新型兩用式腿部電療儀

張佳碩，盧佳儀，劉天，蘇曉東

（1.華北理工大學(xué) 以升創(chuàng)新教育基地，河北 唐山 063210：2.華北理工大學(xué) 心理與精神衛(wèi)生學(xué)院，河北 唐山 063210：3.華北理工大學(xué) 人工智能學(xué)院，河北 唐山 063210：4.華北理工大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 唐山 063210）

0 引言

近年來(lái)，隨著電子、信息等技術(shù)的高速發(fā)展，加之工作、生活方式的改變，中年及老年人腿部疾病患病概率大大增加。腿部關(guān)節(jié)發(fā)病的典型病理特征多為膝蓋紅腫痛、膝關(guān)節(jié)彈響、膝腫痛、下肢不遂、膝關(guān)節(jié)病、髕骨軟化癥、小腿無(wú)力、疼痛等。目前治療膝關(guān)節(jié)病癥的方法有藥物治療、針灸治療、手術(shù)治療、低頻電療儀治療等。其中電療儀因使用成本低、治療效果好而被廣泛應(yīng)用[1]。低頻電療儀可以瞬態(tài)將功率譜的能量按照一定的調(diào)制特性集中與擴(kuò)散，非常逼真地模擬出真人捶背、敲打、按摩、推拿和針灸治療的實(shí)際感覺(jué)[2]。

當(dāng)今電療儀普遍存在不易攜帶、治療效果差、使用不方便等缺點(diǎn)，本文因此設(shè)計(jì)了一款攜帶方便的兩用式腿部電療儀，其既能作為電療儀治療腿部的膝腫痛、下肢不遂、膝關(guān)節(jié)病、髕骨軟化癥、小腿無(wú)力、疼痛等疾病，又能作為腿部術(shù)后護(hù)膝協(xié)助康復(fù)訓(xùn)練。本裝置采用頻率在1kHz以下的低頻脈沖電流，在人體內(nèi)可引起離子和荷電微粒的迅速移動(dòng)，對(duì)感覺(jué)神經(jīng)和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)有明顯的刺激作用，從而達(dá)到興奮神經(jīng)肌肉組織、促進(jìn)局部血液循環(huán)和鎮(zhèn)痛的目的[3]。

在保證電療儀治療的前提下，本裝置還要兼有便于攜帶，使用方便的特點(diǎn)，為此，本文完成了以下設(shè)計(jì)：

（1）實(shí)現(xiàn)脈沖電流穩(wěn)定在1kHz以下，調(diào)整脈沖周期、脈沖寬度和升降波時(shí)間，以刺激腿部感覺(jué)神經(jīng)和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)；

（2）具有護(hù)膝作用，保證對(duì)膝關(guān)節(jié)的養(yǎng)護(hù)；

（3）實(shí)現(xiàn)電極片與膝關(guān)節(jié)周?chē)南パ垩ā⒘呵鹧?、血海穴、陰陵泉穴等穴位位置的?duì)應(yīng)問(wèn)題，保證低頻脈沖作用滲入關(guān)節(jié)和經(jīng)脈；

（4）使用者可根據(jù)需要調(diào)整儀器位置、調(diào)節(jié)脈沖模式，提高裝置使用的合理性和舒適性，并方便使用者攜帶。

該新型兩用式腿部電療儀由腿部電療裝置、膝蓋防護(hù)裝置及控制器三部分組成。電療儀可以治療腿部的膝腫痛、下肢不遂、膝關(guān)節(jié)病、髕骨軟化癥等腿部疾病，膝蓋防護(hù)裝置可以在術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練中保護(hù)漆關(guān)節(jié)，控制器起到控制電療貼片電流的作用。其整體三維結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 整體結(jié)構(gòu)三維圖（電療貼片如圖中黑色位置）

1 腿部電療裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

為將電療儀固定在腿部，在小腿、大腿、膝蓋位置處分別設(shè)置粘鏈結(jié)構(gòu)以便于根據(jù)病人的身材實(shí)際情況調(diào)整松緊，將治療所需的電療貼片使用粘鏈結(jié)構(gòu)固定于電療裝置上。每個(gè)電療貼片對(duì)應(yīng)腿部的膝眼穴、梁丘穴、血海穴、陰陵泉穴等特定穴位。

電療貼片與裝置內(nèi)部通過(guò)粘鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，若患者有其他需要時(shí)可以將其取出，作用于患者身體其他穴位[4]。通過(guò)輸出不同頻率的脈沖波，如連續(xù)波、密波、疏波、疏密波、斷續(xù)波達(dá)到不同的作用與療效。密波常用于止痛、鎮(zhèn)靜、緩解肌肉與血管痙攣、麻醉等；疏波常用于治療肌肉萎縮和關(guān)節(jié)、韌帶、肌腱的修復(fù)；疏密波能促進(jìn)代謝與氣血循環(huán)，消炎止痛；斷續(xù)波可治療癱瘓也可用于電體操療法。電療貼片中包含加熱貼片，可促進(jìn)血液循環(huán)，由內(nèi)而外促使血管擴(kuò)張、血流加快，有利于組織中毒素排出，便于患者康復(fù)[5]。

2 控制器的設(shè)計(jì)

控制器的控制電路如圖2，STC89C52控制脈沖電流的頻率以及時(shí)間，可以輸出四種波形。交流電脈沖及電壓調(diào)節(jié)電路如圖3，將3.7V的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，后面采用一個(gè)200Ω的可調(diào)電阻器，通過(guò)調(diào)節(jié)線圈比例進(jìn)行變阻調(diào)壓，附加電阻控制電流，防止電流過(guò)大燒毀電路[6]。通過(guò)控制器上的按鍵和屏幕顯示的信息調(diào)節(jié)好電流的頻率以及工作時(shí)間并按動(dòng)開(kāi)始按鍵，電療儀自動(dòng)調(diào)到所需波形，并改變電壓大小，實(shí)現(xiàn)四種模式（緩解肌肉與血管痙攣、治療肌肉萎縮、消炎止痛、電肌體操訓(xùn)練）之間的切換。

圖2 控制電路

圖3 交流電脈沖及電壓調(diào)節(jié)電路

3 膝關(guān)節(jié)防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

圖4 膝蓋防護(hù)裝置三維圖

為保護(hù)膝關(guān)節(jié)，并且達(dá)到不影響患者正常行動(dòng)的目的，膝關(guān)節(jié)防護(hù)裝置在整體結(jié)構(gòu)上分為上下兩部分，兩者之間通過(guò)可調(diào)整旋轉(zhuǎn)方向的固定卡盤(pán)進(jìn)行連接。該卡盤(pán)中心有固定孔，卡盤(pán)之間的連接平面上有齒，通過(guò)改變連接物體之間的相對(duì)角度并利用手柄旋入中心孔將兩個(gè)卡盤(pán)上帶齒的平面緊緊連接和固定。通過(guò)手柄的松緊，即可快速改變兩個(gè)連接物之間所呈的相對(duì)角度，該相對(duì)角度可以被控制在0～180度[7]。該膝蓋防護(hù)裝置被固定到鋁合金支撐桿上，該支撐桿被固定在上下兩端的粘鏈上，保證了裝置的支撐能力。使用完畢后，可以通過(guò)卡盤(pán)將該裝置上下折疊，便于收納。

使用者可通過(guò)調(diào)整并固定旋轉(zhuǎn)卡盤(pán)的角度，實(shí)現(xiàn)腿部彎曲角度的自由調(diào)節(jié)，利于患者術(shù)后腿部康復(fù)。上下兩裝置中內(nèi)置鋁合金，可支撐使用者腿部，達(dá)到保護(hù)膝蓋的目的。該裝置可單獨(dú)用于關(guān)節(jié)損傷、韌帶損傷、半月板損傷、術(shù)后固定、膝蓋無(wú)力、運(yùn)動(dòng)損傷等病情[8-11]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款新型兩用式腿部電療儀，該電療儀作用于膝眼穴、梁丘穴、血海穴、陰陵泉穴等腿部穴位，起到治療膝腫痛、下肢不遂、膝關(guān)節(jié)病、髕骨軟化癥、小腿無(wú)力、疼痛的效果。由于設(shè)計(jì)時(shí)確定了電療貼片的位置，解決了患者使用時(shí)尋找穴位的麻煩問(wèn)題?？ūP(pán)的設(shè)計(jì)使裝置可上下折疊，達(dá)到方便攜帶的目的?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)緩解肌肉與血管痙攣、治療肌肉萎縮、消炎止痛、電肌體操訓(xùn)練四種模式之間的切換。電療裝置可拆卸，單獨(dú)使用膝蓋防護(hù)裝置可治療關(guān)節(jié)損傷、韌帶損傷、半月板損傷、術(shù)后固定、膝蓋無(wú)力、運(yùn)動(dòng)損傷等病情。電療裝置與膝蓋防護(hù)裝置的結(jié)合，完美解決了現(xiàn)有電療儀使用不方便、治療效果差、不便于攜帶的問(wèn)題。