設(shè)定拉力大小，上排顯示實際拉力大小;拉力設(shè)定后，設(shè)備會自動達(dá)到設(shè)定拉力值，并保持穩(wěn)定。不需要使用時，隨時可以關(guān)閉整個裝置。裝置采用直流供電，安全穩(wěn)固。本裝置設(shè)計的最大拉力值為30千克。

使用方法

打開設(shè)備箱蓋，內(nèi)設(shè)電源總空氣開關(guān)合上，拉出數(shù)顯表，撥動上面開關(guān)，顯示初始數(shù)值。

認(rèn)識遙控器：1#按鈕是拉緊或放松牽引繩切換，2#可以手動拉伸加力，3#是下調(diào)設(shè)定拉力值，4#是上調(diào)設(shè)定拉力值，5#是主支撐桿上升，6#是主支撐桿下降;2#還有放松牽引繩作用。

??當(dāng)數(shù)顯表上紅綠燈都亮，牽引線處在放松狀態(tài);此時，拉力值（紅色）小于設(shè)定值（綠色）時，牽引繩自動放出;當(dāng)綠色燈滅時，進(jìn)入拉緊狀態(tài)。

??當(dāng)數(shù)顯表上實際拉力值（紅色）接近設(shè)定拉力值（綠色）時，停止拉緊，保持穩(wěn)定拉力。

??由于病員躺姿變動引起實際拉力值下降后，設(shè)備會自動起動，直到接近設(shè)定拉力值。

??按遙控器 3#（往下調(diào)設(shè)定拉力值）或4#（往上調(diào)設(shè)定拉力值），設(shè)定合適的拉力值。

??按遙控器 5#（主桿上升）或6#（主桿下降），使得牽引支架主桿高度與下肢同高度，把牽引繩掛鉤與下肢繃帶包裹上的掛鉤連接，準(zhǔn)備牽引。

??牽引結(jié)束，按鈕 1# 放氣，收理器材。

技術(shù)檢測結(jié)果

經(jīng)廣州廣電計量檢測股份有限公司（信息產(chǎn)業(yè)部電子602 計量站）檢測，本裝置提供的拉力持續(xù)穩(wěn)定，拉力數(shù)據(jù)可實時顯示，可追蹤拉力變化并自動調(diào)節(jié)恢復(fù)到設(shè)定的原始拉力值。

臨床試驗情況

經(jīng)浙江醫(yī)院骨科、富陽骨傷科醫(yī)院、江干區(qū)人民醫(yī)院等試用，本裝置能較好地提升醫(yī)療的精準(zhǔn)性，保證穩(wěn)定的治療效果，且方便、智能，可作為新一代骨科治療牽引器，應(yīng)用于皮膚牽引、兜帶牽引和直接骨牽引等不同場景，適用于醫(yī)院、家庭等不同場合。

創(chuàng)新點

??提高了醫(yī)療設(shè)備的科技含量，使?fàn)恳鞑膹摹岸ㄐ浴弊呦颉岸俊薄?/p>

??可以根據(jù)需要自主調(diào)節(jié)牽引力的大小和方向。

??儀器可以跟蹤壓力變化，自動調(diào)節(jié)，恢復(fù)還原到設(shè)定壓力值，從而保證穩(wěn)定的治療效果。

??應(yīng)用廣泛，可以用于四肢、頸椎、腰椎等不同部位治療，適用于皮膚牽引、兜帶牽引、直接骨牽引等不同方式。

結(jié)論與展望

經(jīng)過反復(fù)操作試驗，以及專業(yè)機(jī)構(gòu)技術(shù)檢測和省級綜合性醫(yī)院、骨科專科醫(yī)院等臨床試用，本發(fā)明裝置較好地解決了現(xiàn)有骨科牽引設(shè)備不夠精準(zhǔn)、不能顯示拉力值、缺乏穩(wěn)定性及缺少醫(yī)患互動等問題，有效地提升了骨科牽引治療器械的技術(shù)含量和智能化水平，具有較好的市場前景。

下一步我們打算結(jié)合應(yīng)用實際，進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)設(shè)計：①減輕機(jī)身重量，進(jìn)一步提升設(shè)備的靈巧性和精準(zhǔn)性。目前，本裝置是按照最大30千克拉力值設(shè)計的，導(dǎo)致機(jī)身偏重。據(jù)了解，在實際應(yīng)用過程中，用于腿部等牽引治療一般不超過10千克，若降低最大拉力值，可大大減輕機(jī)身重量，提升設(shè)備的靈巧性和精準(zhǔn)性。②增加一個輔助固定裝置，使設(shè)備工作時更加穩(wěn)固。③針對頸椎牽引、腰椎牽引等，設(shè)計支架等輔助器材，滿足不同應(yīng)用場景需要。④優(yōu)化設(shè)計機(jī)身的外觀和包裝，使之更加美觀時尚。⑤結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)數(shù)據(jù)采集反饋系統(tǒng)，讓醫(yī)生可遠(yuǎn)程監(jiān)測、調(diào)節(jié)治療進(jìn)展。

專家評語

該裝置采用氣壓數(shù)控操作，加力更加精準(zhǔn)，控制更方便。通過遙控可使病人自己進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)力度可以精確控制，操作簡單方便，應(yīng)用前景廣。建議增加記憶存儲功能，方便醫(yī)生和病人了解康復(fù)過程，可增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高使用可靠性。