王泽昊

设计由来

我跟爸爸去医院探望因车祸受伤的奶奶，看见隔壁病床病人的腿被绷带裹着，通过滑轮连接一串砝码垂向地面。听医生说，病人的腿骨骨折了，这是为了保持骨头生长方向的一种牵引治疗手段。当时我就有了疑问：用砝码做重力拉力是不是太原始了？而且病人身体移动会导致砝码碰到地面，碰地的话，这牵引还有用吗？设备只有支架、滑轮、砝码，也没有什么地方显示牵引使用了多大的力，显得很简陋粗糙，这样的治疗设备能达到良好的治疗效果吗？疑问促使我产生了好奇心——假如能够设计一个新的装置，使治疗更加智能、更加方便，那将是很有意义的一件事！

设计思路

我着手从网上搜索了解现有的骨科牵引治疗方法及相关的医疗器械，结果发现，国内外的相关治疗设备都比较原始，主要还是采取砝码等重物垂重方式，关于骨科牵引数字化的研究和应用实际上是个新课题，这给了我极大的动力。现有的骨伤牵引医疗装置是利用砝码的重量起到牵引作用，用一根绳子连接砝码，通过滑轮改变方向后向地面做静态拉动（图1）。我想设计的新装置的改进思路是：首先，设计一个给力系统，改变砝码垂重的落后方式;其次，能直观显示拉力大小，并能调节控制拉力大小。

设计要点

设计一个给力系统，其拉力可根据需要设定并保持稳定，且拉力必须均衡、轻柔;设计一个数显系统，能直观显示拉力大小数值;假如病人体位变化导致拉力发生变化，设备可以自动跟踪拉力变化并调节恢复到设定的拉力值;可以使用遥控器完成调整或控制;装置方便移动，并能根据需要把牵引高度和方向调节到病人舒适的位置。

给力系统设计思路

新装置的动力系统由砝码换成气缸。气缸是一种常用的动力系统，相比较电机，气缸输出的动力更加均衡、稳定，可以克服电机关闭后的惯性，避免给病人带来伤害。

构成要件：拉力传感器、压力控制器、气泵、储气罐、气缸。

工作过程：当拉力传感器检测到牵引拉力小于设定拉力时，储气罐开始向气缸充气，从而产生拉力，直到实际拉力值达到设定拉力值;反之，则气缸放气，直到实际拉力值达到设定拉力值。

显示系统设计思路

显示系统由智能仪表、拉力传感器、气体电磁阀等组成，利用智能仪表检测压力值，并通过数显器显示。

外观及电源系统设计思路

外观系统：设计成可以移动的箱体，可以在床脚固定。

电源系统：设计成12V电瓶和充电器2种模式，安全，无外接电源时也可工作。

工作原理

装置实物如图2所示，实际使用情况如图3 所示。装置是一个有拉杆、带轮子的箱体装置，移到床脚后固定位置;用包裹带裹住下肢，利用升降杆调整拉力方向和高度，用包裹带拉钩连接牵引装置;用遥控器设定牵引力大小，开启气泵产生拉力（牵引力）;医生根据治疗需要，在遥控器上调节拉力大小;数显器下排数字显示设定拉力大小，上排显示实际拉力大小;拉力设定后，设备会自动达到设定拉力值，并保持稳定。不需要使用时，随时可以关闭整个装置。装置采用直流供电，安全稳固。本装置设计的最大拉力值为30千克。

使用方法

打开设备箱盖，内设电源总空气开关合上，拉出数显表，拨动上面开关，显示初始数值。

认识遥控器：1#按钮是拉紧或放松牵引绳切换，2#可以手动拉伸加力，3#是下调设定拉力值，4#是上调设定拉力值，5#是主支撑杆上升，6#是主支撑杆下降;2#还有放松牵引绳作用。

??当数显表上红绿灯都亮，牵引线处在放松状态;此时，拉力值（红色）小于设定值（绿色）时，牵引绳自动放出;当绿色灯灭时，进入拉紧状态。

??当数显表上实际拉力值（红色）接近设定拉力值（绿色）时，停止拉紧，保持稳定拉力。

??由于病员躺姿变动引起实际拉力值下降后，设备会自动起动，直到接近设定拉力值。

??按遥控器 3#（往下调设定拉力值）或4#（往上调设定拉力值），设定合适的拉力值。

??按遥控器 5#（主杆上升）或6#（主杆下降），使得牵引支架主杆高度与下肢同高度，把牵引绳挂钩与下肢绷带包裹上的挂钩连接，准备牵引。

??牵引结束，按钮 1# 放气，收理器材。

技术检测结果

经广州广电计量检测股份有限公司（信息产业部电子602 计量站）检测，本装置提供的拉力持续稳定，拉力数据可实时显示，可追踪拉力变化并自动调节恢复到设定的原始拉力值。

临床试验情况

经浙江医院骨科、富阳骨伤科医院、江干区人民医院等试用，本装置能较好地提升医疗的精准性，保证稳定的治疗效果，且方便、智能，可作为新一代骨科治疗牵引器，应用于皮肤牵引、兜带牵引和直接骨牵引等不同场景，适用于医院、家庭等不同场合。

创新点

??提高了医疗设备的科技含量，使牵引器材从“定性”走向“定量”。

??可以根据需要自主调节牵引力的大小和方向。

??仪器可以跟踪压力变化，自动调节，恢复还原到设定压力值，从而保证稳定的治疗效果。

??应用广泛，可以用于四肢、颈椎、腰椎等不同部位治疗，适用于皮肤牵引、兜带牵引、直接骨牵引等不同方式。

结论与展望

经过反复操作试验，以及专业机构技术检测和省級综合性医院、骨科专科医院等临床试用，本发明装置较好地解决了现有骨科牵引设备不够精准、不能显示拉力值、缺乏稳定性及缺少医患互动等问题，有效地提升了骨科牵引治疗器械的技术含量和智能化水平，具有较好的市场前景。

下一步我们打算结合应用实际，进一步优化相关设计：①减轻机身重量，进一步提升设备的灵巧性和精准性。目前，本装置是按照最大30千克拉力值设计的，导致机身偏重。据了解，在实际应用过程中，用于腿部等牵引治疗一般不超过10千克，若降低最大拉力值，可大大减轻机身重量，提升设备的灵巧性和精准性。②增加一个辅助固定装置，使设备工作时更加稳固。③针对颈椎牵引、腰椎牵引等，设计支架等辅助器材，满足不同应用场景需要。④优化设计机身的外观和包装，使之更加美观时尚。⑤结合物联网技术，开发数据采集反馈系统，让医生可远程监测、调节治疗进展。

专家评语

该装置采用气压数控操作，加力更加精准，控制更方便。通过遥控可使病人自己进行调节，调节力度可以精确控制，操作简单方便，应用前景广。建议增加记忆存储功能，方便医生和病人了解康复过程，可增加结构强度，提高使用可靠性。