許晟鑫 宋淼杉

摘 ? 要：現(xiàn)如今，心血管疾病已經(jīng)成為人類生命健康安全的一大威脅，及時(shí)采取急救措施，提高救治率，刻不容緩。本文提出了一種以電磁控制的，用于患者發(fā)病時(shí)自動(dòng)急救的微型急救系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了微型急救系統(tǒng)中置于齒內(nèi)的藥物釋放裝置的結(jié)構(gòu)，分析其功能，并對(duì)該裝置的安全性和適應(yīng)性進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：電磁控制 ?微型機(jī)械 ?齒內(nèi) ?急救

中圖分類號(hào)：TH12 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）04（c）-0072-02

Abstract： Nowadays， cardiovascular disease has become a major threat to human life and health， and the gradual maturity of drug concentration technology provides the possibility for the design and development of micro emergency devices. In this paper， a micro emergency system is proposed， which consists of three parts： the hand ring for disease detection， the signal transmission system and the drug release device in the tooth. By detecting the heart rate and other parameters， the disease signal is sent to the device in the tooth， and the magnetic force is controlled by the current and coil to control the start of the device. The structure and function of the device are analyzed and designed， and the working mode， material， safety， tightness， strength and rigidity of the device are further analyzed and discussed.

Key Words： Electromagnetic control; Micromechanical; Internal tooth; First aid

隨著現(xiàn)代化程度的加深和生活水平的逐漸提高，心血管疾病已成為當(dāng)今社會(huì)最為常見的疾病之一。作為世界上人口最多、老齡化問題最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，我國(guó)面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。據(jù)估計(jì)，全國(guó)心血管疾病患者超過兩億，成年人患病率高達(dá)20%。全國(guó)每年因其死亡人數(shù)約350萬人，平均每10s就有一人死亡，占死亡總數(shù)的41%。因此，及時(shí)采取急救措施，提高救治率，刻不容緩。

據(jù)醫(yī)學(xué)觀察，能否及時(shí)服用急救藥物，將直接決定病人的安危。但大多數(shù)患者，尤其是老年患者，往往體質(zhì)差，行動(dòng)不便，且在發(fā)病狀態(tài)下伴有肌肉痙攣等癥狀，致難以自主服用急救藥物。這種情況下，設(shè)計(jì)一種能自動(dòng)監(jiān)測(cè)，自主釋放的急救系統(tǒng)便尤為重要。本文在急救系統(tǒng)的整體上分析、設(shè)計(jì)了藥物釋放裝置的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了相關(guān)性討論。

1 ?電磁式微型急救系統(tǒng)設(shè)計(jì)總述

微型急救系統(tǒng)主要有發(fā)病檢測(cè)手環(huán)、信號(hào)傳送系統(tǒng)和位于齒內(nèi)的藥物釋放裝置三部分組成。前兩部分現(xiàn)今已有較為成熟的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品本文主要講述終端部分—— ? 微型齒內(nèi)藥物釋放裝置的研究與設(shè)計(jì)。

本文所述的微型齒內(nèi)急救藥物釋放裝置具有體積小，反應(yīng)快速，不需要正?；顒?dòng)能力，無需額外操作的特點(diǎn)?？稍诰o急情況下對(duì)老人實(shí)施急救，比常規(guī)便攜性藥盒更方便可靠，起效更快，防止老人錯(cuò)過最佳急救時(shí)間。

該裝置將急救藥物裝入人工牙齒中，并將人工牙齒以牙科種牙的方式植入使用者的口腔，并在患者發(fā)病時(shí)自動(dòng)釋放，打破了常規(guī)藥盒的思維，省去了服藥過程，減少了各個(gè)環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)與不確定因素。

但該裝置嵌于牙齒中，體積較小，屬于小微型機(jī)構(gòu)。且置于人體口腔中，環(huán)境復(fù)雜，對(duì)安全性和舒適度的要求較高，故加工、組裝、調(diào)試較為困難。整個(gè)裝置受到空間和加工工藝限制，具有一定的挑戰(zhàn)性。

微型齒內(nèi)急救藥物釋放裝置可延伸出多種急救裝置，如急救牙套等，在醫(yī)用方面有很大發(fā)展空間。

2 ?微型齒內(nèi)藥物釋放裝置的設(shè)計(jì)

2.1 藥物釋放裝置

由圖1所示，微型齒內(nèi)藥物釋放裝置主要由外殼、擋板系統(tǒng)、內(nèi)艙和密封裝置組成。

2.2 外殼

外殼主要用于保持裝置的整體形態(tài)和相對(duì)獨(dú)立，使裝置內(nèi)部不暴露在口腔的復(fù)雜環(huán)境中。外殼底部應(yīng)設(shè)置兩個(gè)小空間以分別容納微型電池和微型彈簧。外殼應(yīng)與人工牙齒作為一體式結(jié)構(gòu)，若考慮減少成本和更換方便，可與人工牙齒分離，但要保證兩者為過盈配合或增加鍵、槽等。此外，外殼應(yīng)設(shè)置小孔通道以穿過電線，使微型電池和擋板系統(tǒng)中的壁側(cè)線圈相連接。外殼的緊縮處下表面應(yīng)考慮裝置啟用后的密封。

2.3 擋板系統(tǒng)

擋板系統(tǒng)由滑塊、附于滑塊上的磁鐵、彈簧、附于外殼上的線圈及磁鐵組成，非工作狀態(tài)時(shí)，滑塊下底面為工作面，主要用于與底部彈簧一起，軸向固定內(nèi)艙。壁側(cè)線圈中放置一磁鐵，稱之為壁側(cè)磁鐵。壁側(cè)線圈與壁側(cè)磁鐵用人體硅膠定位、密封并貼合于外殼。附于滑塊上的磁鐵稱之為滑塊磁鐵。彈簧連接滑塊和殼體，但應(yīng)注意避開兩端磁鐵。彈簧的彈簧常數(shù)k值不應(yīng)太小，以免晃動(dòng)時(shí)造成滑塊移動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)裝置非正常啟動(dòng)?；瑝K的數(shù)量和聯(lián)動(dòng)性可根據(jù)具體要求適當(dāng)調(diào)整。（見圖2）。

2.4 內(nèi)艙的設(shè)計(jì)

內(nèi)艙主要用于貯存急救藥物。內(nèi)艙外部應(yīng)設(shè)置有與擋板系統(tǒng)相配應(yīng)的圓盤狀凸起（內(nèi)艙圓盤），內(nèi)部應(yīng)有用于刺破密封層的破封柱。當(dāng)該急救裝置啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)艙在底部彈簧力的作用下逐漸向上運(yùn)動(dòng)，直至破封柱突破密封層。破封柱可設(shè)計(jì)成錐形或尖角，以使其能順利刺破密封層。（見圖3）。

2.5 密封裝置的設(shè)計(jì)

密封裝置主要用于封閉整個(gè)裝置，使裝置內(nèi)部與口腔環(huán)境相隔離，包括密封層和密封圈兩部分。密封層位于裝置開口處，用于裝置未啟動(dòng)時(shí)的密封，且應(yīng)保證從裝置內(nèi)部較易突破而從外部較難突破?？蓮拿芊鈱有螤詈徒Y(jié)構(gòu)（如設(shè)置溝槽）方面實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。密封圈位于外殼階梯處內(nèi)壁上，裝置啟動(dòng)后，內(nèi)艙圓盤與之緊密接觸，以達(dá)到密封的目的。

3 ?藥物釋放裝置的相關(guān)討論

3.1 安全性討論

安全性是任何一款產(chǎn)品都必須要考慮的問題，尤其是本裝置這種直接用于人體的、涉及電和磁的小微型裝置。

本裝置的安全性主要從三個(gè)方面考慮，一是裝置材料本身的安全性，此處主要考慮外殼和密封圈。外殼的材料應(yīng)選用無毒無害且能良好適應(yīng)人體口腔環(huán)境的材料，可考慮與烤瓷牙等人工牙齒相同或相似的材料，亦可選用無毒害的塑料、樹脂等材料。密封圈材料也應(yīng)選擇無毒無害且能良好適應(yīng)人體口腔環(huán)境的材料。目前考慮的比較合適的材料為人體硅膠等。

二是裝置整體及各部分密封性的考慮。裝置未啟動(dòng)前，裝置整體應(yīng)當(dāng)完全密封，裝置內(nèi)部的電源、電感、導(dǎo)線等也應(yīng)完全固定并密封。裝置啟動(dòng)后，密封層被破壞，原整體裝置的密封即失效。當(dāng)裝置的啟動(dòng)過程結(jié)束后，內(nèi)艙上升至極限位置，此時(shí)擋板與密封圈緊密貼合，形成新的密封結(jié)構(gòu)，保證啟動(dòng)后的裝置整體密封性。啟動(dòng)過程中和啟動(dòng)后裝置內(nèi)部的電源、電感、導(dǎo)線等部件的密封不變。

三是裝置整體及各部分剛度強(qiáng)度等的考慮。此急救裝置置于齒內(nèi)，長(zhǎng)期浸沒在口腔液體環(huán)境內(nèi)，應(yīng)當(dāng)有一定的抗腐蝕能力。此外，在咀嚼過程中，牙齒受反復(fù)作用的擠壓力，因此要求較高的疲勞強(qiáng)度和抗擠壓能力。

3.2 適應(yīng)性討論

本裝置主要用于患有心血管疾病的中老年群體，該裝置置于其牙齒中（主要是人工種牙）?？紤]牙齒的形狀、體積等因素，本裝置應(yīng)以單齒型為主。但在極特殊情況下，也可以考慮對(duì)該裝置進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計(jì)與改造，使其適用于多齒，以達(dá)到增大內(nèi)含藥劑量或增大該裝置壁厚以增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的。

4 ?結(jié)語

本裝置是一種用于心血管疾病急救的微型機(jī)械結(jié)構(gòu)，用于患者突然發(fā)病的急救。該裝置主要由外殼、內(nèi)艙、擋板系統(tǒng)、密封層四部分組成，以通訊信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)，以磁力和彈簧力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使治療藥物可以快速進(jìn)入人體口腔，繼而發(fā)揮效用。該裝置還考慮了口腔復(fù)雜環(huán)境下的安全性和適應(yīng)性，對(duì)于未來微型機(jī)械與醫(yī)療領(lǐng)域的交叉研究有一定參考價(jià)值。

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