CN107049666A - 一种基于介电弹性体的防褥疮垫 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于介电弹性体的防褥疮垫，由排布于同一个平面或曲面并依靠控制模块控制的多个驱动器组合形成，每个驱动器能够独立活动，每个驱动器能够实现至少三个自由度的活动。驱动器由介电弹性材料制成，驱动器通过导电材料连接至控制模块。驱动器包括框架、弹性薄膜、第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极、第四柔性正极、柔性负极，弹性薄膜的边缘固定在框架上，第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极和第四柔性正极贴合在弹性薄膜第一表面，柔性负极贴合在弹性薄膜第二表面。本发明提供的介电弹性体防褥疮垫成本低，电转换效率高，没有噪声，维修方便。

Description

一种基于介电弹性体的防褥疮垫

技术领域

本发明涉及一种垫子，特别涉及一种基于介电弹性体的防褥疮垫，属于康复医疗器械技术领域。

背景技术

褥疮，是由于局部组织长期受压，发生持续缺血、缺氧、营养不良而致组织溃烂坏死。据统计，我国目前约有45万长期卧床病人，脑血管意外、车祸、外伤骨折等这些都可能导致长期卧床。专家披露了一个严峻数字：仅仅因卧床引发严重褥疮感染导致死亡者(而非死于自身患有的心脑血管病变)占长期卧床病人的50％。

褥疮好发于受压和缺乏脂肪组织保护、无肌肉包裹或肌层较薄的骨骼隆突处，如骶尾、髂嵴、足跟、肩胛等处，亦可发生于无法站立而处于长久坐姿的患者身上。总之，受力的部位容易产生褥疮。

造成褥疮发生的物理力主要有压力、摩擦力、剪切力。

1.垂直性压力

压力作用于皮肤是导致褥疮发生的最重要的因素，压力所致褥疮与压力的大小及受压的时间密切相关。正常皮肤的毛细血管存在一定的压力，许多研究提示若外界施予局部的压力超过终末毛细血管动脉压的两倍，即70mmHg，且压力持续在1～2h之间，即可阻断毛细血管对组织的灌流，引起组织缺氧，受压超过2h以上就会引起组织不可逆的损伤。

2.摩擦力

摩擦力作用于皮肤，会直接损伤皮肤的角质层。摩擦力是身体处于不稳定体位而滑动时，其支撑面受到支持面对其的作用力。

3.剪切力

剪切力是因两层组织相邻表面间的滑行，产生进行性的相对移位所引起，是由摩擦力和压力相加而成，剪切力与体位最为密切，以半坐位多见。剪切力还可直接造成皮下组织破损，导致褥疮发生。

一般来说，褥疮的发生都是由以上2～3种力的共同作用而引起。

目前，防褥疮气垫是通过物理方法防治褥疮的主流产品，其通过两组条形气袋每十至二十分钟一个周期的自动交替充气鼓起，排气收缩，使躺于其上患者的身体受压部得以不时变换。多条气室交替波动，可以给患者不停的按摩，促进血液循环，有效的改善组织缺血缺氧，防止局部组织长久受压而生褥疮。

但是，传统防褥疮气垫有以下缺点：

1.噪声

很多厂家都号称是“低噪音设计，不大于20分贝”，但还是有明显噪声，对病人休养产生干扰，用户体验非常不好。

2.易坏

所有气垫床厂家都提示“气垫应避免与尖锐物质接触，以防划破气囊和充气导管”，因为气囊和充气导管都是橡胶制品，容易老化和破损，容易被尖锐物体划破。

3.难维修

如果是充气导管和气泵泄露，必须返厂检测和维修，保持整个系统气密性是产品正常工作的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供新型的防褥疮垫，更好地防止褥疮的发生。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种防褥疮垫，由排布于同一个平面或曲面并依靠控制模块控制的多个驱动器组合形成，每个驱动器能够独立活动，每个驱动器能够实现至少三个自由度的活动。

进一步地，三个自由度两两相互正交。

进一步地，每个驱动器按照矩形阵列排布于同一个平面。

进一步地，驱动器由介电弹性材料制成，驱动器通过导电材料连接至控制模块。

进一步地，驱动器包括框架、弹性薄膜、第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极、第四柔性正极、柔性负极，弹性薄膜的边缘固定在框架上，第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极和第四柔性正极贴合在弹性薄膜第一表面，柔性负极贴合在弹性薄膜第二表面。

进一步地，第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极、第四柔性正极由涂敷于弹性薄膜第一表面的导电碳膏形成，柔性负极由涂敷于弹性薄膜第二表面的导电碳膏形成。导电材料选用导电胶带，第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极、第四柔性正极、柔性负极分别通过一条导电胶带连接至控制模块。

进一步地，第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极和第四柔性正极按照圆周阵列排布。第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极和第四柔性正极均为四分之一扇环形，负极为圆形。

本发明的有益效果：介电弹性体防褥疮垫成本低，电转换效率高，没有噪声，维修方便。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中的驱动器不加电状态的俯视图；

图2是图1所示驱动器不加电状态的侧视图；

图3是图1所示驱动器在X方向运动的俯视图；

图4是图1所示驱动器在X方向运动的侧视图；

图5是图1所示驱动器在Y方向运动的俯视图；

图6是图1所示驱动器在Y方向运动的侧视图；

图7是图1所示驱动器在Z方向运动的俯视图；

图8是图1所示驱动器在Z方向运动的俯视图；

图9是本发明一个较佳实施例中防褥疮垫水平方向中间3个驱动器产生Z方向位移而下沉的示意图；

图10是图9所示防褥疮垫垂直方向中间3个驱动器产生Z方向位移而下沉的示意图；

图11是图9所示防褥疮垫水平方向中间驱动器产生X方向位移，两边驱动器产生反向X方向位移的示意图。

具体实施方式

介电弹性体是一种新型材料，就是一种加上电压即可出现形变的电激活聚合物。介电弹性体薄膜居于两个电极之间，当给转换器施加电压后，电流通过外部导线从一个电极流向另外一个电极，电极上符号相反的带电粒子引起介电弹性体薄膜变形，通俗地讲，介电弹性体驱动器是由介电弹性体和电极构成的柔性电容。

介电弹性体作为一种新型电致感应智能材料，具有以下优点：较高的机电转换效率、质量轻、价格低、运动灵活、易于成形、不易疲劳损坏。介电弹性体能够用来制作柔软、轻巧、具有高能量转换效率的驱动器或发动机，且可以承受很大程度的弹性变形，已经用于制作机器手、软性机器人、可调镜头、气动阀门以及会扇动的机器翅膀等。但是将介电弹性体应用于褥疮防治，目前很少有相关报道。介电弹性体3个突出优点：机电转换效率高、价格低、易于成形和不易疲劳损坏，恰恰是传统防褥疮气垫迫切需要解决的问题。

本发明针对目前传统防褥疮气垫存在的问题，包括：成本高、容易坏、难维修等，提出基于介电弹性体的防褥疮新方法，采用一种新材料(介电弹性体)，一种新的驱动方式(电场挤压介电弹性体薄膜)，彻底摒弃了传统电机和气泵驱动方式。新方法制造工艺简单，电转换效率非常高。而且，研究采用一种新颖的介电弹性体薄膜驱动方式，实现了三自由度控制，能精准对抗导致的褥疮的压力，摩擦力和剪切力。工程上，本发明先制作独立的介电弹性体驱动器(或者称之为模块)，然后再拼装多个驱动器组成完整的防褥疮垫，通过控制能够使多模块产生协同作用。介电弹性体只是一种薄膜材料，如果制作驱动器单体，还需要有电极、电源、框架、弹簧和控制电路等部件。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

图1至图8是驱动器，驱动器包括框架1、弹性薄膜2、柔性正极3、柔性负极。框架1选用亚克力材料，相当于介电弹性体驱动器的“外骨骼”，提供支撑作用。弹性薄膜2的边缘固定在框架1上，弹性薄膜2采用VHB胶带。VHB胶带是3M公司出厂的商品化材料，需要拉伸才能变成低价介电弹性体薄膜。

柔性正极3贴合在弹性薄膜2的第一表面，柔性负极(图中未示出)贴合在弹性薄膜2的第二表面。柔性正极分成4个部分，分别为第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极、第四柔性正极，由涂敷于弹性薄膜第一表面的导电碳膏形成；柔性负极同样由涂敷于弹性薄膜第二表面的导电碳膏形成。导电材料选用导电胶带，第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极、第四柔性正极、柔性负极分别通过一条导电胶带连接至控制模块。第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极和第四柔性正极按照圆周阵列排布。第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极和第四柔性正极均为四分之一扇环形，负极为圆形。

防褥疮垫由按照矩形阵列排布于同一个平面并依靠控制模块控制的多个驱动器组合形成，每个驱动器能够独立活动，每个驱动器能够实现至少三个自由度的活动。三个自由度两两相互正交。控制模块采用单片机，对于防褥疮应用，控制模块比较简单，就是控制高压电源开关，以此控制介电弹性体变形的频率和保持时间。介电弹性体变形的能量来自高压电源。此高压电源将交流220V转换成直流1～6kV输出。虽然高电压，但因为介电弹性体薄膜是一种软性电容，漏电流很小，对人体没有任何危害。

抗褥疮床垫或者模块，必须能对抗三种力：压力、摩擦力和剪切力，所以需要设计成三个自由度，不仅能上下运动对抗压力，而且能水平面X和Y方向运动，对抗摩擦力和剪切力。这也是本项目的创新所在，目前所有的抗褥疮气垫床都只有一个自由度，就是上下运动，对抗垂直方向压力，不能消减摩擦力和剪切力。

如果介电弹性体不加电，薄膜属于“拉伸”状态或者“静止”状态，不产生X、Y和Z的3个方向运动和位移。如图1和图2所示。

如果左边2片电极加电，左边2片电极对应的薄膜受到挤压，产生变形，几何中心向右移动，反之，右边2片电极加电，右边电极对应的薄膜挤压变形，几何中心向左移动。如图3和图4所示。

下边2片电极加电，下边2片电极对应的薄膜受到挤压，产生变形，几何中心向上移动，反之，上边2片电极加电，挤压变形，几何中心向下移动。如图5和图6所示。

4片电极都加电，4片电极对应的薄膜受到挤压，产生变形，整片薄膜变松弛，由于受到轴向的弹簧拉伸或者砝码重力作用，几何中心产生轴向运动，4片电极都不加电，则薄膜收缩，对抗轴向的弹簧拉伸或者砝码重力作用，几何中心恢复轴向位置。如图7和图8所示。

由于单个介电弹性体在某一时刻只能产生一个X、Y和Z方向运动和变形，而且单个介电弹性体面积小，支撑力有限，不足以支撑人体，需要采用多模块设计。多个介电弹性体驱动器模块组装后，可以提供足够支撑力，而且多个模块运动可以产生协同作用，比如：相邻模块可以同时向左或者向右，或者交替等等各种复杂运动模块，这样可以更有效对抗导致褥疮的压力、摩擦力和剪切力。

如图9所示，水平方向中间3个驱动器产生Z方向位移，下沉，而两边驱动器保持静止，两边驱动器仍然保持跟人体紧密接触，对应人体压力仍然保持。而水平方向中间驱动器下沉，与人体脱离接触，而中间驱动器对应的人体压力为0。软件也可以控制，让水平方向中间驱动器保持静止，对应人体压力仍然保持。而两边驱动器产生Z方向位移，即两边驱动器脱离于人体接触，对应人体压力降为0。

如图10所示，垂直方向中间3个驱动器产生Z方向位移，下沉，而两边驱动器保持静止，两边驱动器仍然保持跟人体紧密接触，对应人体压力仍然保持。而垂直方向中间驱动器下沉，与人体脱离接触，而中间驱动器对应的人体压力为0。

如图11所示，水平方向中间驱动器产生X方向位移，与人体接触产生水平方向摩擦，而两边驱动器产生反向X方向位移，与人体接触也产生水平反向摩擦，而且上下两行摩擦力不一致，一个向左一个向右，这样就产生剪切力。

与传统防褥疮气垫比较，本发明研制的多模块放褥疮垫优点显而易见，就是介电弹性体驱动器能产生完全对抗水平方向和垂直方向的压力，摩擦力和剪切力，而传统防褥疮气垫只能对抗水平方向压力。

多模块设计的其它优点还包括：

1.制作简单，只要制作好单模块，组装成多模块即可。

2.维修更换方便，单个模块失效，直接更换即可，不影响相邻其他模块。任意模块的驱动器只要接上导线即可。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种防褥疮垫，其特征在于，所述防褥疮垫由排布于同一个平面或曲面并依靠控制模块控制的多个驱动器组合形成，每个所述驱动器能够独立活动，每个所述驱动器能够实现至少三个自由度的活动。

2.根据权利要求1所述的一种防褥疮垫，其特征在于，所述三个自由度两两相互正交。

3.根据权利要求1所述的一种防褥疮垫，其特征在于，每个所述驱动器按照矩形阵列排布于同一个平面。

4.根据权利要求1所述的一种防褥疮垫，其特征在于，所述驱动器由介电弹性材料制成，所述驱动器通过导电材料连接至所述控制模块。

5.根据权利要求4所述的一种防褥疮垫，其特征在于，所述驱动器包括框架、弹性薄膜、第一柔性正极、第二柔性正极、第三柔性正极、第四柔性正极、柔性负极，所述弹性薄膜的边缘固定在所述框架上，所述第一柔性正极、所述第二柔性正极、所述第三柔性正极和所述第四柔性正极贴合在所述弹性薄膜第一表面，所述柔性负极贴合在所述弹性薄膜第二表面。

6.根据权利要求5所述的一种防褥疮垫，其特征在于，所述第一柔性正极、所述第二柔性正极、所述第三柔性正极、所述第四柔性正极由涂敷于所述弹性薄膜第一表面的导电碳膏形成，所述柔性负极由涂敷于所述弹性薄膜第二表面的导电碳膏形成。

7.根据权利要求6所述的一种防褥疮垫，其特征在于，所述导电材料选用导电胶带，所述第一柔性正极、所述第二柔性正极、所述第三柔性正极、所述第四柔性正极、所述柔性负极分别通过一条所述导电胶带连接至所述控制模块。

8.根据权利要求5所述的一种防褥疮垫，其特征在于，所述第一柔性正极、所述第二柔性正极、所述第三柔性正极和所述第四柔性正极按照圆周阵列排布。

9.根据权利要求8所述的一种防褥疮垫，其特征在于，所述第一柔性正极、所述第二柔性正极、所述第三柔性正极和所述第四柔性正极均为四分之一扇环形，所述负极为圆形。