便携独立式下肢牵引装置的设计

蔡雪花 许新建 汤栋生 张志芳 毛坤剑*

目前，现行的很多医用下肢关节牵引装置均采用重锤牵引，将外力施加于患者的下肢关节，通过牵拉作用以达到解除肌肉痉挛及下肢关节负载等目的[1]。传统的下肢关节牵引装置必须依靠牵引床或者病床等外部设备来固定，方能进行固定牵引治疗，而这种牵引装置需固定在某一地点方可使用，不适合野战医疗、机动医疗和户外牵引治疗。患者在做牵引治疗时，想更换外部环境，传统的牵引装置不方便固定，导致使用麻烦，不方便携带[2]。基于此，本研究设计一种便携独立式下肢牵引装置，实现机动医疗和户外牵引功能。

1 便携独立式下肢牵引装置的设计

1.1 结构设计

将整个下肢牵引装置进行一体化设计，便于携带安装，通过调节不同的滑动轮和配置砝码来选择患者所需的牵引力的大小和角度，通过牵引电机来控制患者所需牵引的速度[3]。装置系统结构主要由配重底座、支撑板、牵引绳、牵引固定带、支撑轮、滑动轮、滑动轮支撑杆以及配重砝码等组成。配置底座与支撑板紧密封装，滑动轮与滑动轮支撑杆紧密封装，再固定在支撑板上，做为整个牵引装置的固定架。支撑轮固定在支撑板顶上的中间，通过牵引绳支持配置砝码[4](如图1所示)。

图1 便携独立式下肢牵引装置结构示意图

装置系统的牵引力由配置砝码产生，通过牵引绳来传递牵引力。牵引绳采用“Y”型结构，一端通过弯钩连接所需的配置砝码，另外两端通过弯钩连接牵引带，完成牵引力的传递。根据患者牵引力的不同，选择不同的配置砝码。同时，根据患者下肢牵引力所需的角度，选择不同的滑动轮来支持配置砝码。本系统配重的砝码重量有1 kg、2 kg、3 kg、4 kg和5 kg，根据患者下肢对牵引力的不同需求自由组合配重，以达到对牵引力的需求[5]。

装置的牵引带由复合布、尼龙带、固定环、粘扣等组成，采用人体工程学设计，可根据患者下肢的外形调节松紧度，最大限度的保持患者使用时的舒适度[6]。在牵引过程中，可以通过电机牵引整个下肢做左右运动，整个电机和控制板内置在配重底座里面，电机通过传动机构带动牵引板进而带动下肢做牵引运动。整个系统采用大容量可充电电池供电，满足患者户外牵引的要求[7-8]。

1.2 电路设计

采用AT89C51主芯片，其电路部分包括主控制电路、电源电路、电机驱动电路、按键电路、液晶显示电路及报警电路等(如图2所示)。

图2 控制电路系统框图

1.2.1 电源控制电路

电路系统采用2块12 V的可充电电池供电，一路通过减压电路和稳压电路降到5 V给主控制供电，另一路供直流电机供电；电池电压经过Z1开关和变压器UI后，又经过稳压芯片7805后输出5 V给主控制芯片供电[9](如图3所示)。

图3 电源控制电路图

1.2.2 液晶显示电路

液晶显示电路系统通过液晶显示观看设定的牵引速度、牵引角度和牵引时间，以及相关的报警信息。系统采用的液晶为1602A，一方面DB0～DB7连接模数转换器ADC0804，用于显示采集的牵引位置和牵引角度，另一方面用于连接主控器AT89C51，用于显示系统设定额牵引时间和报警信息[10](如图4所示)。

图4 液晶显示电路图

1.2.3 电机驱动电路

电机驱动电路系统通过直流步进电机来带动患者下肢的牵引运动，通过对电机的速度和位置传感器的位置采集，使本装置在固定的轨道上做来回牵引运动。步进电机是一种将电脉冲转化角移动的执行机构，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，其可驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。步进电机也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的[11－12]。电机驱动芯片采用74HC240，驱动器为2803，其电路如图5所示。

图5 电机驱动电路图

2 便携独立式下肢牵引装置的临床应用

在便携独立式下肢牵引装置的临床测试中，将下肢牵引固定带绑在患者下肢上，通过牵引绳穿过支撑板上的支撑轮和滑动轮，用弯钩勾住配重砝码，患者可以根据牵引角度的不同选择不同的滑动轮，根据患者所需牵引力的大小选择配置砝码的不同重量，或者进行砝码组合配置[13]。当一切准备就绪后，打开电源开关，设定牵引速度、牵引角度和牵引时间，进而启动电机牵引装置。

便携独立式下肢牵引装置通过野战医疗、机动医疗及户外牵引测试，在对100例骨折部肢体制动患者和100例炎症肢体患者的制动及挛缩机型的矫正治疗测试中，该下肢牵引装置可以根据患者的要求携带到户外环境做牵引恢复，满足患者的特殊要求[14-15]。

3 结语

针对目前大部分牵引装置需借助牵引床或者病床等外部设备来固定，或者采用市电供电而导致不方便携带，不利于机动医疗和户外牵引，设计一种便携独立式下肢牵引装置，采用自身配置和人体工程学设计，不需借助外来设备就可以完成牵引运用。通过采用大容量电池给电机供电，根据患者需求设定牵引时间、牵引速度和牵引角度，以满足患者的各种牵引要求。整个系统低功耗、安装简单，使用方便、稳定性高、便于携带，非常适合患者的户外牵引恢复[16]。

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