弋秋平，趙淑蘋，張?chǎng)?，楊麗瑩，劉娟，龍連杰

(東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

0 引言

隨著電視、電腦、手機(jī)等智能設(shè)備的應(yīng)用，給人們生活帶來(lái)便捷的同時(shí)也給人們的身體增添了許多負(fù)擔(dān)，諸如用眼過(guò)度、頸椎病等問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮。尤其是眼睛的過(guò)度使用，導(dǎo)致了眼部出現(xiàn)疲勞。一些現(xiàn)代醫(yī)療小常識(shí)告訴我們，使用熱敷的方法會(huì)有效緩解眼部疲勞，尤其對(duì)于用眼強(qiáng)度過(guò)大的人群具有很好的保健作用。此外，許多眼部疾病(眼部神經(jīng)受損、眶上裂等)的針灸及術(shù)后恢復(fù)都需要進(jìn)行熱敷，因此眼部熱敷的治療和保健效果越來(lái)越多地受到重視。而現(xiàn)有的熱敷手段單一、低效、不便捷，且不能循環(huán)使用，無(wú)法使熱敷效果達(dá)到最佳狀態(tài)，創(chuàng)新研發(fā)一種新型的眼部熱敷手段，尤為迫切。

蠟療熱敷是從古代一直沿用至今的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的治療方法,這種理療方法需要將石蠟加熱后直接均勻涂于患部。它具有溫通經(jīng)脈,舒筋止痛,消腫散淤等功效，適用于多種疾病的保健和康復(fù)治療?，F(xiàn)代蠟療技術(shù)有效地將中醫(yī)藥理知識(shí)與蠟療手段結(jié)合在一起，讓細(xì)胞膜的通透性大大增強(qiáng)，減輕由于細(xì)胞膜兩側(cè)滲透壓不同而引起的組織水腫,促使其產(chǎn)生柔和的機(jī)械壓迫作用，增強(qiáng)患部的柔和度和彈性，改善患部營(yíng)養(yǎng)，使患部上皮組織快速生長(zhǎng)，促進(jìn)局部組織的愈合。除此之外，熱敷還具有緩解患者局部疼痛、解除痙攣和緩解疲勞的作用。對(duì)眼部進(jìn)行熱敷可促進(jìn)眼部組織血液流通，加速血液循環(huán)，提高自身免疫力和修復(fù)受損細(xì)胞，促進(jìn)炎癥的消退，對(duì)于學(xué)習(xí)任務(wù)繁重的學(xué)生和長(zhǎng)期面對(duì)電腦用眼過(guò)度人群具有顯著的保健功效。因此，具有眼部熱敷功能的眼罩產(chǎn)品越來(lái)受到人們的歡迎。

1 現(xiàn)狀及研究意義

國(guó)內(nèi)外對(duì)于眼部熱敷方法的研究由來(lái)已久。我國(guó)從古代就有用熱鹽敷于眼部消腫和使用一些中藥進(jìn)行熱敷消腫止痛的治療方法，這種方法可用于治療一些常見(jiàn)的眼部問(wèn)題，如眼部的一些化膿性炎癥疾病，如急性淚囊炎、急性淚腺炎及眼瞼皮下瘀血等。眼部熱敷可以促進(jìn)炎癥的吸收和消散，減輕深部組織充血，使局部血管擴(kuò)張，促進(jìn)局部組織血液循環(huán)，提高機(jī)體抵抗力和修復(fù)能力，對(duì)于治療眼部充血、角膜炎、虹膜炎、麥粒腫、霰粒腫[1]、MGD[2][3]及緩解視疲勞、防止眼睛干澀[4]等，具有良好的臨床治療效果和保健效果。尤其對(duì)于用眼壓力過(guò)大的人群具有很好的保健作用。因此，眼部熱敷的治療和保健效果越來(lái)越受到大眾的肯定。

目前，醫(yī)療和家庭熱敷方法多為熱毛巾法、熱水袋法和熱敷眼罩法。熱水袋法主要是在熱水袋中裝滿溫度適宜的熱水，在其外部包裹上紗布或干凈毛巾，將其放在需要熱敷的眼部，利用熱水袋中的溫度傳遞給眼部組織，達(dá)到熱敷的效果。熱毛巾法則主要是選擇干凈的毛巾，用熱水打濕后擰干，利用毛巾散發(fā)出的熱氣熏蒸眼部，這兩種方法溫度一般都控制在40度左右(注意溫度適中，避免燙傷)，每次熱敷15～20分鐘。熱敷眼罩是選擇舒適的織物作為眼罩外部材料，在里面填充適當(dāng)?shù)陌l(fā)熱、傳熱物質(zhì)，根據(jù)眼部的形狀設(shè)計(jì)合理的外觀，使其與眼部完全貼合，傳遞熱量達(dá)到熱敷的效果。熱水袋法和熱毛巾法熱敷溫度和時(shí)間不好控制，熱敷眼罩多為“電熱毯式加熱法”，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，而前者熱敷發(fā)熱材料為固體，與眼部貼合效果不好、接觸面積小、熱敷時(shí)眼部溫度不均勻，易引起局部過(guò)熱，達(dá)不到眼部全面熱敷的目的，不能實(shí)現(xiàn)溫度合理控制，熱敷溫度不均勻等問(wèn)題還有待解決。因此，急需研究一種能改善和解決這些問(wèn)題的新型產(chǎn)品。

2 基本原理

結(jié)合工程材料學(xué)的知識(shí)和人體工學(xué)知識(shí)，利用傳統(tǒng)蠟療原理——石蠟：石蠟是將石油作為原材料，通過(guò)分離、蒸餾、提純等化學(xué)工藝流程提取出來(lái)的一種烴類混合物，它的熱量相對(duì)于其他混合物較大，導(dǎo)熱能力較差，蓄積熱量的能力強(qiáng)，具有良好的可塑性與粘滯性，且可以軟化多種物質(zhì)。它在常溫下為白色或淡黃色半透明無(wú)水的固體,無(wú)臭無(wú)味。優(yōu)良的物理化學(xué)性能使其具有溫經(jīng)散寒通絡(luò)、活血化瘀、消腫止痛、祛風(fēng)除濕等功效。利用醫(yī)用石蠟蓄熱性能好,熱力恒定(蠟液全部溶化時(shí)僅需55℃,熱敷20分鐘后仍保持在45℃左右)的材料特點(diǎn),石蠟在熔解過(guò)程中吸收許多能量,而釋放的過(guò)程熱能散失緩慢。同時(shí),石蠟具有良好的延展性、可塑性和黏滯性，由于石蠟具有許多優(yōu)良的物理性能，因此把蠟療作為眼部熱敷的導(dǎo)熱體，可以做到與眼部的完全貼合并保持恒溫。利用人體工學(xué)知識(shí)，結(jié)合醫(yī)學(xué)醫(yī)療常識(shí)，通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)分析，眼罩本體采用一種親膚織物，使其在與眼部的貼合過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生過(guò)敏或者不舒服的現(xiàn)象，能夠更好地與眼部相適應(yīng)，眼罩本體的柔性敷眼部能夠很好地貼合人的眼睛，使眼睛受熱均勻而全面，柔性敷眼部對(duì)眼睛的熱敷溫度緩慢變化且基本穩(wěn)定，與傳統(tǒng)熱敷方法相比效果明顯提高。將太陽(yáng)能充電裝置引入眼部熱敷裝置，利用太陽(yáng)能充電，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能給眼罩持續(xù)供電，以達(dá)到節(jié)能減排、高效、環(huán)保的功能。最終研制出一種節(jié)能、高效、舒適性的“醫(yī)用可免充電式蠟療熱敷眼罩”，使它成為一種兼具醫(yī)療效果和日常保健功能為一體的家庭必備產(chǎn)品。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 外觀設(shè)計(jì)

外觀將采用太陽(yáng)能充電裝置和眼罩分離方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。眼罩的外包裝選擇高強(qiáng)度織物，做到環(huán)保親膚，并在外觀設(shè)計(jì)上符合人體眼部工學(xué)，確保配戴舒適，同時(shí)進(jìn)行不斷地優(yōu)化與完善，在反復(fù)優(yōu)化過(guò)程中，選擇最符合美學(xué)效應(yīng)且能夠保證正常工作的外觀結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)能充電裝置主要由太陽(yáng)能板、電能轉(zhuǎn)換裝置、電阻絲、集電器組成。將二者分離設(shè)計(jì)是為了減少可能因太陽(yáng)能充電裝置故障而造成的不必要傷害，同時(shí)保證熱敷眼罩自身的便攜性。

3.2 太陽(yáng)能充電裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

設(shè)計(jì)出太陽(yáng)能充電裝置外觀，分別測(cè)試太陽(yáng)能電板的蓄電能力、充電觸電裝置的觸發(fā)性能、電能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效果、集電器等輸入和輸出額定功率和額定電壓電流等。通過(guò)多次試驗(yàn)測(cè)試，不斷驗(yàn)證太陽(yáng)能充電裝置的性能，檢測(cè)其合理性，確保最終能夠高效、快速地為眼罩主體提供電能。

3.3 眼罩內(nèi)蠟溶袋發(fā)熱裝置設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)

眼罩內(nèi)的蠟溶袋將采用多重高分子聚合絕緣材料，確保密閉及安全。然后分別進(jìn)行蠟溶袋包裝的隔熱等性能測(cè)試和醫(yī)用石蠟液體發(fā)熱測(cè)試，確定加熱電阻絲的分布及功率試驗(yàn)，確保眼罩內(nèi)蠟溶袋發(fā)熱裝置能夠保證正常熱敷時(shí)所需要的溫度要求。

3.4 各部件組裝

將通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試過(guò)的太陽(yáng)能充電裝置和熱敷眼罩組件部分進(jìn)行組裝，然后進(jìn)行擬合試驗(yàn)。在擬合試驗(yàn)的過(guò)程中充分考慮設(shè)備的合理性，設(shè)想在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的所有狀況，以及在出現(xiàn)狀況后的解決方法和防范這些故障的措施，最終測(cè)試熱敷眼罩的效能，通過(guò)測(cè)試，使其性能盡可能達(dá)到最佳狀態(tài)。

4 各部分基本功能

4.1 太陽(yáng)能充電裝置

太陽(yáng)能充電裝置主要給眼罩主體提供電能，這是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，將從外界吸收的太陽(yáng)能和光能轉(zhuǎn)化為電能提供給眼罩，實(shí)現(xiàn)充電的功能。太陽(yáng)能充電裝置主要由太陽(yáng)能板、電能轉(zhuǎn)換裝置、電阻絲、集電器等部分組成。太陽(yáng)能板是太陽(yáng)能充電裝置的核心，由若干單體串聯(lián)或者并聯(lián)組成密封的組件，實(shí)現(xiàn)光與電的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中起到能量傳遞的作用。電能轉(zhuǎn)換裝置是利用變壓器的工作原理，將轉(zhuǎn)換而來(lái)的電能實(shí)現(xiàn)變壓，通過(guò)降壓操作將電壓降低到眼罩所需要的額定電壓，以便給眼罩以合適的電壓進(jìn)行充電。電阻絲的主要功能是保護(hù)電路,防止電流過(guò)大，便于測(cè)量，與電源串聯(lián)一個(gè)或者若干個(gè)定值電阻來(lái)改變電源內(nèi)阻，將它改裝成電流表或者電壓表，用以調(diào)節(jié)電流的大小。集電器是集電拾取電能的主要裝置，它利用集電刷滑動(dòng)接觸導(dǎo)軌，將電能直接傳遞至眼罩，在此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移動(dòng)供電。

4.2 熱敷眼罩

熱敷眼罩主要由眼罩外框、石蠟填充材料、蠟溶袋等組成。結(jié)合工程材料學(xué)的知識(shí)和人體工學(xué)知識(shí)制作適合絕大部分人眼型的眼罩外框，它主要起固定蠟溶袋并與眼部保持良好接觸的作用。蠟溶袋主要是將石蠟溶液固定在其中且不讓其溢出，保證眼罩的舒適。石蠟主要用以蓄積熱量，保持熱力恒定，提供適宜眼部的合適溫度。熱敷眼罩是本創(chuàng)新試驗(yàn)最重要的部分，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)充分考慮與人體眼部接觸可能出現(xiàn)的問(wèn)題，選擇最合適的親膚材料制作眼罩是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重中之重。眼罩親膚性能的好壞直接關(guān)系到熱敷的效果。

4.3 溫控裝置

它根據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的眼罩內(nèi)部溫度變化，在開(kāi)關(guān)內(nèi)部產(chǎn)生彈性形變，從而產(chǎn)生相應(yīng)的物理變化，自動(dòng)控制系統(tǒng)的斷開(kāi)或者導(dǎo)通狀態(tài)的元件，簡(jiǎn)稱溫控器；或者通過(guò)溫控器傳遞溫度信號(hào)，溫度控制器感受到這個(gè)信號(hào)后發(fā)出開(kāi)關(guān)指令，從而控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)以達(dá)到最佳的溫度和節(jié)能效果。溫度控制器主要是實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)能充電裝置傳遞過(guò)來(lái)的熱量控制在人體眼部所需要的合適范圍之內(nèi)，使熱敷材料保持在適宜溫度，保持基本恒溫，達(dá)到最適合眼部的溫度，使眼部受熱均勻，接觸面積合適。

5 實(shí)施方案

裝置包括眼罩本體(1)、網(wǎng)狀發(fā)熱絲(2)、供電裝置(3)以及主控制器(4)。眼罩本體(1)主要包括兩個(gè)柔性敷眼部(1a)，柔性敷眼部?jī)?nèi)設(shè)有容納腔(1b)，容納腔內(nèi)設(shè)有呈扁平狀的柔性密封袋(5)，柔性密封袋(5)由絕緣導(dǎo)熱膜制成，且柔性密封袋內(nèi)充滿醫(yī)用石蠟(6)；柔性密封袋(5)的外表面由兩個(gè)側(cè)曲面構(gòu)成，其中一個(gè)側(cè)曲面為被加熱曲面(5a)，另一個(gè)側(cè)曲面為熱敷曲面(5b)，網(wǎng)狀發(fā)熱絲(2)均布在柔性密封袋的被加熱曲面(5a)上，供電裝置(3)與網(wǎng)狀發(fā)熱絲(2)相連，主控制器(4)與供電裝置(3)相連。

供電裝置(3)包括蓄電池(3a)和太陽(yáng)能充電裝置(3b)，蓄電池(3a)分別與主控制器(4)、網(wǎng)狀發(fā)熱絲(2)、太陽(yáng)能充電裝置(3b)相連。

過(guò)熱保護(hù)器(7)緊貼在柔性密封袋的熱敷曲面(5b)的邊緣處，并且過(guò)熱保護(hù)器(7)與主控制器(4)相連。

圖1 眼罩沿A-A線的剖視圖

圖2 蠟療式熱敷眼罩的示意圖

圖3 眼罩的電路示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，結(jié)合人體眼部護(hù)理和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及材料化學(xué)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，對(duì)“醫(yī)用可免充電式蠟療熱敷眼罩”進(jìn)行了自主設(shè)計(jì)、材料選擇和實(shí)物制作等相關(guān)實(shí)踐，取得了很好的成效。本研究針對(duì)傳統(tǒng)蠟療熱敷中的熱敷溫度和時(shí)間控制不好，與眼部貼合效果不好、接觸面積小、熱敷時(shí)眼部溫度不均勻、易引起局部過(guò)熱等問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化與改善，旨在發(fā)明一種健康、舒適、環(huán)保、節(jié)能、方便的新型裝置。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)測(cè)試證明，此種新型眼罩具有優(yōu)良的實(shí)用性能，是一種可以廣泛運(yùn)用到實(shí)際生活中的理想保健儀器。

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