張永壽 趙曉辰

運(yùn)動(dòng)損傷在日常生活或野戰(zhàn)訓(xùn)練中較為常見(jiàn)，如急性損傷處理不當(dāng)或長(zhǎng)期反復(fù)扭傷可能導(dǎo)致慢性疾病，對(duì)部隊(duì)官兵的日常生活和工作有嚴(yán)重影響。治療急性損傷和疼痛的有效方法為冷療和加壓。其中冷療是治療損傷第一有效措施。冷療即運(yùn)用比人體溫度低的冷水或冰進(jìn)行冷敷或酒精涂抹降低損傷部位溫度的一種物理療法。冷療法是通過(guò)降低組織溫度，使周圍血管收縮，減少局部血流量及傷部充血現(xiàn)象，減輕周圍神經(jīng)傳導(dǎo)速度，有止血、鎮(zhèn)痛、退熱和防腫的作用[1]。因此在損傷早期進(jìn)行冷敷，可使局部損傷的小血管收縮，減少出血，減輕局部炎癥反應(yīng)及組織液滲出，達(dá)到減輕早期腫脹和止痛的目的[2]。

臨床上重型顱腦損傷、腦腫瘤術(shù)后及腦血管意外等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病均可引起不同程度的中樞性高熱而加重腦組織損害，對(duì)疾病產(chǎn)生嚴(yán)重影響[3]。處理不當(dāng)可增加治療和護(hù)理難度，甚至危及患者生命。20世紀(jì)90年代，國(guó)外率先開始使用亞低溫(30～35 ℃)治療腦缺血、腦缺氧和腦出血患者，取得了令人囑目的研究成果。

1 冷敷及高熱降溫系統(tǒng)研究背景

臨床上用于冷敷的物品主要有清水冰袋和10%的鹽水冰袋[4]。冰袋冷敷需隨時(shí)更換，所需護(hù)理時(shí)限長(zhǎng)，降溫效果不理想，治療不及時(shí)容易導(dǎo)致后遺癥。目前，國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的治療方法是使用降溫毯降溫，但由于其溫度調(diào)節(jié)范圍小、體積大不適于野外訓(xùn)練攜帶，而采用充電模式則無(wú)法在野外訓(xùn)練中使用。用于治療亞低溫的醫(yī)療設(shè)備主要有空壓機(jī)冰毯，雖然降溫速度快但燥聲大、并向環(huán)境散熱，而且體積大不易攜帶[5-9]。

野戰(zhàn)訓(xùn)練損傷冷敷與高熱降溫系統(tǒng)是一種集冷敷降溫與加壓功能于一體的醫(yī)療器具，預(yù)期用途是供運(yùn)動(dòng)損傷、高熱及術(shù)后患者進(jìn)行低溫治療。內(nèi)部采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，其作用機(jī)制是內(nèi)部設(shè)有水循環(huán)系統(tǒng)，并可設(shè)定水循環(huán)系統(tǒng)中水的溫度，通過(guò)與損傷部位的接觸，利用其溫差降低損傷部位溫度。

2 冷敷及高熱降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與構(gòu)成

2.1 總體設(shè)計(jì)圖

如圖1所示，整個(gè)裝置的研制共分為6個(gè)部分：①元器件的選擇；②電氣控制部分各種功能的實(shí)現(xiàn)及電路的設(shè)計(jì)；③各個(gè)部件之間電路與水循環(huán)管路的設(shè)計(jì)與連接；④智能電力支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；⑤裝置的試驗(yàn)與準(zhǔn)確度的調(diào)節(jié)；⑥設(shè)備計(jì)量的質(zhì)量控制。

圖1 冷敷及高熱降溫系統(tǒng)技術(shù)路線圖

2.2 裝置構(gòu)成

本裝置研究的高熱降溫裝置主要構(gòu)成部件有溫度傳感器、水毯、水泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、密封水箱、電氣控制部分和水循環(huán)管路，其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 冷敷及高熱降溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2.3 工作原理

由圖2顯示，該裝置在患者受傷部位和內(nèi)部水箱中放置有精度為0.1 ℃的溫度傳感器，由溫度傳感器監(jiān)測(cè)水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的水溫及患者的體溫。采用壓縮機(jī)制冷，經(jīng)過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)，以水毯與患者身體接觸，通過(guò)控制水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的水溫，利用溫差降低患者局部溫度。

冷敷及高熱降溫系統(tǒng)工作流程：先由溫度傳感器檢測(cè)患者與水箱內(nèi)水的溫度→操作人員通過(guò)電氣控制部分設(shè)定患者所需的溫度→電氣控制部分控制壓縮機(jī)對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行制冷→由水泵加壓、傳輸至水毯之中→作用于患者。水毯中的水循環(huán)流動(dòng)，壓縮機(jī)與風(fēng)扇同時(shí)工作，后者提供強(qiáng)制性散熱。

2.4 裝置硬件的選擇

硬件部分是裝置的工作基礎(chǔ)，主要包括傳感器、壓縮機(jī)、水泵和水毯4部分。根據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)和控制功能，將裝置硬件設(shè)計(jì)分為與軟件相配套的硬件設(shè)計(jì)和其他硬件設(shè)計(jì)。

(1)溫度傳感器。溫度傳感器是能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器，是該降溫裝置的核心部件之一，其性能對(duì)系統(tǒng)的控制精度起決定作用。溫度傳感器按電子元件特性分為熱電阻和熱電偶2類。根據(jù)裝置溫度測(cè)量與控制的范圍、精度、傳感器性能及穩(wěn)定性，系統(tǒng)選用鉑熱電阻溫度傳感器。鉑熱電阻溫度傳感器是一種以鉑(Pt)作成的電阻式溫度傳感器，其阻值與溫度的變化呈正比。鉑熱電阻溫度傳感器具有穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高及耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。并且溫度應(yīng)用范圍廣，是中、低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器[10-11]。

(2)水泵。野戰(zhàn)訓(xùn)練損傷及高熱降溫系統(tǒng)在治療損傷時(shí)主要功能是降溫與加壓，降溫由裝置中水的循環(huán)形成，而水循環(huán)需要水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)整個(gè)裝置中水的流動(dòng)。因此，水泵在本裝置中是必不可少的組成部分。水泵的選擇需要根據(jù)裝置中水循環(huán)的要求，從適用范圍、溫度范圍、流量、轉(zhuǎn)速以及體積大小等方面進(jìn)行選擇。

(3)壓縮機(jī)及水毯。壓縮機(jī)在本裝置中主要用于制冷，是實(shí)現(xiàn)本裝置降溫功能的主要部件，是制冷系統(tǒng)的心臟。因此，壓縮機(jī)的選擇決定了裝置制冷的效果，從而影響裝置的整體性能。壓縮機(jī)的主要性能指標(biāo)有輸入和輸出功率、性能系數(shù)、制冷量、啟動(dòng)電流、運(yùn)轉(zhuǎn)電流、額定電壓、頻率、氣缸容積及噪音等。

(4)水毯是實(shí)施降溫、傳導(dǎo)溫度的部件，與患者緊密接觸。用于本裝置中的水毯需要其傳導(dǎo)性能好、耐寒性強(qiáng)、彈性好及耐磨性強(qiáng)等特點(diǎn)。

3 電氣控制部分的設(shè)計(jì)

該裝置通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)以及外圍電路的設(shè)計(jì)控制其實(shí)現(xiàn)上述功能。電氣控制部分主要包括下述內(nèi)容。

(1)水溫及人體值設(shè)定與監(jiān)測(cè)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有數(shù)字顯示，設(shè)定人體體溫范圍為30～38.5 ℃；水溫范圍為3～20 ℃，在降溫過(guò)程中，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí)壓縮機(jī)停止運(yùn)行，壓縮機(jī)啟動(dòng)的條件是當(dāng)水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行后，當(dāng)前水溫高于設(shè)定水溫3 ℃以上。

(2)降溫速度值設(shè)定。

(3)報(bào)警功能設(shè)置。缺水報(bào)警、傳感器插頭拔出報(bào)警。

(4)工作狀態(tài)有指示燈及字符顯示。發(fā)生故障時(shí)有字符及聲響提示。

4 結(jié)論

野戰(zhàn)訓(xùn)練損傷冷敷與高熱降溫系統(tǒng)可解決降溫設(shè)備溫度調(diào)節(jié)范圍小、降溫速度不可控制以及器具體積大不適于野戰(zhàn)訓(xùn)練攜帶等問(wèn)題，其降溫面積大、降溫迅速，克服了傳統(tǒng)物理降溫中降溫速度和效果無(wú)法控制的缺點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)用單片機(jī)作為內(nèi)部電氣控制部分，操作人員可通過(guò)主機(jī)顯示屏的顯示內(nèi)容，利用按鍵調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)。該裝置具有使用方便簡(jiǎn)單、安全性能高、節(jié)省時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。其整個(gè)體積是正常醫(yī)用降溫毯體積的1/5，可便攜移動(dòng)，在醫(yī)院病房、部隊(duì)營(yíng)房、野戰(zhàn)保障車及救護(hù)車上均可使用。

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