野战训练损伤冷敷及高热降温系统的研制

张永寿 赵晓辰

运动损伤在日常生活或野战训练中较为常见，如急性损伤处理不当或长期反复扭伤可能导致慢性疾病，对部队官兵的日常生活和工作有严重影响。治疗急性损伤和疼痛的有效方法为冷疗和加压。其中冷疗是治疗损伤第一有效措施。冷疗即运用比人体温度低的冷水或冰进行冷敷或酒精涂抹降低损伤部位温度的一种物理疗法。冷疗法是通过降低组织温度，使周围血管收缩，减少局部血流量及伤部充血现象，减轻周围神经传导速度，有止血、镇痛、退热和防肿的作用[1]。因此在损伤早期进行冷敷，可使局部损伤的小血管收缩，减少出血，减轻局部炎症反应及组织液渗出，达到减轻早期肿胀和止痛的目的[2]。

临床上重型颅脑损伤、脑肿瘤术后及脑血管意外等中枢神经系统疾病均可引起不同程度的中枢性高热而加重脑组织损害，对疾病产生严重影响[3]。处理不当可增加治疗和护理难度，甚至危及患者生命。20世纪90年代，国外率先开始使用亚低温(30～35 ℃)治疗脑缺血、脑缺氧和脑出血患者，取得了令人嘱目的研究成果。

1 冷敷及高热降温系统研究背景

临床上用于冷敷的物品主要有清水冰袋和10%的盐水冰袋[4]。冰袋冷敷需随时更换，所需护理时限长，降温效果不理想，治疗不及时容易导致后遗症。目前，国内较为先进的治疗方法是使用降温毯降温，但由于其温度调节范围小、体积大不适于野外训练携带，而采用充电模式则无法在野外训练中使用。用于治疗亚低温的医疗设备主要有空压机冰毯，虽然降温速度快但燥声大、并向环境散热，而且体积大不易携带[5-9]。

野战训练损伤冷敷与高热降温系统是一种集冷敷降温与加压功能于一体的医疗器具，预期用途是供运动损伤、高热及术后患者进行低温治疗。内部采用计算机自动控制，其作用机制是内部设有水循环系统，并可设定水循环系统中水的温度，通过与损伤部位的接触，利用其温差降低损伤部位温度。

2 冷敷及高热降温系统设计原理与构成

2.1 总体设计图

如图1所示，整个装置的研制共分为6个部分：①元器件的选择；②电气控制部分各种功能的实现及电路的设计；③各个部件之间电路与水循环管路的设计与连接；④智能电力支持系统的设计；⑤装置的试验与准确度的调节；⑥设备计量的质量控制。

图1 冷敷及高热降温系统技术路线图

2.2 装置构成

本装置研究的高热降温装置主要构成部件有温度传感器、水毯、水泵、压缩机、风机、密封水箱、电气控制部分和水循环管路，其结构原理如图2所示。

图2 冷敷及高热降温系统结构原理图

2.3 工作原理

由图2显示，该装置在患者受伤部位和内部水箱中放置有精度为0.1 ℃的温度传感器，由温度传感器监测水循环系统内的水温及患者的体温。采用压缩机制冷，经过水循环系统，以水毯与患者身体接触，通过控制水循环系统内的水温，利用温差降低患者局部温度。

冷敷及高热降温系统工作流程：先由温度传感器检测患者与水箱内水的温度→操作人员通过电气控制部分设定患者所需的温度→电气控制部分控制压缩机对水箱内的水进行制冷→由水泵加压、传输至水毯之中→作用于患者。水毯中的水循环流动，压缩机与风扇同时工作，后者提供强制性散热。

2.4 装置硬件的选择

硬件部分是装置的工作基础，主要包括传感器、压缩机、水泵和水毯4部分。根据装置的结构和控制功能，将装置硬件设计分为与软件相配套的硬件设计和其他硬件设计。

(1)温度传感器。温度传感器是能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，是该降温装置的核心部件之一，其性能对系统的控制精度起决定作用。温度传感器按电子元件特性分为热电阻和热电偶2类。根据装置温度测量与控制的范围、精度、传感器性能及稳定性，系统选用铂热电阻温度传感器。铂热电阻温度传感器是一种以铂(Pt)作成的电阻式温度传感器，其阻值与温度的变化呈正比。铂热电阻温度传感器具有稳定性好、准确度高及耐高压等优点。并且温度应用范围广，是中、低温区最常用的一种温度传感器[10-11]。

(2)水泵。野战训练损伤及高热降温系统在治疗损伤时主要功能是降温与加压，降温由装置中水的循环形成，而水循环需要水泵的运转带动整个装置中水的流动。因此，水泵在本装置中是必不可少的组成部分。水泵的选择需要根据装置中水循环的要求，从适用范围、温度范围、流量、转速以及体积大小等方面进行选择。

(3)压缩机及水毯。压缩机在本装置中主要用于制冷，是实现本装置降温功能的主要部件，是制冷系统的心脏。因此，压缩机的选择决定了装置制冷的效果，从而影响装置的整体性能。压缩机的主要性能指标有输入和输出功率、性能系数、制冷量、启动电流、运转电流、额定电压、频率、气缸容积及噪音等。

(4)水毯是实施降温、传导温度的部件，与患者紧密接触。用于本装置中的水毯需要其传导性能好、耐寒性强、弹性好及耐磨性强等特点。

3 电气控制部分的设计

该装置通过单片机系统以及外围电路的设计控制其实现上述功能。电气控制部分主要包括下述内容。

(1)水温及人体值设定与监测。实时监测有数字显示，设定人体体温范围为30～38.5 ℃；水温范围为3～20 ℃，在降温过程中，当水温达到设定值时压缩机停止运行，压缩机启动的条件是当水循环系统运行后，当前水温高于设定水温3 ℃以上。

(2)降温速度值设定。

(3)报警功能设置。缺水报警、传感器插头拔出报警。

(4)工作状态有指示灯及字符显示。发生故障时有字符及声响提示。

4 结论

野战训练损伤冷敷与高热降温系统可解决降温设备温度调节范围小、降温速度不可控制以及器具体积大不适于野战训练携带等问题，其降温面积大、降温迅速，克服了传统物理降温中降温速度和效果无法控制的缺点，同时应用单片机作为内部电气控制部分，操作人员可通过主机显示屏的显示内容，利用按键调节系统参数。该装置具有使用方便简单、安全性能高、节省时间的优点。其整个体积是正常医用降温毯体积的1/5，可便携移动，在医院病房、部队营房、野战保障车及救护车上均可使用。

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