智能控制多功能康復關懷組合系統的設計

張 博，古 凱，李 旭

（山東省泰安市中心醫院，山東泰安271000）

智能控制多功能康復關懷組合系統的設計

張 博，古 凱，李 旭

（山東省泰安市中心醫院，山東泰安271000）

缺腦卒中患者的康復一直以來是困擾醫院、社會、家庭的具體問題，康復效果的好壞直接影響患者能否盡快回歸社會和家庭。該系統的研制和應用，解決了腦卒中患者康復過程中遇到的部分難題，提早干預，切實幫助患者盡快恢復，為臨床護理工作提供了有力支持。

控制；組合；設計

目前，腦卒中患者人數急劇增多，大部分患者失去生活自理能力，如何幫助患者盡快康復，回歸社會，是我們設計智能控制多功能康復關懷組合系統的初衷。自2011年起，我院自行研究并設計了該系統，并于當年投入臨床試用，收到了良好的臨床效果。

據統計，我國腦卒中患者伴患肢體障礙的達7000萬人，每年卒中患者約200萬人。腦卒中患者經過醫院救治幸存后，常遺留一些運動﹑感覺和語言等障礙，腦卒中患者由于偏癱或失語，日常生活不能自理，同時他們心理也受到極大創傷。常表現為抑郁﹑悲哀﹑自卑等心理狀態，性格也變得暴躁。出院后家庭康復治療是一種有效的好方法，此時，如能做到護理恰當，就可以消除或減輕患者的功能缺陷，可以最大限度恢復患者生活及工作能力。他們后遺癥之一是偏癱。就醫治療后長期康復是一個需要時日的漫長過程?；颊叱幬镏委煟话茨χ委熀托睦碇委熗?，患者的患側必須每天多次進行非自主性鍛煉以確?；贾怀霈F肌肉萎縮加劇病情發展。缺少鍛煉的患者右腦血管壁異常脆弱，極易發生破裂。因此，科學的功能訓練，使腦垂體分泌大量的活腦多肽來修復受損的腦細胞以及讓休眠的腦細胞來代替死亡的腦細胞功能,使功能重組的腦細胞與受損功能之間架起信息橋梁,通過功能訓練刺激腦重組細胞,以回復受損部位，達到康復的目的[1]。重點做好以下幾方面康復治療：心理治療﹑按摩患肢﹑被動運動訓練﹑主動運動訓練﹑日常生活能力訓練和語言康復訓練。該組合系統尤其適用上述這部分人群，還同樣適用于由于外傷導致偏癱患者，因此推廣前景廣闊。今后，進一步加強標準化﹑關鍵部分模具化﹑批量化生產，盡早服務于廣大患者。該課題社會效益尤其明顯，技術效益和經濟效益也十分突出。提高患者的生命質量，加速腦卒中的康復進程，降低潛在的人工護理費用，節約大量社會資源。

1 設計過程

考慮到患者與臨床的需求，我們研發了智能控制多功能康復關懷組合系統。從研發樣機﹑生產樣機﹑樣機應用，整個過程中得到了許多專家的指導和醫院同仁的幫助。該組合系統結構分為兩大部分：機械部分及電氣部分。工作原理主要是電氣控制部分來驅動電機﹑蝸桿﹑絲杠等裝置，來控制床體各部位按照程序設定靈活移動，通過功能訓練刺激腦重組細胞，以恢復受損部位，最終達到康復的目的[2]。該系統主要實現了以下基本功能：（1）上半身折體﹑坐臥及上肢抓空鍛煉功能；（2）睡眠智能控制左右側翻功能[3]；（3）患側下肢﹑健側下肢分別單體屈膝鍛煉功能；（4）雙下肢非自主智能控制蹬力鍛煉功能；（5）水沖式座便器及智能控制恒溫水沖洗功能；（6）恒溫飲用水﹑裝置；（7）影視﹑音頻娛樂裝置；（8）全球眼功能（圖1）。

圖1 整體結構圖1.全球眼系統；2.上肢抓空訓練器；3.下肢蹬力鍛煉器；4.排便收納系統；5.左右下肢分別訓練；6. PLC控制器﹑接觸器﹑電機﹑傳動裝置；7.床面縱向分兩部分；8.便后淋洗系統

十二路控制器控制電機﹑絲杠﹑皮帶﹑傳動裝置，在接觸器﹑繼電器等元件的配合下，按照寫入的程序實現各個功能位置。如圖2所示。

2 臨床應用

2.1 有效防止褥瘡

圖2

褥瘡對長期臥床的中風患者來說是一個首要解決的問題。褥瘡的產生是由于局部組織長期受壓，發生持續缺血﹑缺氧﹑營養不良而致組織潰爛壞死。皮膚褥瘡在康復治療﹑護理中是一個普通性的問題。日常護理需要做到每1～2 h定時對患者進行翻身，按摩受壓皮膚，勞動量大，需要護理人員有高度責任心；同時還要定期為患者清潔皮膚，實際護理中，由于患者行動不便，很難保證皮膚清潔。該系統通過PLC控制器，實現了智能控制翻身功能[4]。十二路無線接收器分別對應控制了12個繼電器來執行各個動作。

十二路繼電器又分別控制了5個伺服電機電源來完成相應功能的動作和左右側翻時手動及自動的切換。當長時間臥床時對于體態較胖的康復者自主翻身非常吃力，因此控制器置于自動時床面先有水平位置開始左側翻，停留一段時間恢復水平位置，再過一段時間右側翻，一段時間后恢復水平位置。有效地解決了靠人工翻身的繁瑣工作，節省了大量人力。投入臨床使用以來，先后為200余例患者進行康復使用，均收到了良好的壓瘡預防效果，患者受力一側未出現缺血﹑皮負壓紅﹑潰爛現象。

2.2 干預功能鍛煉

患者下肢鍛煉裝置方便使用。下肢端兩腿承托部分設計為分開獨立式，可讓左右腿分別運動。推行兩者分別運行的推桿采用了“萬向桿端軸承”，運行靈活。在床體的下肢側配有腳踏功能的“蹬力車”，康復者用其可做下肢被動或主動功能鍛煉[5]。其中被動運動主要作用是促進肢體血液循環，維持關節韌帶活動度，減輕肌肉痙攣。主動運動是提高中樞神經系統緊張度，活躍各系統生理功能，預防并發癥。由于中風導致肢體功能活動降低，部分關節肌肉處于退化狀態，患者關節強直肌肉萎縮，故大多數患者懶于活動，因此主動運動和被動運動都是必不可少的。同時，2個床尾的下肢端兩腿承托部分在電機的推動下無論是健側下肢還是患側下肢分別可以由下彎曲位置到上抬位置。髖關節﹑膝關節被動的得到活動。一來保證健肢健康狀態；二來讓患肢做被動運動避免患肢萎縮功能退化，提高生命質量[6]。根據國外文獻報道，進行蹬力鍛煉是一種有氧運動，提高了腦部血液的含氧量。通過磁共振檢查：腦干和小腦中含氧量明顯增加，促進了神經系統的代償功能，進而起到促進患者的康復作用。

2.3 解決護理難題

有效解決患者便溺問題。長期臥床患者，大小便的處理是不可回避的問題。為此，床的中部設計了便盆孔。便盆由驅動電機驅動從一側推向中間對準便盆孔以供使用，用完后控制電機反向運動便盆回到原位，同時便盆孔托回到中間原位。便溺后使用恒溫熱水噴淋頭沖洗下部，清潔﹑舒適。恒溫噴淋系統由自吸式加壓泵﹑恒溫加熱器﹑帶手控開關的噴淋頭三部分組成，當打開噴淋頭開關時水管內壓力下降，自吸泵電源開關自行啟動，吸水并加壓同時打開恒溫加熱器電源開關，加熱后的水有噴淋頭噴出；關閉噴淋開關時水管內壓力上升自吸泵電源斷電管內壓力下降，加熱器停止加熱。加熱器內置溫控開關根據水溫調節接通斷，保持水溫相對恒定[7]。

PLC編程控制器的采用比傳統的步進電機控制智能化集成度高，成本低，伺服電機不再需要計步采樣器，因此控制器體積縮小了一半。價格由1500元下降到1000元，而且左右側翻控制程序調整簡捷。恒溫水系統中小型自吸加壓水泵是一大難點，出水量不大于2.5 L/min，但水壓大于0.4 kPa。符合上述要求的水泵體積直徑均在100 mm以上。采用制藥行業壓力泵經膜片改進達到了使用要求[8]。該組合系統為了在家庭護理中進行有效推廣，安裝了全球眼系統，它由一個或幾個攝像頭組網將視頻信號傳輸至CDMA基站，在遠處的監護人如子女親友可利用3G手機或電腦看到康復者實時圖像并能對話，讓遠端的子女或親人放心；康復者在床上可看到子女或親人的形象聽到他們的祝福，因此心理得到安慰，精神狀態愉悅。其余攝像頭可分別看到周圍情況等。

3 討論

該系統通過在我院臨床測試，廣泛征求醫護人員和專家意見建議，我們將做進一步改進的地方：（1）坐便器改用動車所用的吸空式馬桶，減少室內空氣污染，做到清潔衛生。（2）床墊考慮改為長軸方向條形﹑交替充氣型氣墊，進一步提高患者舒適度，最大限度降低壓瘡發生幾率。根據當前市場相關產品調查分析類比，該系統的研制成員對原來產品功能進行升級，性能得到進一步改進，為患者肢體功能恢復﹑減輕護理負擔﹑預防并發癥的發生起到了重要作用。除了關注患者本身的生命存在，還要關注患者的心靈﹑精神和情感。改良后的新產品實用性將更強，不但解決患者的生活問題，還在體現人文關懷上做出新的努力。

智能控制多功能康復關懷組合系統的設計理念新穎，設計科學合理，研究目的明確，研究方法先進，技術路線清晰，具有較高的創新性﹑先進性﹑實用性。該系統在我院進行的臨床應用，效果明顯。此項技術通過有效的康復訓練能夠減輕患者肢體功能上的殘疾，提高患者的生命質量，加速腦卒中肢體和身心的康復進程，降低潛在的人工護理費用，節約大量的社會﹑人力資源及成本。對急性腦卒中患者治療后的肢體功能評分和功能獨立性評定量表評分改善量均大于常規治療,能更好地改善患者肢體運動和日常生活能力。經我院臨床應用實踐證明，可以實現長期﹑穩定的康復訓練，提高治療效果，降低成本，產生了良好的社會和經濟效益。該組合系統的應用前景較好，適合于醫院康復﹑家庭養老﹑福利院﹑老年保健院的推廣和應用。

［1］ 沈霞，王俊華．組合型多功能康復床對腦卒中患者運動功能康復的影響[J]．現代康復，2000，4（5）：655.

［2］ 姜生元，胡艷娟，李建勇，等.智能化多功能電動康復床的研制[J]．機械設計，2008，25（5）：61.

［3］ 王俊華，周維金．組合型多功能偏癱康復床的研制[J]．中國康復，2000,15（3）：176-177.

［4］ 李國康，李永維，周卓．多功能醫療護理床的設計與研究[J]．沈陽理工大學學報，2013,32（3）:91-94.

［5］ 孫愛程，趙通．基于人機工程的多功能康復床設計[J]．機械與制造，2012,50（6）：9．

［6］ 徐智烜．智能化多功能康復床的機械結構設計及ADAMS優化設計[J]．科技信息，2010,（16）：499.

［7］ 張景勝，張利霞． 基于單片機控制的家用康復床系統[J]．微計算機信息，2012,28（7）:60.

［8］ 武桂敏，肖景秀，趙曉華，等．站立康復床舉升機構參數的校核分析[J]．硅谷，2013,6（22）：36.

TP273

B

1002-2376（2015）12-0030-03

2015-11-01