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1、多功能瘢痕治疗仪的研制 徐月华 1,王甲汉2,李志清2 (1 广东机电职业技术学院,广东 广州510515;2南方医科大学南方医院烧伤科, 广 东 广州510515) 摘要:目的 介绍一种具有按摩、加压、温控等作用于一体的多功能瘢痕治疗仪的研制方法。 方法 通过步进电机的旋转 和直线位移对瘢痕部位施加压力及按摩;采用半导体制冷片进行制冷、制热;利用单片机进行温度和压力的控制与显 示。 结果和结论 该治疗仪使用方便,对机体瘢痕形成和增生可进行有效的预防和治疗。 关键词:瘢痕;治疗仪,瘢痕 中图分类号:R-331 文献标识码:A 文章编号:1000-2588(2005)07-0874-02 创伤、
2、 手术后切口或创面愈合时常伴有瘢痕形 成、增生和挛缩,目前瘢痕预防和治疗的方法主要有 手术治疗、加压治疗、硅胶薄膜敷贴、放射治疗、冷冻 治疗、药物治疗等。 目前普遍认为较有效的疗法是压 力治疗13;低温治疗可使病灶细胞、组织坏死,能有 效抑制瘢痕增生,而且能止痒4。 现有的瘢痕治疗仪 主要基于超声治疗、中频电治疗、音频治疗、射频治 疗、微波治疗和激光治疗,但临床应用时疗效不佳。 我们研制出一种集按摩、加压、冷疗等作用于一体的 多功能智能瘢痕治疗仪,报告如下。 1 仪器结构与原理 多功能瘢痕治疗仪主要由电动加压按摩单元、制 冷单元、温度和压力检测单元、A/D转换单元、单片机 控制单元、显示单元、
3、电源调整单元等组成。其工作原 理是: 通过步进电机实现对瘢痕部位的加压及按摩, 改变电机脉冲频率来改变电机的转速,不同的转速达 到不同的按摩效果, 改变电机的直线距离来改变压 力。 通过半导体制冷片实现对瘢痕的冷疗;用单片机 (89C52)完成压力、温度的控制与显示。 本治疗仪的 技术参数为: 压力可调范围:010 kPa; 温度可调范 围:030 。 其总体功能结构框图见图1。 2 加压按摩单元设计和原理 持续加压可使局部组织缺血, 降低组织代谢率, 减少成纤维细胞含量,扩大细胞间隙,有利于胶原束 分散和规律分布,从而抑制瘢痕增生。从理论上讲,持 续施以与毛细血管压力(3.5 kPa)相近的
4、压力可使胶 原纤维重新排列,局部相对贫血,从而抑制瘢痕增生。 早期瘢痕使用压力约0.2 kPa, 后期的硬瘢痕则需要 0.354.00 kPa压力5。 大量的临床实践也表明对瘢痕 进行早期按摩能有效抑制瘢痕增生,因为早期增生性 瘢痕毛细血管形成快而多, 表现为新生期活跃特点, 毛细血管脆弱容易破坏,采用特定手法按摩,可有效 破坏毛细血管形成,阻断瘢痕处营养供给,从而抑制 瘢痕增生。 步进电机是纯粹的数字控制电动机,它将电脉信 号转变成角位移,即给一个脉冲信号,且就转动一个 角度,因此非常适合于单片机控制。 我们选用四相反 应式步进电动机。 其转子和定子表面都分布有小齿, 且齿距相同,形状相似。
5、 反应式步进电动机运动的动 力来自于电磁力,在电磁力的作用下,转子被强行推 动到最大磁导率(或者最小磁阻)的位置,并处于平衡 状态。 对四相步进电机来说,当某一相的磁极处于最 大磁导位置时, 另外三相必须处于非最大磁导位置。 错齿的存在是步进电机能够旋转的前提条件,即当某 一相处于对齿状态时,其他相必须处于错齿状态。 如 果给处于错齿状态的相通电,则转子在电磁力的作用 下,将向磁导率最大(或磁阻最小)的位置转动即向趋 于对齿状态转动,步进电动机就是基于这一原理实现 转动。其工作方式有单四拍、双四拍之分,其中双四拍 通电时间长,消耗的电功率大,当然,获得的电磁转距 也大6。 我们选用步距角为1.
6、8,12 V四相步进电机。 并 可通过软件法、 硬件法对步进电机进行脉冲分配,从 而实现对步进电机的调速。 选用UCN5804B集成电 路芯片作为四相步进电动机的单极性驱动。由内部定 时中断来控制步进电机的脉冲分配。 软件算法如下: 由于步进电机的转速V为50 200转/min, 晶振为 =24 M,电机步距角!为1.8。 由以上数据可以计算 图1 总体功能结构框图 电动 执行 机构 的压 力输 入 压力传感器 温度传感器 电压调整器 LCD显示 通讯 直流电 A/D 转换器 单片机 ! ! ! ! ! ! “ # 收稿日期:2005-02-03 作者简介:徐月华(1968-),女,硕士,高级
7、工程师,电话:020-61647627, E-mail: 第一军医大学学报(J First Mil MST UniU) 2005V25(7W874 图3 温度控制电路图 图2 步进电机控制流程 出各参数: 每秒钟转速V“=V!60;旋转一周的步数B= 360 ; 每秒钟多少步#=V“$= V“60 ;MCU的机器周期为 %= 所以,延时数为: = % # =720 000!V;V!50, 200;A!3600,14400。 因为,延时数A在0_65535 内, 所以我们采用16位内部定时器对步进电机进行 控制。 流程见图2。 3 制冷单元设计与原理 低温治疗可使病灶细胞、组织变性,甚至坏死,能
8、 有效抑制瘢痕增生,而且能止痒。 半导体制冷片具有 体积小、机构简单、启动快、控制灵活等优点,特别在 小体积、小负荷的制冷场合,使用半导体制冷有其独 到的好处。并且,改变电流方向可以用来制冷或制热。 在产冷量20 W以下,温差不超过50 #时,半导体制 冷的效率高于压缩式制冷,在小型医疗仪器中具有广 泛临床应用价值。半导体制冷原理是建立在“泊尔贴“ 效应上,即某种材料通上直流电之后,其两端有温差 产生,所以又称温差电制冷,半导体制冷制或称热电 制冷。由于半导体的制冷效果在很大程度上取决于热 端的散热。 为了达到更好的制冷效果,其冷端应加储 冷板,热端应加散热板,并且应在制冷片与储冷板之 间、制
9、冷片与散热板之间涂导热硅脂,以填补空隙,改 善接触。 为了不让热端的热串到冷端,储冷板和散热 板之间应当用隔热材料充填,其厚度在2530 mm为 宜,并在热端加风扇以加快散热。 我们选用TEC1系 列5 V,2.5 A的 半 导 体 片 作 为 制 冷 元 件 , 选 用 ULN2803A作为继电器驱动管。其温度控制电路如图 四,通过继电器对半导体制冷片进行制冷、制热、停的 控制。 原理如下:当KM1断开时,制冷片没有供电; 当KM1接通,KM2断开时, 电流从KM2的4脚流 入,13脚流出(制冷);当KM1 接通,KM2接通时,电 流从KM2的13脚流入,4脚流出(制热)(图3)。 4 传感
10、检测 在传感检测单元中, 我们选用AD590温度传感 器 ,HA7324运 算 放 大 器 ,ADC0832 模 数 转 换 器 , A0512S电平转换器。通过AD590将温度的变化转换 成电流变化,用HA7324将电流的变化转化成电压的 变化,并经过差动放大后得到输出电压与摄氏温度的 关系,V0=T/10伏,温度单位为度。 由于 ADC0832为 5 V电压,而HA7324等运算放大器需要$12 V,所以 用A0512S对电平进行转换, 将5 V直流转换成$12 V直流。 5 结论 目前该仪器已具有按摩、加压、制冷、显示等功 能,临床初步研究表明,该治疗仪使用方便,性能稳 定,可有效的抑制
11、创伤导致的瘢痕形成,而且对增生 期瘢痕有显著的抑制作用,并可减轻由于瘢痕增生导 致的瘙痒。 参考文献: 1吴宗耀. 烧伤瘢痕的防治难点J. 中华烧伤杂志, 2004, 20(2): 67_8. Wu ZY. Critical aspects in the treatment of postburn scarsJ. Chin J Burns, 2004, 20(2): 67_8. 2李志清,王甲汉,任加良,等. 鸸鹋油对烫伤大鼠创面的愈合作用 J. 第一军医大学学, 2004, (11): 1255_6. Li ZQ, Wang JH, Ren JL,!() *+. Effects of top
12、ical emu oil on wound healing in scalded rats J. J First Mil Med Univ/Di Yi Jun Yi Da Xue Xue Bao, 2004, (11): 1255_6. 3Brissett AF, Sherris DA. Scar contractures, hypertrophic scars, and keloidsJ. Facial Plast Surg, 2001, 17(2):263_72. 4向建光, 钱春丽, 周风霞, 等. 冷冻联合得宝松局部注射治疗瘢痕 疙瘩36 例 J. 中国煤炭工业医学杂志, 2002,
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