一種改良分娩球架的設計

汪艷榮，申利（通信作者），李蕓，汪娟，蔡連梅，熊茵，陳波

華中科技大學同濟醫學院附屬梨園醫院 （湖北武漢 430000）

目前，分娩球-分娩球架一體化裝置在臨床上的應用越來越廣泛，不僅可減輕孕婦的陣痛和腰部疼痛，且可促使胎頭下降、宮口擴張，提高順產率。分娩球架可固定分娩球，提高孕婦坐姿的穩定性和舒適度。分娩球-分娩球架一體化裝置體積大、質量重，同時搬運的難度較大。為方便不同病房的孕婦使用，臨床常將分娩球、分娩球架分開搬運至病房。其中，分娩球因體積較大，常采用滾動的方式搬運，長期如此導致球面污物較多，影響孕婦的使用體驗，且存在感染風險。為解決以上問題，本研究改良了分娩球架的設計，使其方便搬運。

1 材料與結構

1.1 材料

（1）不同型號的304 不銹鋼管4 根：鋼管1 直徑25 mm、管壁厚1 mm，鋼管2 直徑26 mm、管壁厚1 mm，鋼管3 直徑25 mm、管壁厚2 mm，鋼管4 直徑20 mm、管壁厚1 mm。（2）防滑地釘：直徑4 mm、高50 mm 包膠不銹鋼螺釘若干，墊圈及包頭螺帽若干。（3）長筒滾輪：膠蓋密封滾動軸承1 對（軸承輪厚度15 mm、內徑25.4 mm、外徑52 mm），304 不銹鋼滾筒外包膠滾輪1 個（滾芯內徑46 mm，鋼滾筒包膠滾輪外徑65 mm，滾輪寬160 mm，光面包膠厚5.5 mm），304 不銹鋼滾筒厚4 mm，304 不銹鋼擋圈1 對（內徑25.4 mm、外徑33.4 mm、高度15 mm ）。（4）靠背墊1 個：長420 mm、寬170 mm、厚度40 mm，包括木板包皮革海綿墊1 個、膨脹螺釘4 對。（5）伸縮型靠背桿1 對：外管由鋼管2 制成，內管由鋼管1 制成，含特制按鈕開關2 個，可伸縮長度90～120 cm。（6）帆布1 塊：帶扣眼寬松緊帶，含扣子2 顆，寬

5 cm、長≥140 cm。

1.2 結構設計

改良分娩球架包括2 種規格，分別為適合偏瘦體型孕婦使用的型號1 和適合偏胖體型孕婦使用的型號2。2 種規格改良分娩球架均由限位結構、防倒結構、靠背結構和滾動結構組成。

限位結構包括上平行圈、下平行圈和豎直支桿，上下平行圈通過3 根豎直支桿連接在3 等分點上，分娩球放置在限位結構內。

防倒結構為U 型框架，連接在下平行圈上。型號2 的U 型框架同時連接橫桿，且兩直線管長度較型號1 長。

靠背架結構包括靠背架、靠背桿和靠背墊。靠背架與靠背墊平行，靠背墊安置在兩靠背桿之間近上端，靠背口袋安置在靠背墊背面，2 根靠背桿上端一體成略有弧度的“n”型靠背架，2 根靠背桿下端與U 型框架的兩直線管連接。型號1 的靠背桿緊鄰上下平行圈，型號2 的靠背桿與上下平行圈保持距離且各有一弧形固定管連接。其中2 根靠背桿為伸縮型管，每根包括豎直內管、豎直外管和特制按鈕開關。豎直外管套在豎直內管上，豎直內管上端背側上有3 個孔眼。豎直外管下端背側有按鈕開關，按鈕開關安裝在按鈕凹槽中。按鈕開關一端有彈簧，另一端有孔釘。按鈕凹槽壁上有一孔眼匹配孔釘及豎直外管孔眼和豎直內管上3 個孔眼，豎直外管孔眼與豎直內管孔眼能重合。

滾動結構包括長筒滾輪、擋圈和擋齒。長筒滾輪為不銹鋼筒外包膠滾輪適配兩端軸承，包膠為聚氨酯膠，兩軸承外各有一擋圈。長筒滾輪及擋圈套裝在U 型框架圓弧管直線段上，且圓弧管直線段兩端各有上下擋齒連接兩端擋圈擋住兩端軸承內圈。另外，防滑地釘安裝在下平行圈和U 型框架上避開連接處，防滑地釘與長筒滾輪接觸地面時一體化裝置平衡高度一致。

另外，球罩繃帶由1 個帆布罩和2 根寬松緊帶制成。2 根寬松緊帶上均有3 個扣眼和匹配的1 顆扣子，扣子在寬松緊帶頭端，扣眼在扣子上方，球罩繃帶放置在靠背口袋內備用。

改良分娩球架的結構設計見圖1～4。

圖1 偏瘦體型孕婦用型號1 改良分娩球架結構設計圖

1.3 制作方法

用切割機將不銹鋼管切割為所需長度，用多功能彎管器將鋼管圓圈和U 型圈彎曲成形，用氬弧焊機焊接各連接處，下平行圈、U 型框架、靠背桿上及靠背墊各個孔眼用打孔鉆打孔（孔眼直徑5 mm）。每個防滑地釘通過孔眼并用墊圈墊在孔眼鋼管上，再用包頭螺帽固定地釘螺紋桿。

不銹鋼筒外包膠滾輪兩端安裝的軸承被固定在止動槽內后，長筒滾輪套在鋼管3 上已選定長度的直管上，兩擋圈套在鋼管3 軸承兩外端，再焊接上下擋齒與擋圈，擋圈固定軸承內圈，長筒滾輪安裝好后用彎管器彎曲鋼管3 成U 型框架。

特制按鈕開關的凹槽壁底座與豎直外管外壁貼合焊接固定，按鈕開關距離豎直外管下端口10 cm。其中開關上的按鈕與孔釘由一體碳鋼制成，彈簧兩端分別與底座凹槽壁及按鈕焊接固定，底座上支架固定按鈕中間部位便于開關按壓和放松，彈簧在按鈕開關上放松時長15 mm，彈簧圈直徑5 mm。

制作圖1 時豎直外管套在豎直內管上，豎直內管下端焊接在U 型框架上，與上下平行圈緊挨處也焊接牢固。制作圖2 時豎直外管套在豎直內管上，豎直內管下端焊接U 型框架與上下平行圈保持距離且與弧形固定管也焊接牢固。兩豎直外管與靠背架一體由鋼管2 制成“n”型（長180 cm），靠背墊用膨脹螺釘固定在兩豎直外管近上端。

圖2 偏胖體型孕婦用型號2 改良分娩球架結構設計圖

圖3 伸縮型靠背桿結構設計圖

圖4 球罩繃帶結構設計圖

兩伸縮型靠背桿間距35 cm，每根豎直外管高度為70 cm，距離下端鋼管開口10 cm 背側有一孔眼配合按鈕開關的孔釘，按鈕上孔釘為碳鋼釘（直徑4 mm、長10 mm）。

豎直內管由鋼管1 制成，高度為70 cm，距離下端30 cm 背側開孔眼（間距15 cm，共有3 個向鋼管上端開的孔眼），孔眼直徑5 mm。

上下平行圈由鋼管1 制成。分別焊接制成型號1 用直徑55 cm 的2 個圓圈，型號2 用直徑65 cm 的2 個圓圈。

U 型框架由鋼管3 制成，型號1 鋼管長72 cm，型號2 鋼管長90 cm。弧形固定管和橫桿由鋼管4 制成。圓弧管直線段鋼管長24 cm，U 型框架兩直線管間距、兩靠背桿間距及橫桿鋼管長均為35 cm，弧形固定管鋼管長23 cm。

豎直支桿由鋼管1 制成，前后側高13 cm，左右側高11 cm。豎直支桿與上下平行圈焊接后兩平行圈距離為10 cm。

防滑地釘包膠和長筒滾輪接觸地面一體化裝置平衡且下平行圈及U型框架距離地面高度為20 mm。

球罩繃帶的球罩由帆布制成直徑25 cm 的圓形，繃帶由2 條帶扣眼、寬5 cm、長65 cm 的松緊帶縫合在球罩兩端，扣眼間距5 cm，扣子在松緊帶頭端。

2 改良設計使用的原理

2.1 摩擦學及彈性原理

靜摩擦學原理。安裝多個防滑地釘增加了下平行圈與U 型框架接觸地面的摩擦系數和摩擦面積。根據靜摩擦學原理，當孕婦坐于分娩球上前后左右搖動時，產生向前、向后、向左、向右的動力，而孕婦對整個裝置施加的對地面的壓力不變，增大摩擦系數和摩擦面積時，靜摩擦力增大。因此，多個包膠接觸地面比不包膠鋼釘接觸地面產生的摩擦力要大很多，使下平行圈和U 型框架在地面不易滑動。包膠不銹鋼螺釘與地面距離一定高度利于防潮，且包膠有一定厚度和彈性，且彈性性能即可防振又可避免鋼釘直接與粗糙地面接觸產生嘈雜音[1-2]。

滾動摩擦原理。滾動摩擦系數較滑動摩擦系數和靜摩擦系數小。根據圓柱體滾動摩擦原理，滾動摩擦阻力為滾動摩擦系數和圓柱體滾輪法向載荷的乘積。滾動摩擦系數是由物體材料和表面狀況確定的常數，不隨載荷和速度變化。而圓柱體滾輪法向載荷相當于分娩球-分娩球架一體化裝置的重力，該裝置對地面的滾動摩擦阻力比滑動摩擦力和靜摩擦力均小。因此，本設計采用帶滾動軸承的滾輪。根據靜摩擦原理，滾輪的靜摩擦阻力為軸承內圈與軸的靜摩擦系數與軸承對軸接觸面的垂直壓力的乘積。當摩擦系數不變時，減小垂直壓力可降低靜摩擦阻力。而垂直壓力與接觸面積有關，接觸面積越大垂直壓力越小。因此，選擇輪厚的滾動軸承的內圈與滾軸接觸面積大更抗疲勞，U 型框架選用管壁較厚的鋼管3 做滾軸，較抗疲勞且規避了鋼管折斷的風險。選用不銹鋼滾輪外包一定厚度且有彈性的光面聚氨酯膠，且彈性可減輕滾動時的振動感和摩擦噪聲，同時具有耐磨損不變形的優點[1-2]。

2.2 杠桿原理

伸長靠背桿適當用力傾倒靠背架時（圖5），以長筒滾輪為支點翹起分娩球-分娩球架一體化裝置。根據杠桿平衡原理，F1×L1=F2×L2。其中F1為人翹起一體化裝置的動力，L1為動力臂，F2為人克服一體化裝置重力的阻力，L2為阻力臂。伸長L1時動力臂變為L，由圖5 可知L>L1，阻力距F2×L2不變，動力距F1×L的力臂L增加時動力F1減小，即可減少人翹起一體化裝置所需的力量，比較省力。

圖5 人傾倒靠背架移動分娩球架的受力圖

長筒滾輪安裝在U 型框架圓弧管位置居中，寬滾輪作為杠桿的支點翹起一體化裝置較穩定，不容易左右擺動。

U 型框架具有防倒作用（圖6～7）。當孕婦坐于分娩球架內的分娩球上時（包括正坐和反坐，即孕婦靠在靠背墊或扶趴在靠背架上），若一體化裝置向后倒，均會以U 型框架圓弧管長筒滾輪為支點向后轉動，孕婦向后靠的動力距必須大于向下的阻力距才會向后倒。相比無U 型框架的一體化裝置，同一孕婦分別以2 種姿勢坐于分娩球上，若一體化裝置向后倒，均會以下平行圈靠背架正下方的圓弧管為支點向后轉動，根據杠桿平衡原理，孕婦施加給靠背架的動力F1不變，有U 型框架和無U 型框架動力臂L1均不變（L1為F1到支點的垂直距離，L2為F2到支點的垂直距離，R為下平行圈圓的半徑，無U 型框 架L2=R，有U 型 框 架L2=d+R）。2 種 姿 勢 的阻力F2變化極小，但阻力臂L2差別較大。有U 型框架的阻力臂L2增加了U 型框架圓弧管至下平行圈的距離d，增加阻力臂長度后阻力距=F2×（d+R），孕婦對圓弧管的阻力距增大，而動力距不變，因此有U 型框架的一體化裝置不易使孕婦向后倒。

圖6 人坐在分娩球上對U 型框架分娩球架的受力圖

圖7 人坐在分娩球上對無U 型框架分娩球架的受力圖

3 使用方法及優點

搬運分娩球-分娩球架一體化裝置時，用球罩繃帶罩住分娩球露出上平行圈部分，兩端寬松緊帶繞在上平行圈上拉緊，再扣緊扣子，即可將分娩球固定于限位結構內；同時，按靠背架上的2 個按鈕開關，使孔釘退出孔眼并滑動豎直外管，當豎直外管滑動至合適孔眼時，放松按鈕孔釘進入孔眼，伸長靠背桿后傾倒靠背架，一體化裝置以長筒滾輪為支點翹起來；最后適當用力拉或推靠背架，長筒滾輪便可在地面輕松滾動，實現隨意移動。

優點：（1）搬運一體化裝置操作簡單、省力；（2）可伸縮型靠背桿的靠背墊升高或降低，適合不同體型孕婦使用；（3）U 型框架具有防倒作用，孕婦不易向后倒；（4）長筒滾輪為不銹鋼筒外包光面的聚氨酯膠，其兩端各有一滾動軸承，使長筒滾輪能承受整個一體化裝置的載荷，寬長筒滾輪滾動時一體化裝置可穩定移動，光面包膠滾動具有彈性防振、靜音、耐磨損的優點。

4 其他滾動設計方案

滾動結構的設計還可考慮另外2 種方式。

第一種，以偏瘦體型孕婦用型號1 為例。按照圖8 所示安裝滾動結構，在U 型框架圓弧管的直線鋼管外側間隔22 cm 處各安裝1 個小型軸承包聚氨酯膠帶馬卡U 型固定架帶螺桿成形的窄滾輪。窄滾輪（軸承包膠外直徑45 mm，軸承內徑8 mm，包膠輪寬14 mm）軸承內圈有馬卡U 型固定架固定，馬卡U 型固定架（U 型扁鐵厚3 mm，寬和長均為23 mm，高33 mm）與窄滾輪間隙5 mm，螺桿（直徑8 mm，長45 mm）與馬卡U 固定架正方形平面中心焊接固定，螺桿穿過鋼管直徑中心的前后孔眼且與鋼管垂直，前后孔眼各有一墊圈（不銹鋼墊圈厚2 mm，內徑9 mm，外徑20 mm）接觸鋼管，并用包頭螺帽（高20 mm）固定螺桿。窄滾輪和防滑地釘接觸地面一體化裝置平衡時離地10 mm，當傾倒一體化裝置時，以2 個小型窄滾輪為支點翹起，伸長靠背桿適當用力推或拉靠背架，兩窄滾輪滾動靈巧自如，便能隨意移動一體化裝置。

圖8 型號1 改良分娩球架其他設計方案

第二種，以型號2 為例。按照圖9 所示安裝滾動結構，在U 型框架兩直線管圓弧管兩端各安裝1 個小型聚氨酯包膠軸承帶螺桿成形的窄滾輪（軸承包膠外直徑45 mm，軸承內徑8 mm，包膠輪寬14 mm，螺桿直徑8 mm，長100 mm）。螺桿緊挨U 型框架圓弧管的直線管外側面，其中相鄰的一段螺桿焊接在圓弧管的直線管外側面，包膠滾輪滾痕跡線在同側U 型框架直線管延長線上，滾輪輪邊與U 型框架鋼管保持5 mm 間隙。2 個螺桿與鋼管外側面相鄰部位焊接為一體且螺桿對齊，窄滾輪及防滑地釘接觸地面一體化裝置平衡時離地10 mm。當以2 個窄滾輪為支點翹起一體化裝置時，伸長靠背桿適當用力推或拉靠背架，一體化裝置可在地面靈活移動。

圖9 型號2 改良分娩球架其他設計方案

5 討論

分娩球-分娩球架一體化裝置是臨床開展導樂助產的必備設備。目前，分娩球架的改良設計方案[3-7]較多，但多關注于增加分娩球架的功能，忽略了使用的便捷性，部分裝置搬運時需要拆卸靠架并單獨搬運分娩球，部分裝置的球架體積大、質量重，搬運難度較大。喻真[3]的實用新型專利構造簡單、舒適，像一把靠背椅，其導樂架U 型底架搬運時可拆卸，分娩球需單獨搬運。王雪[4]的實用新型專利結構簡潔，兩組椅掌合攏后中空的分娩椅可升降，適合觀察產程中胎頭的下降情況，分娩球置于椅座內，椅座下平行圈上連接靠架部位安裝有若干滑輪結構，搬運時球架可移動搬運但分娩球需單獨搬運。劉鳳[5]的實用新型專利，分娩球設計為長橢圓形并置于椅座板子上的框子內，椅子有可圍成圈的桌面扶手，椅子四角上安裝有兩導向輪和兩帶剎后輪，更像成人版嬰兒推車、移動便利，但輪子易磨損。朱駿[6]和楊秀華[7]設計的分娩球架具備多種功能，如可掛輸液吊瓶、靠背上有按摩球及帶有桌面扶手可放置胎心監護儀、水杯等，但球架與分娩球無法一體化搬運。郭路等[8]設計了一種多體位導樂球輔助裝置，孕婦可選擇坐位或俯趴位，是一種助產士及孕婦雙人用裝置，更適合VIP 導樂陪產，但該裝置體積大、質量重，搬運不便。

對分娩球架進行改良設計的目的是方便臨床工作，在保留原本的促胎頭下降、宮口擴張功能的同時，提高孕婦的舒適度，新增部分輔助功能減少其他醫療設備的使用。本研究設計的改良分娩球架，可滿足臨床的搬運需要，方便助產士節省體力，節約了拆卸和組裝球架的時間，且不會污染分娩球，減少感染風險。但本設計也有不足之處，如滾動結構共有3 種安裝輪子的方案，其中伸縮型靠背桿和固定分娩球的球罩繃帶設計不變，理論上移動一體化裝置是可行的，但未能制作實物以確定最優方案。