智能控制多功能康復(fù)關(guān)懷腦卒中治療組合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張 博李 旭

?

智能控制多功能康復(fù)關(guān)懷腦卒中治療組合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張 博①李 旭①

張博,男,(1979- ),碩士，工程師。泰安市中心醫(yī)院設(shè)備科，從事醫(yī)療設(shè)備管理工作。

目的：設(shè)計(jì)一款面向腦卒中患者的新型康復(fù)治療系統(tǒng)，幫助患者在康復(fù)床上完成康復(fù)治療。方法：通過機(jī)械技術(shù)設(shè)計(jì)治療組合系統(tǒng)的基本構(gòu)造，采用電路及無線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能，運(yùn)用3G、4G智能化原理將“全球眼”系統(tǒng)嵌入其中，以提高系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì)。結(jié)果：通過在多家醫(yī)院進(jìn)行康復(fù)理療、護(hù)理康復(fù)、臨床康復(fù)及臨床理療等的應(yīng)用，使醫(yī)院的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，其應(yīng)用效果得到患者和臨床醫(yī)生、康復(fù)治療師的認(rèn)可。結(jié)論：智能控制多功能康復(fù)關(guān)懷腦卒中治療組合系統(tǒng)，可用于腦卒中的輔助康復(fù)治療，能夠降低患者的護(hù)理費(fèi)用，節(jié)約大量社會資源，提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。

智能控制；康復(fù)系統(tǒng)；腦卒中；治療組合設(shè)計(jì)

①泰安市中心醫(yī)院設(shè)備科 山東 泰安 271000

隨著腦卒中診斷治療水平迅速發(fā)展，極大提高了患者的存活率，但仍有80%的存活者遺留運(yùn)動、感覺和語言等不同程度的功能障礙，同時(shí)患者心理也受到極大創(chuàng)傷，常表現(xiàn)為抑郁、悲哀及自卑等心理狀態(tài)，性格變得暴躁，嚴(yán)重影響患者生存質(zhì)量，給患者家庭及社會帶來沉重的負(fù)擔(dān)[1]。

目前，康復(fù)訓(xùn)練促進(jìn)腦梗死后神經(jīng)功能恢復(fù)已逐漸形成共識，近年來的相關(guān)研究表明，腦組織具有功能重組及可塑性，神經(jīng)功能恢復(fù)在此理論基礎(chǔ)上得到發(fā)展[2-3]。科學(xué)的功能訓(xùn)練，使腦垂體分泌大量的活腦多肽來修復(fù)受損的腦細(xì)胞以及讓休眠的腦細(xì)胞來代替死亡的腦細(xì)胞功能，使功能重組的腦細(xì)胞與受損功能之間架起信息橋梁，通過功能訓(xùn)練刺激腦重組細(xì)胞，以恢復(fù)受損部位，達(dá)到康復(fù)的目的[4-6]。為此，本研究設(shè)計(jì)一款新型智能控制多功能康復(fù)關(guān)懷腦卒中治療組合系統(tǒng)，用于腦卒中肢體功能障礙合并感覺障礙的患者，在傳統(tǒng)治療手段基礎(chǔ)上，合并多種功能訓(xùn)練，以達(dá)到患者重返社會的目的。

1 腦卒中治療組合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的腦卒中治療組合系統(tǒng)是一種新型的智能化多功能電動康復(fù)床，該康復(fù)床具有床與輪椅轉(zhuǎn)換、床身直立、電動行走、自動避障、手動/定時(shí)體位調(diào)節(jié)和輔助大小便等功能，為患者提供了一個(gè)綜合性的生活醫(yī)療平臺，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多功能康復(fù)關(guān)懷腦卒中治療組合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)能夠?qū)颊哌M(jìn)行患肢放松、運(yùn)動訓(xùn)練、生活訓(xùn)練及語言康復(fù)等多方面治療，將原來對患者分散治療設(shè)計(jì)為集中康復(fù)，極大節(jié)省了患者及其家屬的時(shí)間。此外，通過“全球眼”系統(tǒng)使患者的心理得到安慰，有助于減少患者的悲觀情緒，提高患者康復(fù)的自信心[7-9]。

2 腦卒中治療組合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)與功能

該系統(tǒng)床架材料為矩形鐵管，分為上、下兩層：①上層放置懸吊式康復(fù)器具、餐桌等基本附件，床體背部可折疊，可左右翻身，床架采用方格網(wǎng)設(shè)計(jì)，增加透氣性，上面放置長軸方向柱狀、交替充氣型氣墊，可提高患者舒適度，降低壓瘡發(fā)生概率；②下層床架中部設(shè)置便盆孔，由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動便盆運(yùn)行，下肢承托部分為獨(dú)立式，增加萬向輪使雙腿可分開自由活動，增加患者的舒適感，增設(shè)驅(qū)動電機(jī)可以驅(qū)使床體自由行走。

2.2 電路控制

系統(tǒng)大部分指令靠驅(qū)動電機(jī)完成，其設(shè)計(jì)理念為：針對患者的運(yùn)動障礙，增加患者各種動作的可能性，使患者肢體恢復(fù)達(dá)到滿意的效果。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有5個(gè)伺服驅(qū)動電機(jī)，即左、右后腿驅(qū)動各1個(gè)，后背折起驅(qū)動1個(gè)，左右側(cè)翻驅(qū)動1個(gè)，便盆控制驅(qū)動1個(gè)，可實(shí)現(xiàn)無線遙控。在電路控制中配有12路無線接收器，工作頻率為315 MHz。12路無線接收器分別對應(yīng)控制了12個(gè)繼電器來執(zhí)行各個(gè)動作，12路繼電器又分別控制了5個(gè)伺服電機(jī)電源來完成相應(yīng)功能的動作和左右側(cè)翻時(shí)手動及自動的切換，當(dāng)按下自動控制鍵時(shí)左、右側(cè)翻控制由可編程序控制器(programmable logic controller，PLC)編程繼電器完成控制(如圖2所示)。

圖2 繼電器編程圖

2.3 康復(fù)系統(tǒng)

為了便于患者恢復(fù)四肢功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有彈力手握器和蹬力車：①在床體上方固定門形框架，在框架的頭側(cè)設(shè)置了彈力手握器，左、右兩側(cè)各1個(gè)，以做兩臂鍛煉使用，有效防止患者上肢肌肉萎縮；②在床體的下方配有腳踏功能的蹬力車，患者可用其做下肢被動或主動功能鍛煉。其中，患者被動運(yùn)動作用是促進(jìn)肢體血液循環(huán)，維持關(guān)節(jié)韌帶活動度，減輕肌肉痙攣，主動運(yùn)動作用是提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)緊張度，活躍各系統(tǒng)生理功能，預(yù)防并發(fā)癥。此外，蹬力車設(shè)有液晶顯示屏顯示做功大小，表征患者運(yùn)動量，患者可通過調(diào)整阻力旋鈕加大或減小阻力以達(dá)到增加或減小腳踏蹬力的目的。

2.4 關(guān)懷系統(tǒng)

系統(tǒng)兩側(cè)護(hù)欄可自如收放，護(hù)欄抬起時(shí)可橫置餐桌，以供餐飲或電腦娛樂等使用，可使患者身心放松，更好地面對治療。系統(tǒng)床體中部設(shè)計(jì)有便盆孔，患者可自行完成驅(qū)動便盆位置的移動，使患者可獨(dú)立完成排便，有效保護(hù)患者的隱私。同時(shí)，設(shè)計(jì)有恒溫噴淋系統(tǒng)，由自吸式加壓泵、恒溫加熱器以及帶手控開關(guān)的噴淋頭3部分組成，用于患者便溺后的沖洗，增加患者的清潔舒適感覺。當(dāng)后靠背折起時(shí)，同時(shí)兩腿承托部分呈下彎狀態(tài)，此時(shí)床體猶如沙發(fā)，可洗腳和休息。

2.5 “全球眼”系統(tǒng)

“全球眼”系統(tǒng)，是由攝像頭組網(wǎng)將視頻信號傳輸至碼分多址(code division multiple access，CDMA)基站，可使在遠(yuǎn)處的監(jiān)護(hù)人利用3G、4G智能手機(jī)或電腦觀察到康復(fù)者的實(shí)時(shí)圖像并能夠?qū)υ?，使患者在康?fù)床上可看到親屬并聽到他們的祝福，得到心理安慰，起到愉悅身心、增強(qiáng)治療效果的作用。此外，其他的攝像頭可使醫(yī)護(hù)人員分別觀察到周圍情況等。

3 討論

3.1 系統(tǒng)功能優(yōu)勢

該系統(tǒng)集機(jī)械、電氣、康復(fù)及人文關(guān)懷等功能于一體，可實(shí)現(xiàn)患者左右側(cè)翻、背部折起、便溺、左右下肢分別運(yùn)動、防墜床、用餐、上肢鍛煉、下肢蹬車鍛煉、洗腳、恒溫水沖洗、全球眼影、音監(jiān)視及無線遙控等12種功能，整體設(shè)計(jì)充分滿足患者在康復(fù)過程中的各種需求，使患者在愉快的環(huán)境下進(jìn)行康復(fù)治療。

3.2 人文關(guān)懷的體現(xiàn)

系統(tǒng)根據(jù)患者可能產(chǎn)生的悲傷、自卑及抑郁等心理狀態(tài)，以人文關(guān)懷角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括驅(qū)動電機(jī)自動便溺功能、恒溫水噴淋功能，既保護(hù)了患者隱私，又使患者得到清潔；恒溫飲用水功能，增加了患者的舒適度，“全球眼”聲像功能可使患者身心愉悅，其功能增強(qiáng)了患者戰(zhàn)勝病魔的信心，增加患者康復(fù)治療的效果[10-12]。

3.3 系統(tǒng)開發(fā)成本

PLC編程控制器的采用較傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制智能化集成度高，成本低，伺服電機(jī)不再需要計(jì)步采樣器，因此控制器體積縮小50%，價(jià)格由1500元下降至1000元，且左、右側(cè)翻控制程序調(diào)整簡便快捷。恒溫水系統(tǒng)中小型自吸加壓水泵的設(shè)計(jì)，雖然出水量不大(2.5 L/min)，但水壓大(0.4 kPa)，符合上述要求的水泵體積直徑均＞100 mm，采用制藥行業(yè)壓力泵經(jīng)膜片改進(jìn)，能夠達(dá)到使用要求。

3.4 系統(tǒng)應(yīng)用的普及

該系統(tǒng)開發(fā)是針對越來越多的腦卒中患者，尤其是老齡患者愈來愈多，為老人進(jìn)行康復(fù)治療困難較大。目前的應(yīng)用效果顯示，本系統(tǒng)不但對治療腦卒中患者具有良好的康復(fù)效果，同時(shí)也得到了臨床醫(yī)生、康復(fù)理療師的一致認(rèn)可。此外，系統(tǒng)集多功能于一體，操作簡單，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、福利院、康復(fù)機(jī)構(gòu)及家庭等場所。

4 結(jié)語

腦血管病已成為當(dāng)今社會第三大死亡原因及首位致殘因素[13-14]。隨著中國老齡化社會的到來，發(fā)病率呈明顯上升趨勢，我國腦卒中發(fā)生率正以每年8.7%的速率上升[15]。因此，研制針對腦卒中救治幸存者的多功能康復(fù)關(guān)懷組合系統(tǒng)刻不容緩。本系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮抑制過程，促進(jìn)局部肢體的血液和淋巴循環(huán)，從而防止或減輕肌肉骨骼的廢用性萎縮[16-17]。應(yīng)用實(shí)踐表明，實(shí)現(xiàn)長期、穩(wěn)定的康復(fù)訓(xùn)練可最大限度地使患者恢復(fù)生活自理能力，提高其自信心和自尊心，促進(jìn)康復(fù)效果。臨床應(yīng)用表明，本系統(tǒng)不僅適用腦卒中患者及相關(guān)癥狀人群，還同樣適用于由于外傷導(dǎo)致偏癱患者，使醫(yī)院的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，推廣使用的前景廣闊。

該系統(tǒng)在衛(wèi)生方面、康復(fù)理療器具方面仍有改進(jìn)的空間，并將進(jìn)一步加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化、關(guān)鍵部分模具化及批量化生產(chǎn)，盡早服務(wù)于廣大患者。對提高患者的生活質(zhì)量，加速腦卒中的康復(fù)進(jìn)程，降低潛在的人工護(hù)理費(fèi)用，節(jié)約社會資源方面起到應(yīng)有的貢獻(xiàn)[18]。

[1]王萬利.腦卒中偏癱患者接受系統(tǒng)康復(fù)護(hù)理干預(yù)對肢體運(yùn)動功能及日常生活能力的影響[J].中國臨床康復(fù),2005,9(21):14-15.

[2]畢妍貞,余茜.康復(fù)訓(xùn)練對腦梗死大鼠腦組織結(jié)構(gòu)和功能的影響[J].中國臨床康復(fù),2006,10(26):151-153.

[3]王妍,熊杰.不同類型矯形器在腦卒中偏癱患者應(yīng)用中的功能效應(yīng)[J].中國組織工程研究,2013,12(42): 7475-7480.

[4]馬平許,鄒艷燕,朱士文,等.早期強(qiáng)化步行基本功訓(xùn)練對腦卒中偏癱患者步行和日常生活活動能力的影響[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2012,11(27):1066-1068.

[5]郭效德,王美蓮,趙先偉,等.康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)合針刺干預(yù)對腦卒中后抑郁及日常生活活動能力的影響[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志,2012,34(9):711-712.

[6]饒玲軍,謝叻,朱小標(biāo).下肢外骨骼行走康復(fù)機(jī)器人研究與設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2012,28(3):24-26.

[7]張立勛,李長勝,劉富強(qiáng).多模式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2011, 26(5):464-466.

[8]吳毅,吳軍發(fā).腦卒中康復(fù)干預(yù)的基礎(chǔ)研究和臨床研究[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2011,26(8):701-703.

[9]孫麗,蔣金鵬,車媛,等.腦卒中偏癱早期介入康復(fù)的療效觀察[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2014,11(1):87-88.

[10]李輝,傅建明,顧旭東,等,下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練聯(lián)合心理干預(yù)對腦卒中后抑郁及肢體功能恢復(fù)的影響[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志,2013,35(8):630-633.

[11]王建華,楊秀蘭,張宏,等.系統(tǒng)性健康教育對腦卒中患者肢體功能恢復(fù)的影[J].中華現(xiàn)代護(hù)理雜志, 2013(33):4106-4108.

[12]陳云芳,方一芳,黃麗琴,等.腦卒中患者早期肢體功能鍛煉的依從性調(diào)查[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志, 2013,35(8):616-617.

[13]楊玉麗.早期綜合康復(fù)鍛煉對急性腦卒中偏癱患者肢體功能康復(fù)的影響[J].中國實(shí)用神經(jīng)疾病雜志, 2012,15(15):75-77.

[14]譚永霞,劉建國,戚曉昆,等.下肢過早負(fù)重對腦卒中偏癱患者肢體運(yùn)動功能的影響[J].腦與神經(jīng)疾病雜志, 2013,21(1):34-36.

[15]楊俊友,白殿春,王碩玉.全方位輪式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人軌跡跟蹤控制[J].機(jī)器人,2011,33(3):314-318.

[16]孫洪穎,張立勛,王嵐.臥式下肢康復(fù)機(jī)器人動力學(xué)建模及控制研究[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2010, 20(7):733-738.

[17]方濤濤,韓建海,王會良,等.新型臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].康復(fù)工程,2013,23(3): 246-250.

[18]劉志霞.探究腦卒中早期康復(fù)護(hù)理對關(guān)節(jié)攣縮和肩手綜合征的影響[J].中國醫(yī)學(xué)裝備,2014,11(4):41-44.

Objective: To design a new rehabilitation system for cerebral apoplexy patients, and help patients complete rehabilitation treatment on the bed.Methods: Design the basic structure of the system through mechanical technology, make the realization of the function by using circuit and wireless control system, global-eye system was embedded in it by using the principle of the 3G to 4G intelligent technology for improving the humanized design of the system.Results: Through application in physical therapy, nursing, clinical rehabilitation, and clinical therapy in hospitals, it achieved good economic and social benefits, got the recognition of patients, clinicians and rehabilitation therapists.Conclusion: It can be used for the treatment of cerebral apoplexy, reduce medical expenditure, save amount of social resource and improve the work efficiency of medical staff.

Intelligent control; Rehabilitation system; Cerebral apoplexy; Multi-functional

[First-author’s address] Equipment Department, Tai-an Central Hospital, Tai-an 271000, China.

Research on the design and application of the intelligent control and multi-functional combination of rehabilitation care system in treatment of cerebral apoplexy

/ZHANG Bo, LI Xu// China Medical Equipment,2016,13(2):33-35.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.02.010

1672-8270(2016)02-0033-03

R197.39

A

2015-12-01