張佳碩，盧佳儀，劉天，蘇曉東

（1.華北理工大學(xué) 以升創(chuàng)新教育基地，河北 唐山 063210：2.華北理工大學(xué) 心理與精神衛(wèi)生學(xué)院，河北 唐山 063210：3.華北理工大學(xué) 人工智能學(xué)院，河北 唐山 063210：4.華北理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 唐山 063210）

0 引言

近年來，隨著電子、信息等技術(shù)的高速發(fā)展，加之工作、生活方式的改變，中年及老年人腿部疾病患病概率大大增加。腿部關(guān)節(jié)發(fā)病的典型病理特征多為膝蓋紅腫痛、膝關(guān)節(jié)彈響、膝腫痛、下肢不遂、膝關(guān)節(jié)病、髕骨軟化癥、小腿無力、疼痛等。目前治療膝關(guān)節(jié)病癥的方法有藥物治療、針灸治療、手術(shù)治療、低頻電療儀治療等。其中電療儀因使用成本低、治療效果好而被廣泛應(yīng)用[1]。低頻電療儀可以瞬態(tài)將功率譜的能量按照一定的調(diào)制特性集中與擴(kuò)散，非常逼真地模擬出真人捶背、敲打、按摩、推拿和針灸治療的實(shí)際感覺[2]。

當(dāng)今電療儀普遍存在不易攜帶、治療效果差、使用不方便等缺點(diǎn)，本文因此設(shè)計(jì)了一款攜帶方便的兩用式腿部電療儀，其既能作為電療儀治療腿部的膝腫痛、下肢不遂、膝關(guān)節(jié)病、髕骨軟化癥、小腿無力、疼痛等疾病，又能作為腿部術(shù)后護(hù)膝協(xié)助康復(fù)訓(xùn)練。本裝置采用頻率在1kHz以下的低頻脈沖電流，在人體內(nèi)可引起離子和荷電微粒的迅速移動，對感覺神經(jīng)和運(yùn)動神經(jīng)有明顯的刺激作用，從而達(dá)到興奮神經(jīng)肌肉組織、促進(jìn)局部血液循環(huán)和鎮(zhèn)痛的目的[3]。

在保證電療儀治療的前提下，本裝置還要兼有便于攜帶，使用方便的特點(diǎn)，為此，本文完成了以下設(shè)計(jì)：

（1）實(shí)現(xiàn)脈沖電流穩(wěn)定在1kHz以下，調(diào)整脈沖周期、脈沖寬度和升降波時(shí)間，以刺激腿部感覺神經(jīng)和運(yùn)動神經(jīng)；

（2）具有護(hù)膝作用，保證對膝關(guān)節(jié)的養(yǎng)護(hù)；

（3）實(shí)現(xiàn)電極片與膝關(guān)節(jié)周圍的膝眼穴、梁丘穴、血海穴、陰陵泉穴等穴位位置的對應(yīng)問題，保證低頻脈沖作用滲入關(guān)節(jié)和經(jīng)脈；

（4）使用者可根據(jù)需要調(diào)整儀器位置、調(diào)節(jié)脈沖模式，提高裝置使用的合理性和舒適性，并方便使用者攜帶。

該新型兩用式腿部電療儀由腿部電療裝置、膝蓋防護(hù)裝置及控制器三部分組成。電療儀可以治療腿部的膝腫痛、下肢不遂、膝關(guān)節(jié)病、髕骨軟化癥等腿部疾病，膝蓋防護(hù)裝置可以在術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練中保護(hù)漆關(guān)節(jié)，控制器起到控制電療貼片電流的作用。其整體三維結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 整體結(jié)構(gòu)三維圖（電療貼片如圖中黑色位置）

1 腿部電療裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

為將電療儀固定在腿部，在小腿、大腿、膝蓋位置處分別設(shè)置粘鏈結(jié)構(gòu)以便于根據(jù)病人的身材實(shí)際情況調(diào)整松緊，將治療所需的電療貼片使用粘鏈結(jié)構(gòu)固定于電療裝置上。每個電療貼片對應(yīng)腿部的膝眼穴、梁丘穴、血海穴、陰陵泉穴等特定穴位。

電療貼片與裝置內(nèi)部通過粘鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，若患者有其他需要時(shí)可以將其取出，作用于患者身體其他穴位[4]。通過輸出不同頻率的脈沖波，如連續(xù)波、密波、疏波、疏密波、斷續(xù)波達(dá)到不同的作用與療效。密波常用于止痛、鎮(zhèn)靜、緩解肌肉與血管痙攣、麻醉等；疏波常用于治療肌肉萎縮和關(guān)節(jié)、韌帶、肌腱的修復(fù)；疏密波能促進(jìn)代謝與氣血循環(huán)，消炎止痛；斷續(xù)波可治療癱瘓也可用于電體操療法。電療貼片中包含加熱貼片，可促進(jìn)血液循環(huán)，由內(nèi)而外促使血管擴(kuò)張、血流加快，有利于組織中毒素排出，便于患者康復(fù)[5]。

2 控制器的設(shè)計(jì)

控制器的控制電路如圖2，STC89C52控制脈沖電流的頻率以及時(shí)間，可以輸出四種波形。交流電脈沖及電壓調(diào)節(jié)電路如圖3，將3.7V的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，后面采用一個200Ω的可調(diào)電阻器，通過調(diào)節(jié)線圈比例進(jìn)行變阻調(diào)壓，附加電阻控制電流，防止電流過大燒毀電路[6]。通過控制器上的按鍵和屏幕顯示的信息調(diào)節(jié)好電流的頻率以及工作時(shí)間并按動開始按鍵，電療儀自動調(diào)到所需波形，并改變電壓大小，實(shí)現(xiàn)四種模式（緩解肌肉與血管痙攣、治療肌肉萎縮、消炎止痛、電肌體操訓(xùn)練）之間的切換。

圖2 控制電路

圖3 交流電脈沖及電壓調(diào)節(jié)電路

3 膝關(guān)節(jié)防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

圖4 膝蓋防護(hù)裝置三維圖

為保護(hù)膝關(guān)節(jié)，并且達(dá)到不影響患者正常行動的目的，膝關(guān)節(jié)防護(hù)裝置在整體結(jié)構(gòu)上分為上下兩部分，兩者之間通過可調(diào)整旋轉(zhuǎn)方向的固定卡盤進(jìn)行連接。該卡盤中心有固定孔，卡盤之間的連接平面上有齒，通過改變連接物體之間的相對角度并利用手柄旋入中心孔將兩個卡盤上帶齒的平面緊緊連接和固定。通過手柄的松緊，即可快速改變兩個連接物之間所呈的相對角度，該相對角度可以被控制在0～180度[7]。該膝蓋防護(hù)裝置被固定到鋁合金支撐桿上，該支撐桿被固定在上下兩端的粘鏈上，保證了裝置的支撐能力。使用完畢后，可以通過卡盤將該裝置上下折疊，便于收納。

使用者可通過調(diào)整并固定旋轉(zhuǎn)卡盤的角度，實(shí)現(xiàn)腿部彎曲角度的自由調(diào)節(jié)，利于患者術(shù)后腿部康復(fù)。上下兩裝置中內(nèi)置鋁合金，可支撐使用者腿部，達(dá)到保護(hù)膝蓋的目的。該裝置可單獨(dú)用于關(guān)節(jié)損傷、韌帶損傷、半月板損傷、術(shù)后固定、膝蓋無力、運(yùn)動損傷等病情[8-11]。

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一款新型兩用式腿部電療儀，該電療儀作用于膝眼穴、梁丘穴、血海穴、陰陵泉穴等腿部穴位，起到治療膝腫痛、下肢不遂、膝關(guān)節(jié)病、髕骨軟化癥、小腿無力、疼痛的效果。由于設(shè)計(jì)時(shí)確定了電療貼片的位置，解決了患者使用時(shí)尋找穴位的麻煩問題?？ūP的設(shè)計(jì)使裝置可上下折疊，達(dá)到方便攜帶的目的。控制器的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)緩解肌肉與血管痙攣、治療肌肉萎縮、消炎止痛、電肌體操訓(xùn)練四種模式之間的切換。電療裝置可拆卸，單獨(dú)使用膝蓋防護(hù)裝置可治療關(guān)節(jié)損傷、韌帶損傷、半月板損傷、術(shù)后固定、膝蓋無力、運(yùn)動損傷等病情。電療裝置與膝蓋防護(hù)裝置的結(jié)合，完美解決了現(xiàn)有電療儀使用不方便、治療效果差、不便于攜帶的問題。