【正文】 .................................................................... 27 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 28 附 錄 ............................................................................................................................ 29 致 謝 ............................................................................................................................ 32 1 1 緒論 系統(tǒng)方案的設(shè)計 在我國鄉(xiāng)村，有很多中年人長年累月的體力勞動；有些老年人整天坐在屋子里以打牌、打麻將為娛樂消遣；近年來隨著城市化進(jìn)程的加快、房地產(chǎn)行業(yè)的火熱，農(nóng)民棄農(nóng)進(jìn)城打工已經(jīng)成為現(xiàn)在都市的一道風(fēng)景；長途司機的長時間駕駛；教師講課時的長時間站立；青少年人群中的宅男、宅女??，以上這些長時間坐臥或者是長時間站立的人群，都有可能產(chǎn)生腿部疲勞，甚至程度 不同的靜脈曲張。 下肢靜脈曲張主要是指下肢淺靜脈系統(tǒng)處于伸長、蜿蜒和曲張狀態(tài)。長期站立工作、重體力勞動、妊娠、慢性咳嗽、習(xí)慣性便秘等因素，都可使瓣膜承受過度的應(yīng)力，逐漸松弛，瓣膜正常關(guān)閉功能受到破壞，或者下肢作持久不規(guī)則即不是有節(jié)奏的運動，當(dāng)循環(huán)血量經(jīng)常超過回流的負(fù)荷，亦可釀成壓力升高、靜脈擴(kuò)張，以致瓣葉游離緣在關(guān)閉時不能合攏，從而形成相對性關(guān)閉不全，形成靜脈曲張。單純下肢靜脈所引起的臨床表現(xiàn)，一般并不嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為下肢淺靜脈蜿蜒擴(kuò)張迂曲，如病程繼續(xù)進(jìn)展，到后期，尤其是當(dāng)交通靜脈瓣膜破壞后，可出現(xiàn)輕度腫脹 和足靴區(qū)皮膚營養(yǎng)性變化，包括皮膚萎縮、脫屑、瘙癢、色素沉著、皮膚和下皮組織硬結(jié)、甚至濕疹和潰瘍形成。 腿部氣動按摩儀的研究現(xiàn)狀 目前，醫(yī)學(xué)上對下肢靜脈曲張的治療基本上還是手術(shù)治療法，即通過作血管結(jié)扎手術(shù)，將某條曲張的血管封閉，使得流過該條血管的靜脈回血改從其余的淺表靜脈回流心臟，近期也出現(xiàn)了一些非手術(shù)療法，即通過藥物將該條曲張的血管硬化，達(dá)到治療靜脈曲張的目的。這些方法對于患靜脈曲張很嚴(yán)重的病人可能比較有效，但對于有輕微靜脈曲張跡象的患者來說，手術(shù)和藥物治療法并不是首選。手術(shù)治療必定會有傷疤， 這對于一些愛美的年輕患者來講，就是致命的一個因素，不到萬不得已他們是不會選擇接受手術(shù)治療的。但目前對于下肢靜脈曲張的物理治療，還僅限于傳統(tǒng)的彈性襪治療法和彈力繃帶療法，但治療的效果也不十分理 2 想。因此患者迫切需要一種更好的預(yù)防和治療下肢靜脈曲張的儀器，在不開刀、無痛無疤的狀態(tài)下，能更有效地進(jìn)行預(yù)防和治療。 腿部氣動按摩儀的設(shè)計依據(jù) 根據(jù)血流動力學(xué)理論，下肢靜脈血液能對抗重力而向心回流，受到多種因素影響，首先是小腿肌泵功能，小腿腓腸肌內(nèi)含有大量靜脈竇，內(nèi)容血量可達(dá) 140ml，且肌泵受筋膜所包裹，一 次肌泵收縮可排出 60— 90ml 血液，是靜脈回流的主要動力，所以又被稱為“第二心臟”。其次是胸腔吸氣期和心臟舒張期產(chǎn)生的負(fù)壓作用，使周圍靜脈與心臟之間形成壓力梯度，血液向心回流。還有就是靜脈瓣膜的單向關(guān)閉功能，能對抗近側(cè)血柱的重力作用，阻止血液向遠(yuǎn)側(cè)倒流。綜合這三種因素才使得下肢靜脈血液能夠?qū)怪亓ο蛐幕亓鳎渲腥魏我粋€因素出問題，都有可能形成靜脈曲張。小腿腓腸肌的收縮功能是促使靜脈回血的主要動力，一旦靜止不動，小腿肌泵功能消失，則踝部靜脈承受的壓力最高，淤血程度也最嚴(yán)重。下肢靜脈長時間承受很高的壓力，久而久 之，靜脈瓣膜會松弛，失去單向關(guān)閉功能，便會形成靜脈曲張。 腿部氣動按摩儀的設(shè)計思路 若要修復(fù)失去支撐能力的瓣膜，需要很復(fù)雜的手術(shù)而且收效甚微，此方法并不可取。設(shè)想，如果能夠在人長時間站立不動時，外加一個類似小腿肌泵功能的裝置，來代替小腿腓腸肌的收縮機制，能有節(jié)律地輔助靜脈血回流心臟，這樣就不會使靜脈瓣膜承受過重的壓力而變性導(dǎo)致靜脈曲張的形成了。初步設(shè)想一種充氣式按摩腿套能固定于患者下肢病患處，它由多條可封閉氣囊組成。各個氣囊的充氣均可由外電路控制，首先將其中兩個相間隔的氣囊迅速地充滿空氣，此時 腿套逐漸擠壓小腿，在一定程度上起著促進(jìn)靜脈血液流動的作用，阻止了靜脈回血倒流后瘀滯在腿部。當(dāng)氣囊內(nèi)的空氣達(dá)到一定的壓力后，使其中另外兩個相間隔的氣囊開始充氣，同時將先前已經(jīng)充氣到一定壓力的氣囊放氣，當(dāng)氣囊內(nèi)的氣體壓力在人體腿部感受不到后（此時便認(rèn)為氣體已經(jīng)放光），再次對剛剛放氣完畢的氣囊快速充氣，同時使已經(jīng)充氣到一定壓力的氣囊開始放氣。重復(fù)上一過程。利用各氣囊充、放氣之間產(chǎn)生的負(fù)壓來促使腿部靜脈血流動，同時加速了血液循 3 環(huán)，實現(xiàn)了靜脈血在人靜止不動時仍然可以對抗自身的重力作用而向心回流心臟的可能，此功能既緩解 了腿部疲勞，也避免了因長久站立不動而導(dǎo)致的靜脈曲張。 腿部氣動按摩儀的設(shè)計方案 腿部氣動按摩儀便是在上述依據(jù)的基礎(chǔ)上研制的，它是由控制盒和充氣腿套這兩個主要部分構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)如圖 11所示。 圖 11 腿部氣動按摩儀的外觀結(jié)構(gòu) 充氣腿套是由 4條密閉氣囊組成的，被固定在患者下肢?？刂坪袃?nèi)則包含所有用來控制充氣腿套的控制電路，由使用者隨身攜帶。治療時，打開控制盒上的開關(guān)，控制盒內(nèi)的自動充氣泵向充氣腿套中的氣囊迅速充氣。并按照先 3后 4的次序進(jìn)行充氣、放氣，循環(huán)往復(fù)，達(dá)到對下肢按摩并促使 靜脈瘀滯血液回流心臟的目的，其中充氣腿套上各個氣囊的充放氣順序和作用時間均是由控制盒中的電路來控制實現(xiàn)的。 充氣腿套主要是由 4條帶有電磁閥控制的氣囊構(gòu)成，它的制作要求比較高，要符合密封、輕便、舒適、美觀這四項要求。氣囊的密封性要好，否則會影響充放氣速度，治療的效果會大打折扣。充氣腿套應(yīng)該可以由使用者按照個人的小腿粗細(xì)自行綁定，所以要選擇一些質(zhì)地輕柔且較耐磨的材料制作，而且腿套的外形設(shè)計應(yīng)符合人體解剖學(xué)，使患者穿著舒適、美觀，滿足使用者即使是在工作時也 4 可以使用的要求。 控制盒主要用來控制充氣腿套內(nèi)各氣囊的充、 放氣順序，還可以通過盒內(nèi)部的單片機來控制該氣動式按摩儀的工作時間。其內(nèi)部主要設(shè)計大致如下：電源電路；單片機最小系統(tǒng)；氣泵驅(qū)動電路；電磁閥驅(qū)動電路；快速自動充氣泵；電磁閥；氣路連接部分。 電源電路：為整個系統(tǒng)提供工作電壓及工作電流，因此在制作之前需先確定整個系統(tǒng)所需要的工作電壓和電流。 單片機最小系統(tǒng)：是整個系統(tǒng)的核心組成部分，包括復(fù)位電路和時鐘電路，單片機用來控制各個氣囊的充、放氣時間和充、放氣順序，是整個系統(tǒng)的控制核心。本系統(tǒng)選用的是 STC89C52RD單片機，工作電壓為直流電 5V。 氣泵驅(qū)動電路：是由單 片機輸出控制信號來控制繼電器開合的電路，繼電器類型的選擇很重要，本系統(tǒng)選擇常開五個引腳的繼電器，當(dāng)繼電器閉合時，氣泵開始工作，在電磁閥的控制下為預(yù)定的氣囊開始充氣。本系統(tǒng)中驅(qū)動電路工作電壓設(shè)定為直流電 12V。 電磁閥驅(qū)動電路：本質(zhì)上與氣泵控制電路原理相同，單片機控制電磁閥的開合，使其在氣泵工作狀態(tài)下，控制氣囊的充、放氣順序。本系統(tǒng)中驅(qū)動電路工作電壓設(shè)定為直流電 12V。 快速充氣泵：氣泵的選擇很重要，需要考慮到工作電壓、工作電流、噪音的大小、耐壓情況和氣孔孔徑尺寸等，其中尤其需注意氣孔孔徑尺寸的選擇，因為這一 因素同時也是氣路連接設(shè)計中的一項重要因素 ,利用快速自動充氣泵對充氣腿套內(nèi)的氣囊進(jìn)行快速充氣，由于速度比較快，可減少靜脈受到較長時間的擠壓可能出現(xiàn)的淤血現(xiàn)象，充氣泵是該裝置最主要的動力系統(tǒng)，直接影響到治療的效果，因此選擇時應(yīng)較慎重。本系統(tǒng)的氣泵選擇為直流 12V工作電壓， 250mA工作電流。 電磁閥：在選擇時，首先是在氣路連接部分設(shè)計好之后根據(jù)所需氣囊的控制順序以及充、放氣方式來選擇所需要的電磁閥的規(guī)格以及類型 , 這也是該裝置一個比較有創(chuàng)意并且符合生命特征的一個設(shè)想。本系統(tǒng)選擇的電磁閥為二位三通電磁閥，工作電壓 為直流 12V，工作電流為 270mA。 氣路連接部分：是整個系統(tǒng)的第二大核心組成部分，其中氣路的密閉性，氣 5 路的孔徑尺寸，氣路設(shè)計的連接以及氣流流向的控制等都在很大程度上影響了整個系統(tǒng)的工作效率。 系統(tǒng)設(shè)計的功能簡介 智能控制：由單片機發(fā)出指令對整個系統(tǒng)中各相關(guān)器件進(jìn)行控制。 循環(huán)按摩：通電后，氣泵自動向兩相隔氣囊內(nèi)進(jìn)行充氣，定時時間到之后，氣泵自動向另外兩相隔氣囊進(jìn)行充氣，同時已充氣氣袋自動放氣，促進(jìn)腿部靜脈瓣開合，進(jìn)而加速腿部血液循環(huán)。 方便實惠：攜帶方便，實現(xiàn)了醫(yī)療儀器的便攜式使用方 式，適用于廣大普通人群。 適應(yīng)性強：因其便攜性，結(jié)構(gòu)簡單，適用于不同行業(yè)，比如教師、司機；適用于不同人群，男女老少皆宜；適用于不同工薪階層，從白領(lǐng)到藍(lán)領(lǐng)皆宜。 適用范圍： 旅游 、 醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)。 系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計的總框圖如圖 12 所示 : 氣囊充氣 氣囊放氣 繼電器控制氣泵以及電磁閥工作 高低電平輸出控制繼電器動作 單片機 電源電路 6 圖 12 腿部氣動按摩儀的設(shè)計總框圖 電源電路將 12V直流電降到直流 5V為單片機供電，系統(tǒng)供電后，單片機輸出高電平或低電平控制繼電器動作，繼電器的閉合或斷開可以控制氣泵和電磁閥的工作與否，氣 泵和電磁閥 1工作時，氣囊 3充氣，達(dá)到設(shè)定充氣時間后，氣泵和電磁閥 2工作，氣囊 4充氣，同時氣囊 3放氣，達(dá)到設(shè)定充氣時間后，氣泵和電磁閥 1工作，系統(tǒng)按照這個順序重復(fù)使氣囊充氣和放氣。