智能醫用夾板的開發與應用

萬培培+成玲

摘要：本文對醫用夾板的智能化開發和紡織復合材料在醫用夾板上的應用進行了研究和探討，旨在促進對智能醫用夾板的進一步研發，以及智能醫用紡織品的研究及應用。

關鍵詞：醫用夾板；智能化；紡織復合材料

中圖分類號：TS106.6

文獻標志碼：A

Development and Application of Intelligent Splint for Medical Use

Abstract： Development and application of intelligent splint for medical use were introduced in this paper， as well as the application of textile composites on medical splint. The authors also discussed the significance of improving the R&D of intelligent medical splint and intelligent textiles.

Key words： medical splint； intelligence； textile composites

醫用夾板是國內外治療骨骼損傷廣泛使用的一種外固定器，傳統的醫用夾板是木板或者樹皮，在使用過程中存在笨重、透氣性差以及板間壓力靠醫生多年經驗確定等缺陷。近年來，隨著紡織材料和紡織科技的發展，具有某些特殊醫用功能的紡織制品被不斷研究開發，紡織材料與技術在醫療領域得到廣泛應用。其中，紡織復合材料在骨科醫療領域中的應用備受關注，紡織復合材料醫用智能夾板的開發也成為熱點。

1醫用夾板的智能化

夾板固定療法的原理主要是對損傷骨骼進行固定，而治療效果的關鍵則在于扎帶的松緊程度，過緊或過松都不利于創傷的愈合，甚至還會使病情加重，這就要求扎帶的松緊程度保持在一個合適的范圍內。然而對于扎帶的松緊程度沒有統一的規定，主要依靠醫生多年的經驗以及手感確定。但在脫離了醫生監管的情況下，夾板隨時都有可能出現松動、移位等現象，這不僅會影響創傷的愈合，還有可能對病人造成二次傷害，加重病情。但如果扎帶捆綁力存在一個具體范圍的話，在出現夾板松動、移位等現象后病人可以根據醫生固定時的壓力值進行簡單的再固定，降低了再就醫過程中造成的二次傷害。因而，醫用夾板的智能化成為了必然趨勢。

1.1智能醫用夾板的研究

智能醫用夾板是指能夠直觀顯示夾板間的壓力值并能對壓力進行實時監測的醫用夾板，即在普通夾板上安裝壓力傳感器及其配套電路，由壓力傳感器采集夾板間的壓力信號，經由配套電路對壓力信號進行處理，最終顯示壓力值的過程。對于夾板間壓力的研究，許多學者只是將板間壓力轉換為彈簧的壓縮、綁帶的充氣量以及標尺刻度值，使得夾板間壓力易于控制，卻沒有達到真正意義上的智能化。

隨著現代傳感技術以及電路集成技術的發展，馬景存和蓋曉晶相繼研發了一種具有自動監測功能的醫用夾板，主要是利用壓力傳感器采集壓力信號，經過信號處理模塊以及控制模塊的分析處理后傳輸至電腦，對夾板的壓力值進行了實時顯示。除此以外還設有報警裝置，預設壓力監測初始值，只要壓力超過了系統的限定值就會發出警報，因而更加安全可靠。蓋曉晶研發的產品除了具有這些功能外，還設置了一套恒力自動控制系統，實現了對夾板壓力的自動調節，并且使壓力值始終保持在一定范圍內。

上述研究的智能醫用夾板已經趨于完善，但存在系統設計復雜、不方便操作、不易攜帶、成本高等缺陷，因而研究只是處于理論方面。智能醫用夾板的研究應該趨向于小型化、易攜、價低、操作簡單等方向。

1.2醫用夾板智能化的實現

醫用夾板實現智能化的關鍵在于壓力傳感器的合理選擇與應用。目前市面上有多種多樣的壓力傳感器可供選擇，各有特點，根據醫用夾板智能化的需求選擇一款既適用又經濟的傳感器至關重要。

現階段，壓力傳感器在醫學領域主要應用于心跳、血壓、脈搏等的測量與監護，在一些保健產品中也被廣泛應用。隨著傳感技術的發展，醫用傳感器技術也發生了巨大的變革，已經徹底改變了醫用設備體積笨重、性能差的缺點，向著智能化、小型化方向快速發展。

對于智能醫用夾板的開發本文選用了InterlinkElectronics公司生產的FSR402型力敏傳感器。這是一款新型的薄膜式壓力傳感器，具有以下特點：

（1）小而輕薄。受力區域直徑可低至5mm，總體長度可低至2cm，厚度可達0.3mm，方便安裝使用；

（2）量程適宜。夾板間作用力為800～1000g，而傳感器的測量范圍為100～2000g，符合監測需要；

（3）良好的動態特性。傳感器的尺寸小、重量小，粘貼在測量元件上對其本身的工作狀態和應力分布沒有影響；

（4）較高的靈敏度和測量精度。可測量0.2N大小的力，誤差較小。

2紡織復合材料在夾板上的應用

2.1傳統夾板

傳統的夾板為木板，由于地域差異，南方以杉樹皮為代表，北方以柳木為代表。傳統木質夾板由于取材廣泛、經濟環保等優良特點而被廣泛使用，但是在一定程度上也存在著很大的缺陷。例如扎帶松緊程度難以掌握；復位后易發生再移位現象；夾板本身重量大，再加以壓墊，使用過程中易導致壓力過大加重病情等現象。

從醫學角度來看，醫用夾板應具有一定的強度、韌性、透氣性以及輕便等特點，傳統木質夾板顯然不能滿足這些要求。隨著醫學與材料科學的飛速發展，許多學者在選材上對小夾板進行了一些改良和創新，先后出現了紙質夾板、泡沫夾板、塑料夾板、橡膠板等新興產品，部分取代了木板。

近年來，紡織復合材料科以優良的力學性能、成本優勢以及易于實現各種形狀的增強結構等特點在各個領域應用廣泛，包括醫療骨科領域，逐步替代了傳統的木板制骨折外固定材料。

在將紡織復合材料應用于醫用夾板的研究與開發中，侯關榮設計開發了一種由3層高分子共聚物自粘層板體復合而成的高分子夾板；韓國PrimeMedical公司生產了一種由8層涂有樹脂的玻璃纖維繃帶組成的水固化復合夾板，此夾板最大的特點就是固化定形時間短，并且使用方便；四川大學研制了一種抗菌夾板，由抗菌層、濕敏固化層和外層組成，其中抗菌層使用的是多層丙綸非織造布，在非織造布中加有抗菌劑，固化層以滌綸布為布基，濕敏固化型聚氨酯作為固化樹脂固化成型，而外層采用的是滌綸和錦綸的微細纖維織物；蘇婧研究的復合板以玻璃纖維雙軸向緯編織物為基布并配以樹脂固化成型。

這些研究成果代表了目前復合材料制作醫用夾板的較高的技術水平，但是在選材與制作過程中仍存在一些缺陷，使用的玻璃纖維等材料在制作過程中耗能較高，提高了成本，且在使用過程中對人體和環境具有一定的危害性，這在一定程度上制約了相關產品的推廣。

2.3麻纖維復合材料

本文選用麻纖維復合材料制作醫用夾板。

在天然纖維中，麻纖維較長，結晶度、取向度與彈性模量都比較優異，適合做纖維復合材料的增強體。與其他復合材料相比，麻纖維復合材料具有以下優點：

（1）密度較小。麻纖維的密度比玻璃纖維、芳綸小，制得的復合材料較輕，是制作醫用夾板的理想材料；

（2）成本低。我國是麻纖維的生產大國，取材廣泛；

（3）能耗低。生產同一產品，麻纖維制品的能源消耗在10MJ/kg左右，而玻璃纖維、芳綸制品的能耗一般在60MJ/kg以上；

（4）環保。麻纖維屬于天然纖維的一種，其廢棄物可以自然降解，降低了對環境的危害程度；

（5）力學性能理想。麻纖維具有吸濕快、耐磨、斷裂強度高、斷裂伸長率低等特性，與一般的樹脂澆鑄體相比，其復合材料的模量更高、抗沖擊性能更好。

通過以上分析可以看出，無論從材料的制備還是使用性能來看，麻纖維復合材料都是一種經濟環保、性能優良的生態復合材料。因此，用其加工醫用夾板具有很大的推廣價值。

3結語

智能化開發和對紡織復合材料的應用已經成為醫用夾板研究和開發的重要方向。目前，醫用夾板的研究雖然能很好地解決了傳統夾板的缺陷，但仍存在許多有待解決的問題，例如裝置的便攜性、成本待降低等。因此，智能醫用夾板今后的發展和研究重點在于智能裝置的簡易化和小型化，同時可通過使用經濟環保的天然纖維復合材料進一步提高其使用性能和實用性，為其臨床使用和廣泛推廣奠定良好基礎。

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作者簡介：萬培培，女，1989年生，碩士在讀，主要研究方向為復合材料智能醫用夾板的研究。

作者單位：天津工業大學紡織學院。