CN111449825A - 可调式定点控温下肢外固定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可调式定点控温下肢外固定装置，包括：通过按键设定冷敷温度，启动制冷片，制冷片工作；传感器将制冷片制冷的温度通过传感器传到MCU，MCU做出反应调节制冷片的电压，压力传感器将此时的压力传送到MCU，MCU将的压力数值通过OLED显示出来通过液晶显示及按键输入模块输入预设温度值，采集到的电压值反馈给单片机，经过单片机内部A/D转换后，单片机将采集的温度值与预设的温度值进行比较判断，通过PID计算，输出PWM脉冲调制信号给驱动电路，进而控制半导体制冷的加热制冷量及加热制冷方向的切换，装置上的气垫的内部空气由MCU给电磁阀信号，改变电磁阀的状态，以便选择性的充气和放气。
Description
技术领域
本发明涉及医疗外科装置技术领域，尤其涉及一种可调式定点控温下肢外固定装置。
背景技术
冰雪运动是一类形式多样，内容丰富，不失娱乐且健身的世界性运动。虽然与北欧、北美等国家相比，国内的冰雪运动不够火热。冰雪运动虽独具魅力，但可能造成的运动损伤也应引起我们的重视，由于其速度快、强度大、运动平面不稳定等特点，其危险系数丝毫不逊于散打拳击等强对抗项目，导致的运动损伤也与常见损伤不尽相同，冰雪运动由于场地的原因，损伤后的救援也与普通运动损伤的救治也不相同，因此我们根据其独特的损伤的类型，设计具有冰雪运动损伤特点的救治支具。
冰雪运动损伤中，膝踝关节损伤及下肢骨折较为常见。软组织损伤及骨折早期复位固定有利于有效控制骨折端出血，骨折的稳定可减轻患者疼痛，避免断端间活动继发血管神经损伤，并可有效降低脂肪栓塞、急性呼吸窘迫综合征等严重并发症的发生率。目前较普遍的外固定方法是夹板绷带外固定、石膏外固定或下肢支具使用，但弊端较多。夹板固定法存在夹板长度大小不合适、操作不便、夹板易滑脱、患者满意度差等弊端，且传统的木板固定不易塑形，不适合关节附近骨折的固定，绑扎太松或固定垫使用不当而失去固定的作用，会导致骨折再次发生移位，或绑扎得太紧而产生压迫性溃烂、缺血性肌萎缩，甚至产生肢体坏疽、骨筋膜室综合症等不良后果。而常规的下肢支具存在固定强度不够，压力过大时妨碍局部血液循环，加重远端肢体肿胀，产生压疮及神经麻痹症状等不良反应，以及舒适度、匹配性等问题。石膏外固定很难在室外操作，且专业性较强。目前急救基本不具备给与患肢冰敷的能力，冷敷法可以降低组织温度，使血管收缩，减少局部充血，从而达到止血的作用。由于下肢压迫固定，膝关节，踝部等组织长时间受压，血液循环障碍而易形成压疮。为避免压疮的发生，目前临床常采用棉垫或毛巾垫于相应部位，但其材质较软易变形，舒适度低，且每隔一段时间需要重新折叠棉垫或毛巾。频繁的搬动患肢会造成患者的疼痛，而且增加护理工作量。因此预防压疮的效果并不理想。临床上也使用冰敷中间间隔毛巾类保护物体的方法，主要是通过低温作用于皮肤和深层组织，以达到减少出血、减轻炎症，缓解肿胀和疼痛的目作用，最常用于外伤等引起的炎症急性期。冰敷位置就是红肿热痛部位的皮肤表面。
在“维普”、“万方”、“必应学术网”、“中国知网”、PubMed等网站上分别使用“冰雪运动损伤急救”、“下肢支具”等关键词进行关键字搜索，匹配所得急救支具的信息。根据所得结果，国内研究检索数目比其他的国家要少或无明显领先，这从侧面证明了此方面学术研究在国内的匮乏。由于国内冰雪运动普及较晚，国内致力于此方面的科学研究较少，对于冰雪运动损伤的急救尚无完整的体系，临床上对于冰雪运动损伤急救还在使用普通的下肢外固定，此方面技术革新慢，并不具备针对的产品开发。所以，整个国内的急救外固定的科研及临床工作，处于较为落后的状态。
有数据表明，冰雪运动损伤部位中膝关节损伤占比38.7％，踝关节损伤占比17.4％。冰雪运动损伤类型中扭伤占比24.25％，挫伤占比15.84％，摔伤占比14.35％，撞伤占比8.91％，韧带拉伤占比7.42％，骨折占比5.94％。尤其以下肢运动损伤最为常见。但是运动员受伤后需要进行紧急处理，不能第一时间接受治疗，紧急处理对于运动员的恢复和预后就显得尤为重要。
部分运动损伤以后需要紧急外固定，尤以夹板固定多见，然而夹板固定专业性高，需要急救人员具备一定的医学技能操作知识，故对于紧急处理存在一定的局限性。临床上现有的固定支具，只能起简单的固定作用，对于损伤后冰敷等一系列治疗措施存在不足，且个体体型差异较大，不能实现个体化治疗的原则。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明的目的在于提供一种可调式定点控温下肢外固定装置，以解决现有技术中肢体固定不能调节的技术问题。
为至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种可调式定点控温下肢外固定装置，包括：内层，其表面设置有若干气囊，通过所述气囊的膨胀来与受伤肢体接触；中间层，其设置在所述内层的外侧，其内设置有电路元件，所述电路元件通过实时获取所述气囊压力以对气囊内气体调节，还通过对内层或中间层的温度检测，以实时调整内层或中间层的温度；外层，其设置在所述中间层的外侧，其为硬塑料层，用以支撑所述内层和中间层，并固定受伤肢体；在所述外层设置有至少一可调控滑动装置，其通过调节所述固定装置两部分之间的连接位置，以调整所述固定装置的整体高度。
进一步地，所述硬塑料层上设置有高强涤纶固定带和呢绒粘贴扣件，以便于调节支具大小，与伤肢完成固定。
进一步地，所述气囊通过其膨胀来与受伤肢体固定，所述气囊分为数个阵列式的气囊室，均由电磁阀控制，通过控制电磁阀的通断来控制气囊的充气与放气，从而达到到对肢体的固定。
进一步地，本发明可调式定点控温下肢外固定装置的实施例，通过按键设定冷敷温度，启动制冷片使其工作，传感器将制冷片制冷的温度通过传感器传到MCU，所述MCU做出反应调节所述制冷片的电压；压力传感器将此时的压力传送到MCU，所述MCU将压力数值通过OLED显示出来。通过液晶显示及按键输入模块输入预设温度值，采集到的电压值反馈给单片机，经过所述单片机的内部A/D转换后，单片机将采集的温度值与预设的温度值进行比较判断，通过PID计算，输出PWM脉冲调制信号给驱动电路，调节输出电压大小及方向，进而控制半导体制冷的加热制冷量及加热制冷方向的切换。当被控对象的温度低于目标温度时，半导体制冷片的电压减小；当被控对象的温度高于目标温度时，H桥朝TEC制冷的方向按一定的幅值驱动电流；PWM信号在 PID算法的调控下时刻变化。装置上的气垫的内部空气可由MCU给电磁阀信号，改变电磁阀的状态，即改变通路，以便选择性的充气和放气，达到气垫的可控性。
进一步地，所述制冷片采用TEC1-00703半导体制冷片，半导体制冷片的电压通过MCU输出信号来调节大小，其制冷片体积小，需要多个制冷片并联，方便应对身体不同地方的冷敷。
进一步地，所述按键分别为系统的启动、温度的调节以及制冷片的启动和停止，同时亮起相对应的指示灯。所述按键发出指令送到MCU，所述MCU将信号发送至电磁阀和气泵，通过控制所述气泵以及电磁阀，来控制充气以及放气，达到对患者肢体的局部固定,
进一步地，与受伤肢体接触的气囊的外部设有压力传感器，充气大于设定值时，电磁阀放气，小于设定值时进行充气，以达到稳定值来固定受伤肢体。所述压力传感器选用HZC-30A，由于所述压力传感器的传送的是模拟量毫伏差分信号，所以可通过RS285连接到MCU上读取数值，以便显示在OLED显示器上。
进一步地，所述可调控滑动装置包括：在所述外层的上部分的外表面上设置有滑轨，所述滑轨上设置有滑片，并能沿所述滑轨相对移动，所述滑片上设置有圆台底座，设置所述圆台底座目的是可以使弹簧固定更加牢固，且圆台的侧面具有一定的坡度，以便于所述滑片在所述滑轨上滑动，所述圆台底座上安装弹簧，通过所述弹簧来实现调节长度的调整，所述弹簧的上端设有半球形钢珠，所述圆台底座、弹簧和半球形钢珠构成第二连接件，以便与锁紧机构一端固定连接。
在所述外层的下部分的表面上设置有固定座，所述固定座上设置有圆台底座，所述圆台底座上安装弹簧，所述弹簧的上端设有半球形钢珠，所述圆台底座、弹簧和半球形钢珠构成第二连接件，以便与锁紧机构另一端固定连接。
进一步地，所述锁紧机构为一U形槽，其底部侧面设置一排锁紧孔，所述锁紧孔与所述第一连接件上的半球形钢珠和第二连接件上的半球形钢珠连接。
进一步地，所述滑轨采用新型高分子材料，所述滑轨在滚动时自动排除滑轨上的灰尘和脏物，进而保证滑轨的清洁，滑轨也不会因脏物进入其内部而影响滑动效果。
进一步地，所述滑轨和滑片结合不要过于紧密，需留存一些空隙。以便于所述滑片固定在滑轨的适当位置从而获得想要的最适长度，同时，也防止所述滑片上的弹簧在拖拉拽动时发生变形.
进一步地，本发明可调式定点控温下肢外固定装置涉及USB模块，以便于为下载程序提供电源。
与现有技术相比本发明的技术效果在于：本发明肢体固定装置采用内层、外层、中间层的固定方式，以及设置可调控滑动装置，其通过调节所述固定装置两部分之间的连接位置，以调整所述固定装置的整体高度。通过设置该种滑动结构，使得外肢体固定装置能够应用于多种场合，尤其，能够根据不同人的不同状态进行调整，达到最佳的舒适状态。
尤其，本发明可调控滑动装置包括：滑轨，其设置在所述外层的上部分的外表面上；滑片，其设置在所述滑轨上，并能沿所述滑轨相对移动；固定座，其设置在所述外层的下部分的表面上；第一连接件，其设置在所述固定座上；第二连接件，其设置在所述滑片上，并能够在所述滑片的带动下移动；以及锁紧机构。在使用时，仅需通过滑轨滑片调整，并通过锁紧机构锁紧即可实现。同时，可调控滑动装置可水平方向牵拉，改变整个支具的长度。
尤其，内层的内部设置阵列式气囊，通过气囊的膨胀来固定受伤肢体，内部的阵列式气囊分为数个小的气囊室，通过控制电磁阀的通断来控制气囊的充气与放气，从而达到到对肢体的固定。与受伤肢体的接触的气囊外部设有压力传感器，当充气大于设定值时，电磁阀放气，小于设定值时进行充气，以达到稳定值来固定受伤肢体。
尤其，通过对内层或中间层的温度检测可以将穿回来的温度反馈到MCU 上，所述MCU作出调节，控制制冷片的电压以便于调节温度。
附图说明
为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。
图1为本发明可调式定点控温下肢外固定装置整体结构示意图；
图2为本发明可调式定点控温下肢外固定装置的外层结构示意图；
图3为本发明可调式定点控温下肢外固定装置实施例结构示意图；
图4为本发明可调式定点控温下肢外固定装置的制冷模块原理结构示意图；
图5为本发明可调式定点控温下肢外固定装置的按键原理结构示意图；
图6为本发明可调式定点控温下肢外固定装置的指示灯原理结构示意图；
图7为本发明可调式定点控温下肢外固定装置的MCU的原理结构示意图；
图8为本发明可调式定点控温下肢外固定装置的压力传感器原理结构示意图；
图9a为本发明可调式定点控温下肢外固定装置的可滑动装置结构示意图；
图9b为本发明可调式定点控温下肢外固定装置的可滑动装置的锁紧机构结构示意图；
图10为本发明可调式定点控温下肢外固定装置的USB原理结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释发明的技术原理，并非在限制发明的保护范围。
需要说明的是，在发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
此外，还需要说明的是，在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
参阅图1所示，其为本发明实施例的可调式定点控温下肢外固定装置，包括：内层1，其表面设置有若干气囊11，通过所述气囊11的膨胀来与受伤肢体接触；中间层2，其设置在所述内层的外侧，其内设置有电路元件，所述电路元件通过实时获取所述气囊11压力以对气囊11内气体调节，还通过对内层或中间层的温度检测，以实时调整内层或中间层的温度；外层3，其设置在所述中间层的外侧，其为硬塑料层，用以支撑所述内层和中间层，并固定受伤肢体；在所述外层设置有至少一可调控滑动装置33，其通过调节所述固定装置两部分之间的连接位置，以调整所述固定装置的整体高度。
继续参照图1所示，所述硬塑料层3是由高分子板材组合而成，外观模拟正常四肢塑形而成。硬塑料层3上设置有高强涤纶固定带31和呢绒粘贴扣件31，操作前根据患者受伤部位选用相应的外固定支具，然后解开呢绒粘扣 31，将伤肢放入支具内调节好支具大小及位置，呢绒粘扣31拉紧扣好，完成伤肢固定。
参照图1和图2所示，所述气囊11通过其膨胀来与受伤肢体固定，所述气囊11分为数个阵列式的气囊室，均由电磁阀控制，通过控制所述电磁阀的通断来控制气囊的充气与放气，从而达到到对肢体的固定。
参照图3所示，本发明可调式定点控温下肢外固定装置的实施例，通过按键设定冷敷温度，启动制冷片使其工作，传感器将制冷片制冷的温度通过传感器传到MCU，所述MCU做出反应调节所述制冷片的电压；压力传感器将此时的压力传送到MCU，所述MCU将压力数值通过OLED显示出来。通过液晶显示及按键输入模块输入预设温度值，采集到的电压值反馈给单片机，经过所述单片机的内部A/D转换后，单片机将采集的温度值与预设的温度值进行比较判断，通过PID计算，输出PWM脉冲调制信号给驱动电路，调节输出电压大小及方向，进而控制半导体制冷的加热制冷量及加热制冷方向的切换。当被控对象的温度低于目标温度时，半导体制冷片的电压减小；当被控对象的温度高于目标温度时，H桥朝TEC制冷的方向按一定的幅值驱动电流；PWM信号在PID算法的调控下时刻变化。装置上的气垫的内部空气可由MCU给电磁阀信号，改变电磁阀的状态，即改变通路，以便选择性的充气和放气，达到气垫的可控性。
参照图3和图4所述，图3中制冷模块则采用半导体制冷片，所述半导体制冷片选用型号为TEC1-00703的制冷片，半导体制冷片的电压通过MCU输出信号来调节大小，其制冷片体积小，需要多个制冷片并联，方便应对身体不同地方的冷敷。图3中STC89C52RC的工作电压为2.7～6V,所述STC89C52RC 工作于12Hz时，动态电流为5.5mA，空闲态为1mA,掉电状态仅仅为20nA，当然，本领域技术人员可以理解的是，还可采用其他型号制冷片，只需在预设电压内工作即可。
参照图5、图6和图7，所述按键分别为系统的启动、温度的调节以及制冷片的启动和停止，同时亮起相对应的指示灯。按键发出指令送到MCU，MCU 将信号发送至电磁阀组和气泵，通过控制气泵以及电磁阀，来控制充气以及放气，达到对患者肢体的局部固定,
参照图2和图8所示，与受伤肢体接触的气囊的外部设有压力传感器，当充气大于设定值时，电磁阀放气，小于设定值时进行充气，最终达到稳定值，固定受伤肢体。所述压力传感器选用HZC-30A，与皮肤可以接触，由于所述压力传感器的传送的是模拟量毫伏差分信号，所以可通过RS285连接到MCU 上读取数值，以便显示在OLED显示器上。
参照图1和图9所示，所述可调控滑动装置33包括：在所述外层3的上部分的外表面上设置有滑轨4，所述滑轨4上设置有滑片5，并能沿所述滑轨 4相对移动，所述滑片5上设置有圆台底座81，设置所述圆台底座81目的是可以使弹簧82固定更加牢固，且圆台的侧面具有一定的坡度，以便于所述滑片5在所述滑轨4上滑动，所述圆台底座上安装弹簧82，通过所述弹簧82来实现调节长度的调整，所述弹簧82的上端设有半球形钢珠83，所述圆台底座81、弹簧82和半球形钢珠83构成第二连接件8，以便与锁紧机构9一端固定连接。
在所述外层3的下部分的表面上设置有固定座6，所述固定座6上设置有圆台底座71，所述圆台底座上安装弹簧72，所述弹簧72的上端设有半球形钢珠73，所述圆台底座71、弹簧72和半球形钢珠73构成第二连接件7，以便与锁紧机构9另一端固定连接，对本领域技术人员而言，固定座与圆台底座一体成型或者通过连接而成。
具体而言，所述锁紧机构9为一U形槽体，U型槽体的侧面为挡板，其底部面设置一排锁紧孔91，所述锁紧孔91与所述第一连接件上的半球形钢珠 83和第二连接件上的半球形钢珠连接73，相邻的所述锁紧孔91的间距可以相同也可以不同，每个锁紧孔尺寸相同。
具体而言，所述滑轨4采用新型高分子材料，所述滑轨4在滚动时自动排除滑轨4上的灰尘和脏物，进而保证滑轨4的清洁，滑轨4也不会因脏物进入其内部而影响滑动效果，高分子材料可以为聚酯材料。
具体而言，所述滑轨4和滑片5结合不要过于紧密，需留存预设空隙，以便于所述滑片5固定在滑轨4的适当位置从而获得想要的最适长度，同时，也防止所述滑片5上的弹簧82在拖拉拽动时发生变形。
参阅图10所示，本发明可调式定点控温下肢外固定装置涉及USB模块，以便于为下载程序提供电源，其中所述USB模块与所述单片机连接，也与所述OLED显示器连接。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，包括：
内层，其表面设置有若干气囊，通过所述气囊的膨胀来与受伤肢体接触；
中间层，其设置在所述内层的外侧，其内设置有电路元件，所述电路元件通过实时获取所述气囊压力以对气囊内气体调节，还通过对内层或中间层的温度检测，以实时调整内层或中间层的温度；
外层，其设置在所述中间层的外侧，其为硬塑料层，用以支撑所述内层和中间层，并固定受伤肢体；
在所述外层设置有至少一可调控滑动装置，其通过调节所述固定装置两部分之间的连接位置，以调整所述固定装置的整体高度。
2.根据权利要求1所述的可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，所述可调控滑动装置包括：
滑轨，其设置在所述外层的上部分的外表面上；
滑片，其设置在所述滑轨上，并能沿所述滑轨相对移动；
固定座，其设置在所述外层的下部分的表面上；
第一连接件，其设置在所述固定座上；第二连接件，其设置在所述滑片上，并能够在所述滑片的带动下移动；
锁紧机构，其一端与所述第一连接件固定连接，另一端与所述第二连接片在实时调整的位置连接。
3.根据权利要求2所述的可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，所述第一连接件包括：圆台底座，所述圆台底座上安装弹簧，所述弹簧的上端设有半球形钢珠，以便与所述锁紧机构一端固定连接。
4.根据权利要求2所述的可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，所述第二连接件包括：圆台底座，所述圆台底座上安装弹簧，所述弹簧的上端设有半球形钢珠，以便与所述锁紧机构另一端连接。
5.根据权利要求2所述的可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，
所述锁紧机构为一U形槽，其底部侧面设置一排锁紧孔，锁紧孔与所述第一连接件上的半球形钢珠和第二连接件上的半球形钢珠连接。
6.根据权利要求1所述的可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，
所述中间层内设置有温度传感器、制冷片、MCU，其中，
所述温度传感器用以实时检测所述制冷片的工作温度，并传输至所述MCU；
所述制冷片均匀设置在所述中间层，用以通过所述MCU调节达到调节温度；
所述MCU将获取的温度信息传输至显示器并显示。
7.根据权利要求1所述的可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，
所述内层的外侧设置有压力传感器，用以实时检测所述气囊的压力；
气囊充气大于设定值，所述电磁阀放气，气囊充气小于设定值，所述电磁阀充气，以达到稳定值。
8.根据权利要求6所述的可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，所述制冷片采用半导体制冷片，通过并联多个所述制冷片以便于对身体不同部分的冷敷。
9.根据权利要求2所述的可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，所述滑轨和滑片的结合留存空隙，以便于所述滑片固定在所述滑轨的适当位置来获得最适长度，防止所述滑片的弹簧在拖拉拽动发生变形。
10.根据权利要求1所述的可调式定点控温下肢外固定装置，其特征在于，所述气囊分为数个阵列式的气囊室，每个所述气囊室由所述电磁阀的通断来控制所述气囊的充气与放气。
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