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(guò)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(lái)固定，方能進(jìn)行固定牽引治療，而這種牽引裝置需固定在某一地點(diǎn)方可使用，不適合野戰(zhàn)醫(yī)療、機(jī)動(dòng)醫(yī)療和戶(hù)外牽引治療?；颊咴谧鰻恳委煏r(shí)，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(jì)一種便攜獨(dú)立式下肢牽引裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)醫(yī)療和戶(hù)外牽引功能。

1 便攜獨(dú)立式下肢牽引裝置的設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將整個(gè)下肢牽引裝置進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，便于攜帶安裝，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的滑動(dòng)輪和配置砝碼來(lái)選擇患者所需的牽引力的大小和角度，通過(guò)牽引電機(jī)來(lái)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(dòng)輪、滑動(dòng)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(dòng)輪與滑動(dòng)輪支撐桿緊密封裝，再固定在支撐板上，做為整個(gè)牽引裝置的固定架。支撐輪固定在支撐板頂上的中間，通過(guò)牽引繩支持配置砝碼[4](如圖1所示)。

圖1 便攜獨(dú)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(guò)牽引繩來(lái)傳遞牽引力。牽引繩采用“Y”型結(jié)構(gòu)，一端通過(guò)彎鉤連接所需的配置砝碼，另外兩端通過(guò)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(shí)，根據(jù)患者下肢牽引力所需的角度，選擇不同的滑動(dòng)輪來(lái)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(duì)牽引力的不同需求自由組合配重，以達(dá)到對(duì)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(jì)，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(shí)的舒適度[6]。在牽引過(guò)程中，可以通過(guò)電機(jī)牽引整個(gè)下肢做左右運(yùn)動(dòng)，整個(gè)電機(jī)和控制板內(nèi)置在配重底座里面，電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)牽引板進(jìn)而帶動(dòng)下肢做牽引運(yùn)動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)采用大容量可充電電池供電，滿(mǎn)足患者戶(hù)外牽引的要求[7-8]。

1.2 電路設(shè)計(jì)

采用AT89C51主芯片，其電路部分包括主控制電路、電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、按鍵電路、液晶顯示電路及報(bào)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(guò)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(jī)供電；電池電壓經(jīng)過(guò)Z1開(kāi)關(guān)和變壓器UI后，又經(jīng)過(guò)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(guò)液晶顯示觀看設(shè)定的牽引速度、牽引角度和牽引時(shí)間，以及相關(guān)的報(bào)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(shí)間和報(bào)警信息[10](如圖4所示)。

圖4 液晶顯示電路圖

1.2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)通過(guò)直流步進(jìn)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)患者下肢的牽引運(yùn)動(dòng)，通過(guò)對(duì)電機(jī)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(lái)回牽引運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化角移動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，其可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)，通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。步進(jìn)電機(jī)也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的[11－12]。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用74HC240，驅(qū)動(dòng)器為2803，其電路如圖5所示。

圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖

2 便攜獨(dú)立式下肢牽引裝置的臨床應(yīng)用

在便攜獨(dú)立式下肢牽引裝置的臨床測(cè)試中，將下肢牽引固定帶綁在患者下肢上，通過(guò)牽引繩穿過(guò)支撐板上的支撐輪和滑動(dòng)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(dòng)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(jìn)行砝碼組合配置[13]。當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，設(shè)定牽引速度、牽引角度和牽引時(shí)間，進(jìn)而啟動(dòng)電機(jī)牽引裝置。

便攜獨(dú)立式下肢牽引裝置通過(guò)野戰(zhàn)醫(yī)療、機(jī)動(dòng)醫(yī)療及戶(hù)外牽引測(cè)試，在對(duì)100例骨折部肢體制動(dòng)患者和100例炎癥肢體患者的制動(dòng)及攣縮機(jī)型的矯正治療測(cè)試中，該下肢牽引裝置可以根據(jù)患者的要求攜帶到戶(hù)外環(huán)境做牽引恢復(fù)，滿(mǎn)足患者的特殊要求[14-15]。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)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(lái)固定，或者采用市電供電而導(dǎo)致不方便攜帶，不利于機(jī)動(dòng)醫(yī)療和戶(hù)外牽引，設(shè)計(jì)一種便攜獨(dú)立式下肢牽引裝置，采用自身配置和人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，不需借助外來(lái)設(shè)備就可以完成牽引運(yùn)用。通過(guò)采用大容量電池給電機(jī)供電，根據(jù)患者需求設(shè)定牽引時(shí)間、牽引速度和牽引角度，以滿(mǎn)足患者的各種牽引要求。整個(gè)系統(tǒng)低功耗、安裝簡(jiǎn)單，使用方便、穩(wěn)定性高、便于攜帶，非常適合患者的戶(hù)外牽引恢復(fù)[16]。

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