朱 莎 許新建
骨科損傷與術(shù)后的護(hù)理原則主要包括休息、冷療、加壓包扎、抬高患肢等,其中冷療在骨科患者的治療中發(fā)揮著重要作用,如急性軟組織損傷、消除水腫及減輕疼痛,為后續(xù)治療提供良好基礎(chǔ);關(guān)節(jié)骨折手術(shù)前,迅速消除腫脹疼痛,縮短等待手術(shù)時(shí)間等;關(guān)節(jié)鏡術(shù)后和各種骨折內(nèi)外固定術(shù)后,消除腫脹,提前康復(fù)等[1]。
傳統(tǒng)的冷療法主要有冰袋、乙醇拭浴法及溫水拭浴法,其為確保冷療效果,需定期更換冰袋或者定期拭擦乙醇和溫水?,F(xiàn)有的加壓冷療系統(tǒng)是在冷療桶內(nèi)部加入冰袋,再通過(guò)氣泵加壓輸送到冷卻袖帶上,進(jìn)而達(dá)到冷療效果。當(dāng)患者在冷療過(guò)程中需要做其他事情或者有些患者想在散步過(guò)程中冷療和戶外冷療,冰袋、乙醇拭浴法、溫水拭浴法等方法維持時(shí)間太短,傳統(tǒng)的加壓冷療系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)和供電原因,無(wú)法便攜式冷療[2]?;诖耍狙芯吭O(shè)計(jì)一種新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng),采用蓄電池供電和背帶式結(jié)構(gòu),并具有溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng),用于告知患者冷療過(guò)程中的溫度值和壓力值,提示其及時(shí)調(diào)整冷療措施,滿足患者的移動(dòng)冷卻治療[3]。
新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng)由單片機(jī)控制模塊、蓄電池充電模塊、氣泵加壓模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊、壓力監(jiān)測(cè)模塊、冰水存儲(chǔ)桶、加壓冷卻系統(tǒng)背帶以及各種冷卻袖帶等組成。氣泵加壓模塊將冰水桶的冰水通過(guò)水管加壓到各種冷卻袖帶,便于患者的冷卻治療[4]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 中央加壓冷療系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
冷療系統(tǒng)硬件由電源模塊和單片機(jī)控制模塊組成:①電源模塊包括蓄電池充電電路和系統(tǒng)供電線路;②單片機(jī)控制模塊采用的主芯片為AT89S52,主要包括按鍵電路,用于控制冷療時(shí)間、開(kāi)啟中央制冷和中央氣泵加壓等;③顯示電路用于顯示制冷溫度、加壓壓力、治療時(shí)間及報(bào)錯(cuò)信息等;④報(bào)警電路用于提示治療時(shí)間已到及各種報(bào)錯(cuò)信息,設(shè)有電源電路、復(fù)位電路、晶振電路等[5]??刂齐娐废到y(tǒng)如圖2所示。
圖2 控制電路系統(tǒng)框圖
1.1.1 電源電路設(shè)計(jì)
新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng)不僅可以采用市電供電,也可以采用蓄電池供電。為實(shí)現(xiàn)可穿戴式和長(zhǎng)時(shí)間供電,本系統(tǒng)采用的蓄電池為鋰聚合物電池,容量為2000 mAh,額定輸入為5 V,整個(gè)電池模塊重量輕,電池容量大,適合穿戴式加壓系統(tǒng)的攜帶[6]。電源供電電路和電池充電電路如圖3所示。
圖3 電源供電和電池充電電路圖
圖3 顯示,220 V電壓經(jīng)過(guò)D1、D2、D3及D4橋式整流后得到300 V的直流電,再經(jīng)過(guò)C1、C2及L1濾波后加到變壓器的初級(jí)繞組L2,變壓器的次級(jí)繞組L3感應(yīng)到的電壓經(jīng)過(guò)D7、C5、C4及R4進(jìn)行半波整流和穩(wěn)壓輸出直接電壓5 V,可以直接給加壓冷療系統(tǒng)供電,并可給蓄電池供電。當(dāng)加壓冷療系統(tǒng)無(wú)市電供電時(shí),蓄電池E1經(jīng)過(guò)C4和R4后給系統(tǒng)供電。電路中F1為過(guò)流保險(xiǎn)絲,繞組L4感應(yīng)輸出電壓的變化進(jìn)而調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路,D5、D6及C3為穩(wěn)壓電路,R2、R3及C6組成尖峰吸收電路[7-8]。
1.1.2 氣泵控制電路設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)加壓冷療,本系統(tǒng)采用氣泵加壓,通過(guò)氣泵給冷療桶加壓,冷卻水通過(guò)冷卻水管到冷卻袖帶,實(shí)現(xiàn)患者的冷卻加壓治療。本系統(tǒng)控制的主芯片采用AT89S52,其端口P0.0通過(guò)R6限流和開(kāi)關(guān)管Q2來(lái)控制氣泵是否工作,當(dāng)P0.0輸出高電平,Q2導(dǎo)通,氣泵開(kāi)始工作[9]。端口XTAL1和XTAL2連接電容C7、C8和晶振Y1組成晶振電路,用于系統(tǒng)定時(shí)作用;端口RST連接系統(tǒng)復(fù)位電路,整個(gè)復(fù)位電路由R5、C9、R8及K1組成,但系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí),通過(guò)按下K1后3 s復(fù)位,其電路如圖4所示。
圖4 氣泵加壓控制電路圖
1.1.3 壓力監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)
冷療系統(tǒng)的壓力監(jiān)測(cè)電路采用的高精度傳感器為MPX2100,其監(jiān)測(cè)壓力范圍為0~100 kPa,其轉(zhuǎn)換精度高,靈敏度高,具有極好的線性度,適合冷療系統(tǒng)的壓力監(jiān)測(cè)[10](如圖5所示)。
圖5 壓力監(jiān)測(cè)電路圖
在壓力監(jiān)測(cè)電路中A1和A2構(gòu)成同相比例運(yùn)算放大器,其同相端連接MPX2100傳感器的輸出端,A3組成一個(gè)差分比例運(yùn)算電路,將雙端輸入信號(hào)變?yōu)閱味说妮敵鲂盘?hào)給AT89S52進(jìn)行信號(hào)處理。電路增益由R9調(diào)整,A4組成的電壓跟隨器用作零壓力調(diào)整,在輸入壓力為零時(shí),調(diào)整R19可使輸出為零。電路中采用的運(yùn)算放大器為MC33079,C11通過(guò)自身的充放電使電路更穩(wěn)定[11]。
1.1.4 溫度監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)
新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng)采用的溫度傳感器為DS18B20,其測(cè)量范圍為-55~125 ℃,在-10~85 ℃范圍內(nèi),精度為(±0.5)℃,可以滿足系統(tǒng)的精確溫度監(jiān)測(cè)。其電路如圖6所示。
圖6 溫度傳感器信號(hào)采集電路圖
在溫度采集數(shù)據(jù)上,DS18B20的DQ端通過(guò)數(shù)據(jù)線連接到AT89S52的P1.1端進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集,溫度傳感器的供電電壓為5 V,采用上拉電阻R21連接溫度傳感器的VCC腳和DQ腳[12-13]。
新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化,然后進(jìn)行按鍵掃描后系統(tǒng)進(jìn)行正常的設(shè)置狀態(tài)。醫(yī)務(wù)人員在給患者確定冷療方案中,可以設(shè)定冷療壓力和冷療時(shí)間?;颊咴诶浏熯^(guò)程中,系統(tǒng)的液晶顯示器一直顯示冷療時(shí)間、冷療壓力和冷療溫度等參數(shù)信息,當(dāng)治療時(shí)間到時(shí)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng),提示患者冷療結(jié)束[14]。其主程序如圖7所示。
圖7 中央加壓冷療系統(tǒng)主程序框圖
冷療通過(guò)低于人體溫度的物質(zhì)作用于體表皮膚,通過(guò)神經(jīng)傳導(dǎo)引起皮膚和內(nèi)臟器官的血管收縮,從而改變機(jī)體各系統(tǒng)體液循環(huán)和新陳代謝等活動(dòng),達(dá)到局部和全身冷療的一種治療方法。冷療一方面對(duì)皮下腫脹機(jī)制和疼痛的機(jī)制改善有良好的效果,但同時(shí)也伴隨著繼發(fā)效應(yīng);另一方面冷療效果的好壞與冷療系統(tǒng)的冷療時(shí)間、冷療溫度以及冷療壓力有很大的關(guān)系。
(1)新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng)采用的冷媒為冰袋,由氣泵給冷卻袖帶加壓,采用蓄電池供電,進(jìn)而滿足患者移動(dòng)式冷卻治療。整個(gè)加壓冷療系統(tǒng)具有溫度監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)和時(shí)間計(jì)時(shí)作用,患者在治療過(guò)程中可以時(shí)時(shí)關(guān)注冷療時(shí)間、冷療溫度和冷療壓力,并可及時(shí)調(diào)整冷療方案,達(dá)到較好的冷療效果。本系統(tǒng)在急性軟組織損傷、退行性骨關(guān)節(jié)疾病、關(guān)節(jié)鏡術(shù)后、各種骨折內(nèi)外固定術(shù)后、韌帶重建術(shù)后等病種進(jìn)行臨床冷療作用中冷療效果良好[15]。冷療效果見(jiàn)表1。(2)新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng)不僅可以滿足患者臥床冷療,還可以滿足患者的移動(dòng)冷療。整個(gè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)冷療系統(tǒng)設(shè)備相比,具有較低功耗,實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的移動(dòng)冷療;具有溫度監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)和時(shí)間計(jì)時(shí)功能,便于患者和醫(yī)務(wù)人員時(shí)時(shí)關(guān)注冷療狀態(tài)。其新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng)與傳統(tǒng)的加壓冷療系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì),見(jiàn)表2。
表1 新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng)冷療效果
表2 新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng)與傳統(tǒng)冷療設(shè)備分析對(duì)比
持續(xù)加壓冷療對(duì)骨科術(shù)前和術(shù)后各種疾病的消除腫脹、減輕疼痛、加快康復(fù)等方面起到了重要作用。采取合適的冷療時(shí)間、冷療溫度及冷療深度對(duì)患者會(huì)有更好的冷療效果。本系統(tǒng)針對(duì)傳統(tǒng)冷療方法的不足和缺陷,設(shè)計(jì)一種新型穿戴式加壓冷療系統(tǒng),患者和醫(yī)務(wù)人員可以時(shí)時(shí)關(guān)注冷療時(shí)間、冷療溫度及冷療壓力等參數(shù),及時(shí)調(diào)整冷療方案[16]。整個(gè)系統(tǒng)不僅可以采用蓄電池供電,也可以采用市電供電,不僅可以滿足患者固定環(huán)境下的冷療,還可以滿足患者的移動(dòng)冷療。