智能控制多功能康复关怀组合系统的设计

张 博，古 凯，李 旭

（山东省泰安市中心医院，山东泰安271000）

智能控制多功能康复关怀组合系统的设计

张 博，古 凯，李 旭

（山东省泰安市中心医院，山东泰安271000）

缺脑卒中患者的康复一直以来是困扰医院、社会、家庭的具体问题，康复效果的好坏直接影响患者能否尽快回归社会和家庭。该系统的研制和应用，解决了脑卒中患者康复过程中遇到的部分难题，提早干预，切实帮助患者尽快恢复，为临床护理工作提供了有力支持。

控制；组合；设计

目前，脑卒中患者人数急剧增多，大部分患者失去生活自理能力，如何帮助患者尽快康复，回归社会，是我们设计智能控制多功能康复关怀组合系统的初衷。自2011年起，我院自行研究并设计了该系统，并于当年投入临床试用，收到了良好的临床效果。

据统计，我国脑卒中患者伴患肢体障碍的达7000万人，每年卒中患者约200万人。脑卒中患者经过医院救治幸存后，常遗留一些运动﹑感觉和语言等障碍，脑卒中患者由于偏瘫或失语，日常生活不能自理，同时他们心理也受到极大创伤。常表现为抑郁﹑悲哀﹑自卑等心理状态，性格也变得暴躁。出院后家庭康复治疗是一种有效的好方法，此时，如能做到护理恰当，就可以消除或减轻患者的功能缺陷，可以最大限度恢复患者生活及工作能力。他们后遗症之一是偏瘫。就医治疗后长期康复是一个需要时日的漫长过程。患者除药物治疗；按摩治疗和心理治疗外，患者的患侧必须每天多次进行非自主性锻炼以确保患肢不出现肌肉萎缩加剧病情发展。缺少锻炼的患者右脑血管壁异常脆弱，极易发生破裂。因此，科学的功能训练，使脑垂体分泌大量的活脑多肽来修复受损的脑细胞以及让休眠的脑细胞来代替死亡的脑细胞功能,使功能重组的脑细胞与受损功能之间架起信息桥梁,通过功能训练刺激脑重组细胞,以回复受损部位，达到康复的目的[1]。重点做好以下几方面康复治疗：心理治疗﹑按摩患肢﹑被动运动训练﹑主动运动训练﹑日常生活能力训练和语言康复训练。该组合系统尤其适用上述这部分人群，还同样适用于由于外伤导致偏瘫患者，因此推广前景广阔。今后，进一步加强标准化﹑关键部分模具化﹑批量化生产，尽早服务于广大患者。该课题社会效益尤其明显，技术效益和经济效益也十分突出。提高患者的生命质量，加速脑卒中的康复进程，降低潜在的人工护理费用，节约大量社会资源。

1 设计过程

考虑到患者与临床的需求，我们研发了智能控制多功能康复关怀组合系统。从研发样机﹑生产样机﹑样机应用，整个过程中得到了许多专家的指导和医院同仁的帮助。该组合系统结构分为两大部分：机械部分及电气部分。工作原理主要是电气控制部分来驱动电机﹑蜗杆﹑丝杠等装置，来控制床体各部位按照程序设定灵活移动，通过功能训练刺激脑重组细胞，以恢复受损部位，最终达到康复的目的[2]。该系统主要实现了以下基本功能：（1）上半身折体﹑坐卧及上肢抓空锻炼功能；（2）睡眠智能控制左右侧翻功能[3]；（3）患侧下肢﹑健侧下肢分别单体屈膝锻炼功能；（4）双下肢非自主智能控制蹬力锻炼功能；（5）水冲式座便器及智能控制恒温水冲洗功能；（6）恒温饮用水﹑装置；（7）影视﹑音频娱乐装置；（8）全球眼功能（图1）。

图1 整体结构图1.全球眼系统；2.上肢抓空训练器；3.下肢蹬力锻炼器；4.排便收纳系统；5.左右下肢分别训练；6. PLC控制器﹑接触器﹑电机﹑传动装置；7.床面纵向分两部分；8.便后淋洗系统

十二路控制器控制电机﹑丝杠﹑皮带﹑传动装置，在接触器﹑继电器等元件的配合下，按照写入的程序实现各个功能位置。如图2所示。

2 临床应用

2.1 有效防止褥疮

图2

褥疮对长期卧床的中风患者来说是一个首要解决的问题。褥疮的产生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。皮肤褥疮在康复治疗﹑护理中是一个普通性的问题。日常护理需要做到每1～2 h定时对患者进行翻身，按摩受压皮肤，劳动量大，需要护理人员有高度责任心；同时还要定期为患者清洁皮肤，实际护理中，由于患者行动不便，很难保证皮肤清洁。该系统通过PLC控制器，实现了智能控制翻身功能[4]。十二路无线接收器分别对应控制了12个继电器来执行各个动作。

十二路继电器又分别控制了5个伺服电机电源来完成相应功能的动作和左右侧翻时手动及自动的切换。当长时间卧床时对于体态较胖的康复者自主翻身非常吃力，因此控制器置于自动时床面先有水平位置开始左侧翻，停留一段时间恢复水平位置，再过一段时间右侧翻，一段时间后恢复水平位置。有效地解决了靠人工翻身的繁琐工作，节省了大量人力。投入临床使用以来，先后为200余例患者进行康复使用，均收到了良好的压疮预防效果，患者受力一侧未出现缺血﹑皮负压红﹑溃烂现象。

2.2 干预功能锻炼

患者下肢锻炼装置方便使用。下肢端两腿承托部分设计为分开独立式，可让左右腿分别运动。推行两者分别运行的推杆采用了“万向杆端轴承”，运行灵活。在床体的下肢侧配有脚踏功能的“蹬力车”，康复者用其可做下肢被动或主动功能锻炼[5]。其中被动运动主要作用是促进肢体血液循环，维持关节韧带活动度，减轻肌肉痉挛。主动运动是提高中枢神经系统紧张度，活跃各系统生理功能，预防并发症。由于中风导致肢体功能活动降低，部分关节肌肉处于退化状态，患者关节强直肌肉萎缩，故大多数患者懒于活动，因此主动运动和被动运动都是必不可少的。同时，2个床尾的下肢端两腿承托部分在电机的推动下无论是健侧下肢还是患侧下肢分别可以由下弯曲位置到上抬位置。髋关节﹑膝关节被动的得到活动。一来保证健肢健康状态；二来让患肢做被动运动避免患肢萎缩功能退化，提高生命质量[6]。根据国外文献报道，进行蹬力锻炼是一种有氧运动，提高了脑部血液的含氧量。通过磁共振检查：脑干和小脑中含氧量明显增加，促进了神经系统的代偿功能，进而起到促进患者的康复作用。

2.3 解决护理难题

有效解决患者便溺问题。长期卧床患者，大小便的处理是不可回避的问题。为此，床的中部设计了便盆孔。便盆由驱动电机驱动从一侧推向中间对准便盆孔以供使用，用完后控制电机反向运动便盆回到原位，同时便盆孔托回到中间原位。便溺后使用恒温热水喷淋头冲洗下部，清洁﹑舒适。恒温喷淋系统由自吸式加压泵﹑恒温加热器﹑带手控开关的喷淋头三部分组成，当打开喷淋头开关时水管内压力下降，自吸泵电源开关自行启动，吸水并加压同时打开恒温加热器电源开关，加热后的水有喷淋头喷出；关闭喷淋开关时水管内压力上升自吸泵电源断电管内压力下降，加热器停止加热。加热器内置温控开关根据水温调节接通断，保持水温相对恒定[7]。

PLC编程控制器的采用比传统的步进电机控制智能化集成度高，成本低，伺服电机不再需要计步采样器，因此控制器体积缩小了一半。价格由1500元下降到1000元，而且左右侧翻控制程序调整简捷。恒温水系统中小型自吸加压水泵是一大难点，出水量不大于2.5 L/min，但水压大于0.4 kPa。符合上述要求的水泵体积直径均在100 mm以上。采用制药行业压力泵经膜片改进达到了使用要求[8]。该组合系统为了在家庭护理中进行有效推广，安装了全球眼系统，它由一个或几个摄像头组网将视频信号传输至CDMA基站，在远处的监护人如子女亲友可利用3G手机或电脑看到康复者实时图像并能对话，让远端的子女或亲人放心；康复者在床上可看到子女或亲人的形象听到他们的祝福，因此心理得到安慰，精神状态愉悦。其余摄像头可分别看到周围情况等。

3 讨论

该系统通过在我院临床测试，广泛征求医护人员和专家意见建议，我们将做进一步改进的地方：（1）坐便器改用动车所用的吸空式马桶，减少室内空气污染，做到清洁卫生。（2）床垫考虑改为长轴方向条形﹑交替充气型气垫，进一步提高患者舒适度，最大限度降低压疮发生几率。根据当前市场相关产品调查分析类比，该系统的研制成员对原来产品功能进行升级，性能得到进一步改进，为患者肢体功能恢复﹑减轻护理负担﹑预防并发症的发生起到了重要作用。除了关注患者本身的生命存在，还要关注患者的心灵﹑精神和情感。改良后的新产品实用性将更强，不但解决患者的生活问题，还在体现人文关怀上做出新的努力。

智能控制多功能康复关怀组合系统的设计理念新颖，设计科学合理，研究目的明确，研究方法先进，技术路线清晰，具有较高的创新性﹑先进性﹑实用性。该系统在我院进行的临床应用，效果明显。此项技术通过有效的康复训练能够减轻患者肢体功能上的残疾，提高患者的生命质量，加速脑卒中肢体和身心的康复进程，降低潜在的人工护理费用，节约大量的社会﹑人力资源及成本。对急性脑卒中患者治疗后的肢体功能评分和功能独立性评定量表评分改善量均大于常规治疗,能更好地改善患者肢体运动和日常生活能力。经我院临床应用实践证明，可以实现长期﹑稳定的康复训练，提高治疗效果，降低成本，产生了良好的社会和经济效益。该组合系统的应用前景较好，适合于医院康复﹑家庭养老﹑福利院﹑老年保健院的推广和应用。

［1］ 沈霞，王俊华．组合型多功能康复床对脑卒中患者运动功能康复的影响[J]．现代康复，2000，4（5）：655.

［2］ 姜生元，胡艳娟，李建勇，等.智能化多功能电动康复床的研制[J]．机械设计，2008，25（5）：61.

［3］ 王俊华，周维金．组合型多功能偏瘫康复床的研制[J]．中国康复，2000,15（3）：176-177.

［4］ 李国康，李永维，周卓．多功能医疗护理床的设计与研究[J]．沈阳理工大学学报，2013,32（3）:91-94.

［5］ 孙爱程，赵通．基于人机工程的多功能康复床设计[J]．机械与制造，2012,50（6）：9．

［6］ 徐智烜．智能化多功能康复床的机械结构设计及ADAMS优化设计[J]．科技信息，2010,（16）：499.

［7］ 张景胜，张利霞． 基于单片机控制的家用康复床系统[J]．微计算机信息，2012,28（7）:60.

［8］ 武桂敏，肖景秀，赵晓华，等．站立康复床举升机构参数的校核分析[J]．硅谷，2013,6（22）：36.

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