〔摘要〕目的設(shè)計一種中央加壓冷療系統(tǒng),同時實現(xiàn)多例患者或者單例患者不同部位的冷卻治療。方法采用中央制冷系統(tǒng)將水冷卻到治療所需溫度，再通過水泵對冷卻水進行加壓，并通過管道將冷卻水傳送到冷卻袖帶上，滿足患者的冷卻治療。整個系統(tǒng)擁有6個輸出冷卻水管道，可同時滿足6例患者或者單例患者多部位的冷卻治療。系統(tǒng)還設(shè)有溫度檢測系統(tǒng)與壓力監(jiān)測系統(tǒng)，用于冷卻水輸出溫度與輸出壓力的監(jiān)測和控制。結(jié)果經(jīng)過臨床測試，該中央加壓冷療系統(tǒng)不僅能夠同時滿足多例患者的冷卻治療，而且能夠自由設(shè)定輸出溫度和輸出壓力，提高患者的冷卻治療效果。結(jié)論本系統(tǒng)非常適合多例患者的冷卻治療或者單例患者的多部位冷卻治療。

　　〔關(guān)鍵詞〕中央冷療系統(tǒng);加壓控制與檢測系統(tǒng);溫度控制與檢測系統(tǒng)

　　冷療法是將低于人體溫度的物質(zhì)作用于人體表面，通過神經(jīng)傳導(dǎo)引起皮膚和內(nèi)臟器官血管的收縮，以改變患者身體各系統(tǒng)體液循環(huán)和新陳代謝，達到治療的目的[1]。冷療是處理急性閉合性軟組織損傷的早期關(guān)鍵措施，低溫可以使血管收縮，改變細胞通透性，減少局部滲出及出血，減輕局部炎癥水腫;低溫可以使神經(jīng)興奮性下降、傳導(dǎo)速度減慢，從而緩解疼痛;低溫還可以使肌肉興奮性及收縮力減低，起到緩解痙攣的作用。傳統(tǒng)的冷療法主要有使用冰袋、乙醇拭浴法、溫水拭浴法，其為確保冷療效果，需定期更換冰袋或者定期拭擦乙醇和溫水，而且冷療過程中溫度無法控制，使用起來比較麻煩并且冷療效果不佳。

　　現(xiàn)有的加壓冷療系統(tǒng)也是在冷療桶內(nèi)部加入冰袋，再通過氣泵加壓到冷卻袖帶上，其冷療溫度無法控制。國內(nèi)外最新的全自動冷療儀可以實現(xiàn)冷療溫度和冷療壓力控制，但是其均只有一個輸出通道，當(dāng)患者需要多部位冷療或者同一病房多例患者需要冷療時，需要多臺全自動冷療儀才能滿足使用，使用起來比較麻煩[2]。基于上述情況，設(shè)計一種中央加壓冷療系統(tǒng)，通過中央制冷系統(tǒng)將水冷卻到治療所需溫度，再通過中央水泵對冷卻水進行加壓，并通過多條管道將冷卻水傳送到不同的冷卻袖帶上，同時滿足患者多部位的冷卻治療，或者多例患者的冷卻治療。本系統(tǒng)已獲得實用新型專利，專利號為ZL201820839612.3。

　　1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)主要由單片機控制模塊、中央制冷模塊、中央水泵加壓模塊、溫度控制與監(jiān)測模塊、壓力控制與監(jiān)測模塊、各種冷卻袖帶等組成，中央制冷模塊將內(nèi)置水箱內(nèi)的水冷卻到治療溫度后，再通過中央水泵加壓模塊將冷卻水傳送到各類冷卻袖帶上，各類冷卻袖帶包括肩部袖帶、腳關(guān)節(jié)袖帶、膝關(guān)節(jié)袖帶、冰帽、冰痰等。

　　1.1硬件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的單片機控制模塊采用的主控制芯片為STM32，主要包括按鍵電路(控制冷療時間、開啟中央制冷和中央氣泵加壓等)、顯示電路(顯示制冷溫度、加壓壓力、治療時間、報錯信息等)、報警電路[提示治療時間已到、各種報錯信息(包括斷電報警、壓力錯誤報警、溫度錯誤報警等)]，這些信息以液晶顯示的方式顯示在屏幕上，還有電源電路、復(fù)位電路、晶振電路等[3]。

　　1.2中央制冷模塊設(shè)計

　　本系統(tǒng)的中央制冷模塊主要是實現(xiàn)整個中央冷療系統(tǒng)內(nèi)置水箱的水冷卻作用，便于患者所需的冷療作用[4]。本系統(tǒng)采用的中央制冷模塊為壓縮式制冷系統(tǒng)，其主要由蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和節(jié)流閥組成。在水制冷過程中，制冷劑由壓縮機排出，此時壓縮機為高溫高壓氣體，經(jīng)過冷凝器變化為高溫高壓液體，再通過節(jié)流裝置將制冷劑變化為低溫低壓液體，再經(jīng)過蒸發(fā)器蒸發(fā)，即可使整個水箱的箱體溫度下降，進而達到冷卻水的目的。當(dāng)主控制芯片PD0腳輸出低電平時，三極管Q1導(dǎo)通，進而導(dǎo)致繼電器J1吸合，壓縮機M1就得電進行開啟模式。

　　1.3中央加壓模塊設(shè)計

　　本系統(tǒng)為能夠改善和增強治療效果，將冷療與加壓相結(jié)合，因此該系統(tǒng)具有中央加壓模塊[5]。本系統(tǒng)共有6個通道輸出，相應(yīng)的每個通道均采用24V的直流水泵的加壓水泵，冷卻水與冷卻袖帶之間采用水流電磁閥控制。例如，當(dāng)?shù)谝煌ǖ肋M行冷療時，STM32的PD1腳輸出低電平時，開關(guān)管Q2、Q3均導(dǎo)通，一方面繼電器J2吸合，直流加壓電機M2正常工作，另一方面水流電磁閥K1打開，這樣水箱的冷卻水就可以通過氣泵和電磁閥直接流向冷卻袖帶上;當(dāng)?shù)诙�通道進行冷療時，STM32的PD2腳輸出低電平時，相應(yīng)的電磁閥和加壓水泵進行工作，其他通道以此類推。

　　1.4溫度控制與檢測模塊設(shè)計

　　在患者不同康復(fù)過程中，為了達到最好的效果，采用的冷療溫度有一定的差別。本系統(tǒng)具有溫度控制模塊，可以控制冷卻溫度為5~20℃，用于滿足患者冷療溫度的選擇。本系統(tǒng)采用的溫度傳感器為LM35,其是一種輸出電壓與溫度成正比例的溫度傳感器，其靈敏度為10mV/℃，工作溫度為0~100℃，工作電壓為4~30V，最大線性誤差為±0.5℃，靜態(tài)電流為80μA[6]。該傳感器最大的特點是使用時無需外圍元件，也無需調(diào)試和校準。傳感器LM35放置于冷卻水箱的內(nèi)部，用于檢測冷卻水的溫度，其采集的電信號經(jīng)過R9和C2電容使采集到的與溫度成比例的電信號更加穩(wěn)定，再經(jīng)過放大器Q4進行放大送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，最后送給主芯片STM32，通過顯示模塊顯示出來。

　　1.5氣壓控制與檢測模塊設(shè)計

　　該系統(tǒng)可以根據(jù)患者的個體差異選擇需要治療壓力的大小，因此系統(tǒng)具有壓力控制與檢測模塊，可以控制加壓壓力為20~60mmHg(1mmHg=0.133kPa)，用于不同患者的壓力選擇。該系統(tǒng)在6個通道加壓上采用6個加壓水泵，實現(xiàn)每個通道壓力的獨立控制。本系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器采集壓力信號并轉(zhuǎn)換為電信號，在經(jīng)過運放放大器放大電信號和模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號給主控制芯片STM32。壓力傳感器K2放置在各通道管路上，采集各通道的冷卻水壓力，其采集的電壓信號通過R12、R13到運放放大器Q5放大后傳輸?shù)街餍酒�進行處理[7]。

　　2軟件設(shè)計

　　該中央加壓冷療系統(tǒng)開機后自動進行系統(tǒng)初始化，醫(yī)務(wù)人員在確定治療方案過程中，必須確定冷療通道(共6個通道)、治療時間、治療溫度和治療壓力。在治療過程中，液晶屏一直顯示治療時間、治療溫度、治療壓力等數(shù)據(jù)信息，當(dāng)治療時間到時，報警電路報警，提示患者治療結(jié)束。

　　3臨床測試

　　中央加壓冷療系統(tǒng)通過中央加壓冷療系統(tǒng)主機進行統(tǒng)一的治療溫度、治療壓力、治療時間設(shè)計，其前端有6個輸出通道，能實現(xiàn)6個通道壓力的獨立控制，這樣可以同時滿足6例患者的單部位冷卻治療或者單例患者的多部位冷卻治療。本系統(tǒng)設(shè)計的中央加壓冷療系統(tǒng)可以實現(xiàn)冷療配合局部加壓的治療方案，進一步提高患者的冷療效果。本系統(tǒng)可以根據(jù)患者的個體差異、冷療部位、冷療病種等要求，自由的選擇不同的冷療溫度和冷療加壓壓力，滿足患者的各種冷療需求。

　　在臨床運用過程中，一次能夠冷療多例患者膝關(guān)節(jié)術(shù)后、關(guān)節(jié)炎急性期、偏頭痛與神經(jīng)痛、高熱中暑等情況，冷療效果更加明顯[8]。整個中央加壓系統(tǒng)有6個通道輸出接口，根據(jù)患者的要求，選擇對應(yīng)的通道連接上肢袖帶、下肢袖帶、腰椎袖帶等不同部位的袖帶，同時滿足多例患者的冷療需求或者單例患者多個部位的冷療使用，進一步滿足患者冷療的需求。其整個系統(tǒng)與傳統(tǒng)的加壓冷療系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，其與同類對比結(jié)果。

　　4結(jié)語

　　冷療在患者消炎、鎮(zhèn)痛、緩解痙攣、手術(shù)康復(fù)等過程中起到了重要作用[1]。本系統(tǒng)針對傳統(tǒng)冷療方法的不足和缺陷，設(shè)計一種中央加壓冷療系統(tǒng)，通過設(shè)定不同的冷療溫度、冷療壓力、冷療時間等參數(shù)，并選擇不同部位的袖帶，不僅可以提高患者的冷療效果，而且可以滿足患者多部位的冷療使用。

　　整個系統(tǒng)采用不可移動使用，或者固定在病房上，安裝方便，使用簡單，對于提高醫(yī)療質(zhì)量、方便患者治療具有較大的意義[9]。本系統(tǒng)由于采用中央加壓和中央冷卻，導(dǎo)致其中央加壓冷卻系統(tǒng)主機過于龐大，占用病房比較大的空間，下一步研究方法是采用更加高效且體積較小的冷卻方式，使整個系統(tǒng)便于便攜式使用。本系統(tǒng)采用中央冷卻系統(tǒng)，所以6個通道的冷卻袖帶溫度相同，為了實現(xiàn)患者不同部位需要不同溫度的需求，進一步研究方向是各通道設(shè)計獨立的冷卻系統(tǒng)。

　　[參考文獻]

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　　[2]童玲.骨科全膝置換術(shù)后應(yīng)用冷療的護理體會[J].母嬰世界，2014(18)：146.

　　[3]許新建，許海樹，張志芳，等.基于STM32的無線生命體征監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2017，14(9)：11-14.

　　[4]劉振元.加壓冷療儀治療膝關(guān)節(jié)腫脹患者的臨床觀察[J].中國保健營養(yǎng)，2017，27(25)：73.

　　[5]王開靜.中小面積燒傷創(chuàng)面早期實施冷療鎮(zhèn)痛的效果觀察[J].護理研究，2013，27(7)：628

　　作者：毛坤劍

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