智能控制多功能康复关怀脑卒中治疗组合系统的设计与应用

张 博李 旭



智能控制多功能康复关怀脑卒中治疗组合系统的设计与应用

张 博①李 旭①

张博,男,(1979- ),硕士，工程师。泰安市中心医院设备科，从事医疗设备管理工作。

目的：设计一款面向脑卒中患者的新型康复治疗系统，帮助患者在康复床上完成康复治疗。方法：通过机械技术设计治疗组合系统的基本构造，采用电路及无线控制系统实现其功能，运用3G、4G智能化原理将“全球眼”系统嵌入其中，以提高系统的人性化设计。结果：通过在多家医院进行康复理疗、护理康复、临床康复及临床理疗等的应用，使医院的社会效益和经济效益明显提高，其应用效果得到患者和临床医生、康复治疗师的认可。结论：智能控制多功能康复关怀脑卒中治疗组合系统，可用于脑卒中的辅助康复治疗，能够降低患者的护理费用，节约大量社会资源，提高医护人员的工作效率。

智能控制；康复系统；脑卒中；治疗组合设计

①泰安市中心医院设备科 山东 泰安 271000

随着脑卒中诊断治疗水平迅速发展，极大提高了患者的存活率，但仍有80%的存活者遗留运动、感觉和语言等不同程度的功能障碍，同时患者心理也受到极大创伤，常表现为抑郁、悲哀及自卑等心理状态，性格变得暴躁，严重影响患者生存质量，给患者家庭及社会带来沉重的负担[1]。

目前，康复训练促进脑梗死后神经功能恢复已逐渐形成共识，近年来的相关研究表明，脑组织具有功能重组及可塑性，神经功能恢复在此理论基础上得到发展[2-3]。科学的功能训练，使脑垂体分泌大量的活脑多肽来修复受损的脑细胞以及让休眠的脑细胞来代替死亡的脑细胞功能，使功能重组的脑细胞与受损功能之间架起信息桥梁，通过功能训练刺激脑重组细胞，以恢复受损部位，达到康复的目的[4-6]。为此，本研究设计一款新型智能控制多功能康复关怀脑卒中治疗组合系统，用于脑卒中肢体功能障碍合并感觉障碍的患者，在传统治疗手段基础上，合并多种功能训练，以达到患者重返社会的目的。

1 脑卒中治疗组合系统设计

所设计的脑卒中治疗组合系统是一种新型的智能化多功能电动康复床，该康复床具有床与轮椅转换、床身直立、电动行走、自动避障、手动/定时体位调节和辅助大小便等功能，为患者提供了一个综合性的生活医疗平台，其系统结构如图1所示。

图1 多功能康复关怀脑卒中治疗组合系统结构图

该系统能够对患者进行患肢放松、运动训练、生活训练及语言康复等多方面治疗，将原来对患者分散治疗设计为集中康复，极大节省了患者及其家属的时间。此外，通过“全球眼”系统使患者的心理得到安慰，有助于减少患者的悲观情绪，提高患者康复的自信心[7-9]。

2 脑卒中治疗组合系统结构

2.1 机械结构与功能

该系统床架材料为矩形铁管，分为上、下两层：①上层放置悬吊式康复器具、餐桌等基本附件，床体背部可折叠，可左右翻身，床架采用方格网设计，增加透气性，上面放置长轴方向柱状、交替充气型气垫，可提高患者舒适度，降低压疮发生概率；②下层床架中部设置便盆孔，由驱动电机驱动便盆运行，下肢承托部分为独立式，增加万向轮使双腿可分开自由活动，增加患者的舒适感，增设驱动电机可以驱使床体自由行走。

2.2 电路控制

系统大部分指令靠驱动电机完成，其设计理念为：针对患者的运动障碍，增加患者各种动作的可能性，使患者肢体恢复达到满意的效果。本系统设计有5个伺服驱动电机，即左、右后腿驱动各1个，后背折起驱动1个，左右侧翻驱动1个，便盆控制驱动1个，可实现无线遥控。在电路控制中配有12路无线接收器，工作频率为315 MHz。12路无线接收器分别对应控制了12个继电器来执行各个动作，12路继电器又分别控制了5个伺服电机电源来完成相应功能的动作和左右侧翻时手动及自动的切换，当按下自动控制键时左、右侧翻控制由可编程序控制器(programmable logic controller，PLC)编程继电器完成控制(如图2所示)。

图2 继电器编程图

2.3 康复系统

为了便于患者恢复四肢功能，系统设计有弹力手握器和蹬力车：①在床体上方固定门形框架，在框架的头侧设置了弹力手握器，左、右两侧各1个，以做两臂锻炼使用，有效防止患者上肢肌肉萎缩；②在床体的下方配有脚踏功能的蹬力车，患者可用其做下肢被动或主动功能锻炼。其中，患者被动运动作用是促进肢体血液循环，维持关节韧带活动度，减轻肌肉痉挛，主动运动作用是提高中枢神经系统紧张度，活跃各系统生理功能，预防并发症。此外，蹬力车设有液晶显示屏显示做功大小，表征患者运动量，患者可通过调整阻力旋钮加大或减小阻力以达到增加或减小脚踏蹬力的目的。

2.4 关怀系统

系统两侧护栏可自如收放，护栏抬起时可横置餐桌，以供餐饮或电脑娱乐等使用，可使患者身心放松，更好地面对治疗。系统床体中部设计有便盆孔，患者可自行完成驱动便盆位置的移动，使患者可独立完成排便，有效保护患者的隐私。同时，设计有恒温喷淋系统，由自吸式加压泵、恒温加热器以及带手控开关的喷淋头3部分组成，用于患者便溺后的冲洗，增加患者的清洁舒适感觉。当后靠背折起时，同时两腿承托部分呈下弯状态，此时床体犹如沙发，可洗脚和休息。

2.5 “全球眼”系统

“全球眼”系统，是由摄像头组网将视频信号传输至码分多址(code division multiple access，CDMA)基站，可使在远处的监护人利用3G、4G智能手机或电脑观察到康复者的实时图像并能够对话，使患者在康复床上可看到亲属并听到他们的祝福，得到心理安慰，起到愉悦身心、增强治疗效果的作用。此外，其他的摄像头可使医护人员分别观察到周围情况等。

3 讨论

3.1 系统功能优势

该系统集机械、电气、康复及人文关怀等功能于一体，可实现患者左右侧翻、背部折起、便溺、左右下肢分别运动、防坠床、用餐、上肢锻炼、下肢蹬车锻炼、洗脚、恒温水冲洗、全球眼影、音监视及无线遥控等12种功能，整体设计充分满足患者在康复过程中的各种需求，使患者在愉快的环境下进行康复治疗。

3.2 人文关怀的体现

系统根据患者可能产生的悲伤、自卑及抑郁等心理状态，以人文关怀角度进行设计，其中包括驱动电机自动便溺功能、恒温水喷淋功能，既保护了患者隐私，又使患者得到清洁；恒温饮用水功能，增加了患者的舒适度，“全球眼”声像功能可使患者身心愉悦，其功能增强了患者战胜病魔的信心，增加患者康复治疗的效果[10-12]。

3.3 系统开发成本

PLC编程控制器的采用较传统的步进电机控制智能化集成度高，成本低，伺服电机不再需要计步采样器，因此控制器体积缩小50%，价格由1500元下降至1000元，且左、右侧翻控制程序调整简便快捷。恒温水系统中小型自吸加压水泵的设计，虽然出水量不大(2.5 L/min)，但水压大(0.4 kPa)，符合上述要求的水泵体积直径均＞100 mm，采用制药行业压力泵经膜片改进，能够达到使用要求。

3.4 系统应用的普及

该系统开发是针对越来越多的脑卒中患者，尤其是老龄患者愈来愈多，为老人进行康复治疗困难较大。目前的应用效果显示，本系统不但对治疗脑卒中患者具有良好的康复效果，同时也得到了临床医生、康复理疗师的一致认可。此外，系统集多功能于一体，操作简单，可广泛应用于医院、福利院、康复机构及家庭等场所。

4 结语

脑血管病已成为当今社会第三大死亡原因及首位致残因素[13-14]。随着中国老龄化社会的到来，发病率呈明显上升趋势，我国脑卒中发生率正以每年8.7%的速率上升[15]。因此，研制针对脑卒中救治幸存者的多功能康复关怀组合系统刻不容缓。本系统能够调节患者中枢神经系统的兴奋抑制过程，促进局部肢体的血液和淋巴循环，从而防止或减轻肌肉骨骼的废用性萎缩[16-17]。应用实践表明，实现长期、稳定的康复训练可最大限度地使患者恢复生活自理能力，提高其自信心和自尊心，促进康复效果。临床应用表明，本系统不仅适用脑卒中患者及相关症状人群，还同样适用于由于外伤导致偏瘫患者，使医院的社会效益和经济效益明显提高，推广使用的前景广阔。

该系统在卫生方面、康复理疗器具方面仍有改进的空间，并将进一步加强标准化、关键部分模具化及批量化生产，尽早服务于广大患者。对提高患者的生活质量，加速脑卒中的康复进程，降低潜在的人工护理费用，节约社会资源方面起到应有的贡献[18]。

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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