数控气压式骨科牵引器的制作方法

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种用于骨科的牵引系统。

背景技术：

骨伤科治疗中，牵引术是一种常用的康复治疗手段。牵引术通常包括皮肤牵引，用于治疗颈椎、腰椎、骨盆疾病的兜带牵引，以及用于开放性骨折等危重骨病的直接骨牵引。临床中，较为常见的是为保持骨头生长方向而实施的皮肤牵引。

皮肤牵引通常由滑轮结构支撑一串磅秤的砝码，利用砝码作为外部配重结构，以砝码的重量提供自然下垂的拉力，对患肢施加适当的、持续的牵引力，使患肢的骨折或者脱位达到整复或维持复位。

临床中，患肢皮肤牵引比较多见。患肢皮肤牵引通常利用胶布带条或皮套等包裹患肢进行牵引进而维持骨折的复位和稳定。患肢皮肤牵引主要针对的是12岁以上儿童，也可作为老年人的稳定的粗隆间骨折或手术前后的辅助固定治疗手段。牵引重量一般不超过5公斤，砝码作为外部配重结构，其牵引力通过皮肤、筋膜、肌肉,间接达于骨或关节。

但这种牵引法出现以下几个弊端：首先，病人躺在床上的患肢稍有移动，砝码就会向地面移动直至触地，一旦砝码触地就失去了对患肢的牵引作用。其次，牵引力大小仅以砝码重量为参考值，但由于患者自身体重、卧姿等影响，实际施加于患者患肢的牵引力无法准确获知，只能够“定性”地治疗，无法“定量”。再者，病员自己在治疗过程中无法随意愿改变拉力舒适度和无控状态，因而治疗过程所需的人工成本较高。并且，现有牵引支架粗糙，缺治疗仪器设备的“科学脸”。

因此，目前急需一种能够应用于临床的，能够精确控制对患肢施加的牵引力，并且方便调节牵引力大小的医疗器械。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种数控气压式骨科牵引器。利用气泵作为牵引拉力的主要来源，利用气泵产生拉力实现无极控制，提高牵引力调节的精度。

首先，为实现上述目的，提出一种数控气压式骨科牵引器，包括：患肢固定部、牵引结构、牵引支架以及配重单元；所述患肢固定部拆卸地包覆于使用者的患肢周围，与所述患肢固定；所述牵引支架包括支撑杆，所述支撑杆上设有轮轴；所述牵引结构的第一端与所述患肢固定部连接；所述牵引结构的第二端通过所述轮轴连接所述配重单元；其中，所述配重单元包括：顺序连接的储气罐、供气泵、气动二联件、调压阀、气体分配阀门和气缸；所述储气罐内存储有气体，所述储气罐通过导管连接至所述供气泵；所述供气泵的一端连接所述储气罐，所述供气泵的另一端连接所述气动二联件，所述供气泵可操作地控制所述储气罐向所述气动二联件供气；所述气动二联件用于稳定所述供气泵输出的气体的气压，将稳定的气压输出至所述调压阀；所述调压阀用于调节所述气动二联件输出的气压至阈值，而后输出该气压至所述气体分配阀门；所述气体分配阀门可操作地控制调压阀向所述气缸供气；所述气缸连接有活塞杆，所述活塞杆的第一端密封于所述气缸内，所述活塞杆的第二端伸出所述气缸；所述气缸由所述气体分配阀门输出的气压驱动而推拉所述活塞杆的第一端，所述活塞杆的第二端连接所述牵引结构的第二端，所述活塞杆的第二端通过所述牵引结构对所述患肢固定部提供牵引力。

可选的，上述的数控气压式骨科牵引器中，所述配重单元还包括：控制单元以及与所述控制单元连接的传感器、数显单元和通讯单元；所述传感器安装在所述气缸上，用以检测所述气缸的状态，输出相应的电信号至所述控制单元；所述控制单元对所述传感器检测获得的电信号进行处理后输出控制信号以驱动所述供气泵、气动二联件、调压阀和气体分配阀门；所述数显单元用以根据所述控制单元的控制进行显示；所述通讯单元用以根据所述控制单元的控制交互数据。

可选的，上述的数控气压式骨科牵引器中，所述气缸至少包括两个，每一个所述气缸均分别设置有一个传感器，所述每一个传感器均连接至所述控制单元；所述气体分配阀门可操作地控制所述调压阀向任一所述气缸供气；其中一个所述气缸用于通过其连接的活塞杆牵拉所述牵引结构，以对所述患肢固定部提供牵引力；其中另一个所述气缸用于通过其连接的活塞杆牵拉所述牵引支架上的支撑杆，通过牵拉所述支撑杆调节所述支撑杆上设置的轮轴的位置。

可选的，上述的数控气压式骨科牵引器中，所述传感器为距离传感器，所述距离传感器设置于所述活塞杆表面，用以检测所述活塞杆相对所述气缸的外壁移动的距离，根据所述距离输出相应的电信号至所述控制单元。

可选的，如上述的数控气压式骨科牵引器中，所述传感器为气压传感器，所述气压传感器设置于所述气缸内部，用以检测所述气缸内的气压，根据所述气缸内的气压输出相应的电信号至所述控制单元。

可选的上述的数控气压式骨科牵引器中，所述配重单元还包括至少4个舵机马达；所述4个舵机马达的输出轴分别连接有齿轮，所述各齿轮分别连接所述供气泵、气动二联件、调压阀和气体分配阀门的控制端；所述4个舵机马达分别由所述控制单元输出的控制信号控制，驱动其连接的齿轮，所述各齿轮分别驱动所述供气泵、气动二联件、调压阀和气体分配阀门。

可选的上述的数控气压式骨科牵引器，还包括有箱体；所述箱体表面固定有牵引支架，所述牵引结构通过设置在所述牵引支架上的轮轴连接所述配重单元以及患肢固定部；所述配重单元中的储气罐、供气泵、气动二联件、调压阀、气体分配阀门和气缸均固定于所述箱体的内部；所述箱体的底部还设置有滚轮；所述箱体的表面还设置有固定装置。

可选的，上述的数控气压式骨科牵引器中，所述患肢固定部包括至少三根弹力带11，所述弹力带间隔交错设置，所述弹力带端部还固定有粘接部12，所述粘接部用以在粘接状态下使所述弹力带包覆于使用者的患肢周围，与所述患肢固定。

同时，本发明还提供一种应用于上述数控气压式骨科牵引器的控制方法，其特征在于，步骤包括：第一步，通讯单元接收数据，与控制单元交互，设置阈值；第二步，传感器检测气缸的状态，输出相应电信号至控制单元；第三步，控制单元将所述电信号与所述阈值进行比较，输出控制信号以驱动所述供气泵、气动二联件、调压阀和气体分配阀门；第四步，供气泵控制储气罐向所述气动二联件供气；所述气动二联件稳定所述供气泵输出的气体的气压，将稳定的气压输出至所述调压阀；所述调压阀调节所述气动二联件输出的气压至所述阈值，输出该气压至所述气体分配阀门；所述气体分配阀门向对应的气缸供气；所述气缸通过其连接的活塞杆，所述活塞杆的第一端密封于所述气缸内，所述活塞杆的第二端伸出所述气缸；所述气缸由所述气体分配阀门输出的气压驱动而推拉所述活塞杆的第一端，使所述活塞杆的第二端通过所述牵引结构对所述患肢固定部提供牵引力；第五步，重复所述第一步至所述第四步，直至接收到结束信号后，跳转至第六步；第六步，控制单元输出控制信号以驱动所述供气泵、气动二联件、调压阀和气体分配阀门关闭。

可选的，上述的控制方法中，所述第三步中，所述控制单元将所述电信号与所述阈值进行比较，输出控制信号以驱动所述供气泵、气动二联件、调压阀和气体分配阀门的具体步骤包括：步骤s1，所述控制单元将所述电信号与所述阈值进行比较，若所述电信号大于所述阈值则输出第一控制信号至对应的舵机马达；若所述电信号小于所述阈值则输出第二控制信号至对应的舵机马达；若所述电信号在所述阈值范围内则输出第三控制信号至对应的舵机马达；步骤s2，所述各舵机马达的输出轴分别连接有齿轮，所述齿轮分别连接所述供气泵、气动二联件、调压阀和气体分配阀门的控制端；所述舵机马达分别由所述控制单元输出的对应的控制信号控制，在接收到第一控制信号时驱动其连接的齿轮反转；在接收到第二控制信号时驱动其连接的齿轮正转；在接收到第三控制信号时保持其连接的齿轮不动；步骤s3，所述各齿轮转动，分别驱动所述供气泵、气动二联件、调压阀和气体分配阀门。

有益效果

本发明将气缸作为主要的配重单元，通过气缸产生对牵引结构的牵引力，将该牵引力施加至对所述患肢固定部，对患肢提供持续稳定的牵引。本发明中由控制单元控制供气泵、气动二联件、调压阀和气体分配阀门，精确控制气缸内的压力。由于采用电子的控制方式，易于将气缸内的压力转换成牵引力，显示具体作用于患者的牵引力的大小。

进一步，由于控制单元还连接有通讯单元，因此，病员可以根据自己的体感，通过操作遥控器与通讯单元进行数据交互，通过通讯单元设置控制单元的阈值，由此调节牵引力大小。

为方便移动和固定，上述的牵引器由一个箱体封闭，并在箱体下安装有滚轮。箱体表面还设有固定装置。临床中，可方便地通过滚轮移动所述牵引器，通过固定装置将牵引器固定于患者床侧。经相关医院实验试用，获得了较好评价。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明的数控气压式骨科牵引器的结构示意图；

图2为应用于所述数控气压式骨科牵引器的患肢固定部的结构示意图；

图3为本发明中传感器的一种安装方式示意图；

图4为本发明中传感器的另一种安装方式示意图；

图5为本发明的数控气压式骨科牵引器的控制流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为根据本发明的数控气压式骨科牵引器的示意图，包括：患肢固定部1、牵引结构2、牵引支架3以及配重单元4。所述配重单元4由一个箱体5封闭。所述箱体上固定有所述牵引支架3。所述牵引支架3包括支撑杆31，所述支撑杆31上设有轮轴32；所述牵引结构2可选择为一根柔性连接绳，牵引结构2的第一端与所述患肢固定部1连接；所述牵引结构2的第二端通过所述轮轴32连接所述配重单元4。

所述配重单元4包括有：储气罐41、供气泵42、气动二联件43、调压阀44、气体分配阀门45和气缸46。这些结构均固定于所述箱体5的内部。所述箱体5的底部还设置有滚轮51；所述箱体5的表面还设置有绑带、锁扣等固定装置52。由此，箱体可方便移动，移动到患者病床附近后，可方便地通过所述固定装置与患者的病床固定，保证牵引过程中装置的稳定。

参考图2所示，所述患肢固定部1包括至少三根弹力带11，可拆卸地包覆于使用者的患肢周围，与所述患肢固定。所述弹力带间隔交错设置，所述弹力带端部还固定有粘接部12，所述粘接部用以在粘接状态下使所述弹力带包覆于使用者的患肢周围，与所述患肢固定。

本实施例中的所述配重单元4包括：顺序连接的储气罐41、供气泵42、气动二联件43、调压阀44、气体分配阀门45和气缸46；所述储气罐41内存储有气体，所述储气罐41通过导管连接至所述供气泵42；所述供气泵42的一端连接所述储气罐41，所述供气泵42的另一端连接所述气动二联件43，所述供气泵42可操作地控制所述储气罐41向所述气动二联件43供气；所述气动二联件43用于稳定所述供气泵42输出的气体的气压，将稳定的气压输出至所述调压阀44；所述调压阀44用于调节所述气动二联件43输出的气压至阈值，而后输出该气压至所述气体分配阀门45；所述气体分配阀门45可操作地控制调压阀44向所述气缸46供气；所述气缸46连接有活塞杆461，所述活塞杆461的第一端密封于所述气缸内，所述活塞杆461的第二端伸出所述气缸；所述气缸46由所述气体分配阀门45输出的气压驱动而推拉所述活塞杆461的第一端，所述活塞杆461的第二端连接所述牵引结构2的第二端，所述活塞杆461的第二端通过所述牵引结构2对所述患肢固定部1提供牵引力。

可选的，上述的数控气压式骨科牵引器中，所述供气泵42、气动二联件43、调压阀44、气体分配阀门45可选择为数控器件，以方便控制单元通过电子的方式进行控制。具体的所述配重单元4还包括：控制单元47以及与所述控制单元47连接的传感器48、数显单元49和通讯单元40；所述传感器48安装在所述气缸46上，用以检测所述气缸的状态，输出相应的电信号至所述控制单元47；所述控制单元47对所述传感器48检测获得的电信号进行处理后输出控制信号以驱动所述供气泵42、气动二联43、调压阀44和气体分配阀门45；所述数显单元49用以根据所述控制单元47的控制进行显示；所述通讯单元40用以根据所述控制单元47的控制交互数据。

所述的传感器48可选择秦合源公司的qls-11压力传感器，其获得的电信号输入至控制单元内，经控制单元内的模数转换模块转换为数字信号。所述的数显单元49具体可选择为led显示器等。所述通讯单元40可包括蓝牙芯片、红外通信芯片、无线射频通信芯片等。气缸可选择为米思米公司的lfzb35-30。该气缸的内径为100mm。根据气体压强原理，f＝ps，若需谋求拉力f，只需控制缸内的压强p,使适当的压强作用在气缸活塞面s上(直径100mm的圆面积)。这个作用的面积大小在气缸里已经成为定值，所以，只要调节压强p的大小，就可以产生拉力f的变化。f的大小会受患者姿势的改变而变化，因此，需要控制单元对实际的拉力f进行检测，以稳定实际作用于患者的牵引力大小。

上述的控制单元具体可按照如下步骤工作：

第一步，通讯单元接收用户遥控设置的数据，与控制单元交互，设置阈值；

第二步，传感器检测气缸的状态，输出相应电信号至控制单元；

第三步，控制单元将所述电信号进行模数转换后与所述阈值进行比较，输出控制信号以驱动所述供气泵42、气动二联件43、调压阀44和气体分配阀门45；例如，在所述电信号大于所述阈值则输出第一控制信号，控制所述供气泵42关小或关闭，控制气动二联件43、调压阀44降低气缸内的气压；若所述电信号小于所述阈值则输出第二控制信号，控制所述供气泵42开大，控制气动二联件43、调压阀44增加气缸内的气压；若所述电信号在所述阈值范围内则输出第三控制信号，控制所述供气泵42、气动二联件43、调压阀44保持其当前状态不变化；第四步，供气泵42控制储气罐41向所述气动二联件43供气；所述气动二联件43稳定所述供气泵42输出的气体的气压，将稳定的气压输出至所述调压阀44；所述调压阀44调节所述气动二联件43输出的气压至所述阈值，输出该气压至所述气体分配阀门45；所述气体分配阀门45向对应的气缸46供气；所述气缸46通过其连接的活塞杆461，所述活塞杆461的第一端密封于所述气缸内，所述活塞杆461的第二端伸出所述气缸；所述气缸46由所述气体分配阀门45输出的气压驱动而推拉所述活塞杆461的第一端，使所述活塞杆461的第二端通过所述牵引结构2对所述患肢固定部1提供牵引力；

第五步，重复所述第一步至所述第四步，直至接收到结束信号后，跳转至第六步；

第六步，控制单元输出控制信号以驱动所述供气泵42、气动二联件43、调压阀44和气体分配阀门45关闭。

可选的，上述的数控气压式骨科牵引器中，可包括两个气缸46，两个气缸分别用于提供牵引力和控制支撑杆上轮轴的位置。每一个所述气缸46均分别设置有一个传感器48，所述每一个传感器48均连接至所述控制单元47；所述气体分配阀门45可操作地控制调压阀44向任一所述气缸46供气；其中一个所述气缸用于通过其连接的活塞杆461牵拉所述牵引结构2，以对所述患肢固定部1提供牵引力；其中另一个所述气缸用于通过其连接的活塞杆461牵拉所述牵引支架3上的支撑杆31，通过牵拉所述支撑杆31调节所述支撑杆31上设置的轮轴32的位置。

可选的，上述的数控气压式骨科牵引器中，所述传感器48可选为距离传感器，如超声波距离传感器或激光测距传感器。参照图4所示的安装方式，所述距离传感器设置于所述活塞杆461表面，用以检测所述活塞杆461相对所述气缸的外壁移动的距离，根据所述距离输出相应的电信号至所述控制单元47。具体而言，可通过距离传感器向气缸的外壁发射光信号或超声信号a，接收其被气缸外壁反射的信号aa，通过控制单元计算两信号之间的时间差，即可检测获得所述活塞杆461相对所述气缸的外壁移动的距离。

可选的，如上述的数控气压式骨科牵引器中，所述传感器48也可选择为气压传感器。参考图3所示，所述气压传感器设置于所述气缸46内部，用以检测所述气缸内的气压，根据所述气缸内的气压输出相应的电信号至所述控制单元47。

可选的上述的数控气压式骨科牵引器中，所述供气泵42、气动二联件43、调压阀44和气体分配阀门45可分别由控制单元控制与其连接的4个舵机马达而调控。所述4个舵机马达的输出轴分别连接有齿轮，所述各齿轮分别连接所述供气泵(42)、气动二联件(43)、调压阀(44)和气体分配阀门(45)的控制端；所述4个舵机马达分别由所述控制单元输出的控制信号控制，驱动其连接的齿轮，所述各齿轮分别驱动所述供气泵(42)、气动二联件(43)、调压阀(44)和气体分配阀门(45)的控制端，以实现对其内气压的调控。供气泵(42)、气动二联件(43)、调压阀(44)和气体分配阀门(45)对气压的调控，作用在气缸的活塞杆上，可实时的调节施加于患肢的牵引力，实现对牵引力的无极调控。

上述的控步骤中，所述第三步中，所述控制单元将所述电信号与所述阈值进行比较，输出控制信号以驱动所述供气泵42、气动二联件43、调压阀44和气体分配阀门45的具体步骤包括：步骤s1，所述控制单元将所述电信号与所述阈值进行比较，若所述电信号大于所述阈值则输出第一控制信号至对应的舵机马达；若所述电信号小于所述阈值则输出第二控制信号至对应的舵机马达；若所述电信号在所述阈值范围内则输出第三控制信号至对应的舵机马达；步骤s2，所述各舵机马达的输出轴分别连接有齿轮，所述齿轮分别连接所述供气泵42、气动二联件43、调压阀44和气体分配阀门45的控制端；所述舵机马达分别由所述控制单元输出的对应的控制信号控制，在接收到第一控制信号时驱动其连接的齿轮反转；在接收到第二控制信号时驱动其连接的齿轮正转；在接收到第三控制信号时保持其连接的齿轮不动；步骤s3，通过所述各齿轮的转动，分别驱动所述供气泵42、气动二联件43、调压阀44和气体分配阀门45，改变其内气体的压力，从而调节气缸内气压。气缸内的气压作用于活塞杆，可提供设置的阈值范围内的牵引力。

本发明使用气压控制拉力大小，在理论上比用电机无极控制来的更精确。由于改变了砝码式牵引“定性治疗”的状态，可让牵引术走向数字化。控制单元连接有通讯单元，因此病员可用遥控器自行调节拉力，市面上没有见到相同的气压式控制的牵引器。仪器可以跟踪压力变化，预设了拉力值，中途假如病员体位变化，拉力显示降下来，但马上设备会自动收紧，还原到设定的压力值。并且由于遥控的控制方式，病员可以自己操作本发明，无需他人协助。本发明集成度高，可直接拖动箱体移动，储存方便，没有一大堆器材移运时的麻烦。

具体使用中，先打开设备箱盖，合上内设电源总空气开关，拉出数显表作为数显单元，拔动上面开关，表显示。通过摇控器拉紧或放松牵引绳，手动拉伸加力，设定阈值，调节主支撑杆31上升或下降至合适位置。通过遥控单元内设定拉力值，控制单元输出控制信号驱动气压调节部件自动收紧牵引结构2，开始工作牵引。一旦传感器检测到由于病员躺姿变动而引起拉力值下降后，设备又会自动按照设定值起动重新调整启动直至恢复至阈值范围。牵引结束后，向所述控制单元输出结束信号，控制单元通过气压调节部件放气，以便收理器材。本发明中的电源为充电式，可以边工作边充电。

本发明技术方案的优点主要体现在：通过控制单元，将需要对患者施加的牵引力转换为气缸内气压的大小，从而通过舵机马达以及齿轮驱动相应的气压调节部件，如，供气泵42、气动二联件43、调压阀44和气体分配阀门45，改变其内气体的压力，从而动态调节对患者施加的牵引力。由于在气缸上设置有传感器，传感器连接控制单元形成闭环控制，因此，本发明对牵引力的调节精度更高，响应患者更换卧姿而导致的牵引力的变化也更加灵敏。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。