一种包扎热敷装置及其控制方法与流程

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体的是，本发明涉及一种包扎热敷装置及其控制方法。

背景技术：

术后患者为了伤口的快速恢复，一般会在伤口处进行冷敷或者热敷操作。然而大部分的冷敷或者热敷操作都是人工手持冷敷袋或者热敷袋，很麻烦，也不利于患者进行其他活动。

中国实用新型专利201720877083.1公开一种热敷袋，包括大体呈方形的本体，其包括袋体，且内部形成有多个用于容纳热敷物的腔体，与本体的第一边处连接有两根系带，与本体的第二边和第三边连接的两个固定环。其方便固定热敷袋，使用者在热敷的同时可以不受体位限制，活动自由。但是在使用时，需要先加热至需求温度后，再固定在人体上，一旦温度有所下降需要再加热使用，使得热敷过程需要一直检查热敷温度，并反复加热，操作繁琐，也限制了患者的活动范围。

中国实用新型专利201721723920.1公开一种热敷带，包括带体，通过连接件固定于带体上的热敷包，且热敷包容纳有发热芯，所述的发热芯包括用于发热的填充物，以及用于包裹填充物的包覆层。能够针对不同体型进行调节，使用便捷。但是在热敷过程中需要实时更换发热芯，以保证热敷效果，增加了热敷过程的繁琐程度。

技术实现要素：

本发明的一个目的是设计开发了一种包扎热敷装置，储液囊分布均匀且无需更换，能够进行实时加热，提高热敷效果。

本发明的另一个目的是设计开发了一种包扎热敷装置的控制方法，能够在热敷装置工作时，对第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的温度进行调控，提高热敷效果。

本发明还能精确控制加温速率，把控热敷时间和热敷温度，提高热敷效果。

本发明提供的技术方案为：

一种包扎热敷装置，包括：

第一压板和第二压板，其为弧形，且内壁面分别设置有第一弧形凹槽和第二弧形凹槽；

其中，所述第一压板一端与所述第二压板一端铰接，当所述第一压板和第二压板的另一端贴合时，所述第一压板和所述第二压板围成圆环形结构；

第一隔板，其沿所述第一压板的圆弧方向设置在所述第一弧形凹槽内，并将所述第一弧形凹槽分为第一隔槽和第二隔槽；

第二隔板，其沿所述第二压板的圆弧方向设置在所述第二弧形凹槽内，并将所述第二弧形凹槽分为第三隔槽和第四隔槽；

第一储液囊和第二储液囊，其分别固定设置在所述第一隔槽和第二隔槽内；

第三储液囊和第四储液囊，其分别固定设置在所述第三隔槽和第四隔槽内；

其中，所述第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊内设置有加热液，远离所述第一弧形凹槽的所述第一储液囊和第二储液囊一侧为波浪面；远离所述第二弧形凹槽的所述第三储液囊和第四储液囊一侧为波浪面；所述第一储液囊和第三储液囊的波浪面上的波浪纹互相垂直，所述第二储液囊和第四储液囊的波浪面上的波浪纹的互成夹角为30～75°；

多个加热棒，其一一对应设置在所述第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊内；

多个锁紧装置，其等间距设置在所述第一压板和第二压板另一端的对应贴合处，用于锁紧所述第一压板和第二压板。

优选的是，所述锁紧装置包括：

第一连接部，其为u型结构，且底面一端一体成型设置在所述第一压板另一端；

第二连接部，其为u型结构，且底面一端一体成型设置在所述第二压板另一端，并与所述第一连接部对应；

连杆，其一端铰接设置在所述第一连接部的u型结构内，另一端能够旋进或者旋出所述第二连接部的u型结构内；

锁块，其为矩形环状结构，且环内轴向一侧与所述连杆的另一端铰接；

其中，锁紧所述第一压板和第二压板时，旋转所述连杆另一端进入所述第二连接部的u型结构内，并旋转所述锁块套设在所述第一连接部和第二连接部上。

优选的是，还包括：

多个气孔，其分别均匀设置在所述第一压板和第二压板上。

优选的是，所述第一隔板和所述第二隔板为弹性隔板，且所述第一隔板和所述第二隔板上均匀设置有通孔。

优选的是，所述锁块内同轴设置有环形垫圈。

优选的是，还包括：

多个温度传感器，其分别设置在所述第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊内，用于检测加热液温度；

多个红外传感器，其分别相对设置在所述第一储液囊和第三储液囊的波浪面上，用于检测包扎处直径；

脉搏传感器，其设置在所述第一储液囊的波浪面上，用于检测脉搏数；

计时器，其设置在所述第一压板上，用于检测热敷时间；

控制器，其与所述温度传感器、红外传感器、脉搏传感器、计时器和加热棒连接，用于接收所述温度传感器、红外传感器、脉搏传感器和计时器的检测数据，并控制所述加热棒工作。

一种包扎热敷装置的控制方法，热敷装置工作时，基于bp神经网络对第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的加热液的温度进行调控，包括如下步骤：

步骤一、输入包扎处无肿胀时的直径d，按照采样周期，通过传感器采集储液囊的加热液的温度t、包扎处直径dg，脉搏数ch以及热敷时间tf；

其中，所述储液囊的加热液的温度t＝[t1，t2，t3，t4]，t1为第一储液囊的加热液的温度，t2为第二储液囊的加热液的温度，t3为第三储液囊的加热液的温度，t4为第四储液囊的加热液的温度；

步骤二、依次将储液囊的加热液的温度t、包扎处肿胀程度脉搏数ch以及热敷时间tf进行规格化，确定三层bp神经网络的输入层向量x＝{x1，x2，x3，x4}；其中，x1为储液囊的加热液的温度系数，x2为包扎处肿胀程度系数，x3为脉搏系数，x4为热敷时间系数；

步骤三、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y1，y2，…，ym}；m为中间层节点个数；

步骤四、得到输出层向量z＝{z1，z2，z3，z4}；其中，z1为第一储液囊的加热液的温度调节系数，z2为第二储液囊的加热液的温度调节系数，z3为第三储液囊的加热液的温度调节系数，z4为第四储液囊的加热液的温度调节系数，使

t1，i+1＝z1ⁱt1max，

t2，i+1＝z2ⁱt2max，

t3，i+1＝z3ⁱt3max，

t4，i+1＝z4ⁱt4max，

其中，z1ⁱ、z2ⁱ、z3ⁱ、z4ⁱ分别为第i个采样周期输出层向量参数，t1max、t2max、t3max、t4max分别为设定的第一储液囊的加热液的最大加热温度、第二储液囊的加热液的最大加热温度、第三储液囊的加热液的最大加热温度、第四储液囊的加热液的最大加热温度，t1，i+1、t2，i+1、t3，i+1、t4，i+1分别为第i+1个采样周期时的第一储液囊的加热液的加热温度、第二储液囊的加热液的加热温度、第三储液囊的加热液的加热温度、第四储液囊的加热液的加热温度。

优选的是，在所述步骤二中，储液囊的加热液的温度t、包扎处肿胀程度脉搏数ch以及热敷时间tf进行规格化公式为：

其中，xj为输入层向量中的参数，xj分别为测量参数f、hg、ch、tf，j＝1，2，3，4；xjmax和xjmin分别为相应测量参数中的最大值和最小值。

优选的是，在所述步骤一中，初始运行状态下，所述第一储液囊的加热液的温度、第二储液囊的加热液的温度、第三储液囊的加热液的温度、第四储液囊的加热液的温度满足经验值：

t1，0＝t2，0＝t3，0＝t4，0＝t0，

其中，t1，0、t2，0、t3，0、t4，0分别为第一储液囊的加热液的初始温度、第二储液囊的加热液的初始温度、第三储液囊的加热液的初始温度、第四储液囊的加热液的初始温度，t0为室温。

优选的是，

当tq＞tq，s时，加热棒工作，控制加温速率满足：

当tq≤tq，s，加热棒不工作，直至储液囊的加热液的温度满足需求时，加热棒工作，维持加热液的温度恒定；

其中，tq为第q个储液囊的加热液的需求温度，tq，s为第q个储液囊的加热液的实际温度，q＝1，2，3，4，vq为第q个储液囊的加热液的加温速率，ch0为基础脉搏数，tf0为标准热敷时间，ta0为标准热敷时间，为加热液的平均需求温度，δt0为标准温度差，e为自然对数的底数。

本发明所述的有益效果：

(1)本发明设计开发的包扎热敷装置，储液囊分布均匀且无需更换，能够进行实时加热，提高热敷效果。

(2)本发明设计开发的包扎热敷装置的控制方法，能够在热敷装置工作时，对第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的温度进行调控，提高热敷效果。本发明还能精确控制加温速率，把控热敷时间和热敷温度，提高热敷效果。

附图说明

图1为本发明所述包扎热敷装置的结构示意图。

图2为本发明所述包扎热敷装置的区域划分结构示意图。

图3为本发明所述包扎热敷装置的结构示意图。

图4为本发明所述包扎热敷装置的结构示意图。

图5为本发明所述包扎热敷装置的结构示意图。

图6为本发明所述包扎热敷装置的结构示意图。

图7为本发明所述包扎热敷装置的锁紧装置的局部放大结构示意图。

附图标记说明

110.第一压板；210.第二压板；120.第一隔板；220.第二隔板；111.第一弧形凹槽；1111.第一隔槽；1112.第二隔槽；211.第二弧形凹槽；2111.第三隔槽；2112.第四隔槽；121.第一储液囊；122.第二储液囊；221.第三储液囊；222.第四储液囊；130.锁紧装置；131.第一连接部；132.第二连接部；133.连杆；134.锁块；140.加热棒；150.留置孔；160.气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于再次阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。在附图中，为了清晰起见，会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。

如图1-7所示，本发明提供一种包扎热敷装置，包括第一压板110和第二压板210，其为弧形，且内壁面分别设置有第一弧形凹槽111和第二弧形凹槽211。所述的第一压板110一端与第二压板210一端铰接，当第一压板110和第二压板210的另一端贴合时，第一压板110和第二压板210围成圆环形结构。沿第一压板110的圆弧方向在第一弧形凹槽111内设置有第一隔板120，将第一弧形凹槽111分为第一隔槽1111和第二隔槽1112。沿第二压板210的圆弧方向在第二弧形凹槽211内设置有第二隔板220，将第二弧形凹槽211分为第三隔槽2111和第四隔槽2112。

在第一隔槽1111和第二隔槽1112内分别一一对应固定设置有第一储液囊121和第二储液囊122。在第三隔槽2111和第四隔槽2112内分别一一对应固定设置有第三储液囊221和第四储液囊222。靠近第一弧形凹槽111的第一储液囊121和第二储液囊121的一侧与第一弧形凹槽111固定连接，远离第一弧形凹槽1111的第一储液囊121和第二储液囊122一侧为波浪面。靠近第二弧形凹槽211的第三储液囊221和第四储液囊221的一侧与第二弧形凹槽211固定连接，远离第二弧形凹槽211的第三储液囊221和第四储液囊222一侧为波浪面。所述的第一储液囊121和第三储液囊221的波浪面上的波浪纹互相垂直，优选为平行圆环形结构的轴向方向和平行圆环形结构的径向方向。所述的第二储液囊122和第四储液囊222的波浪面上的波浪纹的互成夹角为30～75°，优选为45°。

在第一弧形凹槽111内和第二弧形凹槽211内分别设置有多个加热棒130，即在第一隔槽1111、第二隔槽1112、第三隔槽2111和第四隔槽2112内分别一一对应设置有加热棒140，与其一一对应连接有电源(图中未示出)，在电源与对应加热棒140之间设置有滑动变阻器，用于改变加热棒通过的电流，以调节加热棒140的加热温度，进而调节储液囊内液体的温度(即调节热敷温度)。通过在压板上设置有电池槽(图中未示出)，在电池槽内设置有电池，电池可以为普通电池，可充电电池或者电子，以便佩戴热敷装置时可以随意活动不受限制。并且电池槽以及对应导线的连接为现有成熟的技术，因此其具体结构再次不做赘述。

在第一压板110和第二压板210另一端的对应贴合处等间距设置有多个锁紧装置130，用于锁紧第一压板110和第二压板210。

在第一压板110和第二压板210上分别设置有留置孔150，其与加热棒140一一对应，所述的加热棒140一端包裹有绝缘材料且一一对应设置在对应泄压孔150内，另一端设置在对应储液囊中。在第一压板110和第二压板210上分别均匀设置有多个气孔160，缓解储液囊对第一压板110和第二压板210内壁的压力。

所述的锁紧装置130包括第一连接部131，其为u型结构，且底面一端一体成型设置在第一压板110另一端。第二连接部132，其为u型结构，且底面一端一体成型设置在第二压板210另一端，并与第一连接部131位置对应。连杆133，其一端铰接设置在第一连接部131的u型结构内，另一端能够旋进或者旋出第二连接部132的u型结构内。锁块134，其为矩形环状结构，且环内轴向一侧与连杆133的另一端铰接。锁紧第一压板110和第二压板210时，旋转连杆133另一端进入第二连接部132的u型结构内，并旋转锁块134套设在第一连接部131和第二连接部132上。所述的锁块134内设置有橡胶圈(图中未示出)，提高锁紧时的摩擦力，使得锁紧更稳固。

所述的第一隔板120和第二隔板220为弹性隔板，且第一隔板120和第二隔板220上均匀设置有通孔，用于缓解储液囊对第一隔板120和第二隔板220的压力。

本实施例中，还包括：多个温度传感器，其分别设置在第一储液囊121、第二储液囊122、第三储液囊221和第四储液囊222内，用于检测储液囊内液体温度。多个红外传感器，其分别相对设置在第一储液囊121和第三储液囊221的波浪面上，用于检测包扎处直径；脉搏传感器，其设置在第一储液囊121的波浪面上，用于检测包扎处的脉搏数；计时器，其设置在第一压板110上，用于检测热敷时间。控制器，其与温度传感器、红外传感器、脉搏传感器、计时器和加热棒连接，用于接收温度传感器、红外传感器、脉搏传感器和计时器的检测数据，并控制加热棒工作。

本发明设计开发的包扎热敷装置，储液囊分布均匀且无需更换，能够进行实时加热，提高热敷效果。

本发明还提供一种包扎热敷装置的控制方法，热敷装置工作时，基于bp神经网络对第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的加热液的温度进行调控，包括如下步骤：

步骤一、建立bp神经网络模型；

本发明采用的bp神经网络体系结构由三层组成，第一层为输入层，共n个节点，对应了表示设备工作状态的n个检测信号，这些信号参数由数据预处理模块给出。第二层为隐层，共m个节点，由网络的训练过程以自适应的方式确定。第三层为输出层，共p个节点，由系统实际需要输出的响应确定。

该网络的数学模型为：

输入层向量：x＝(x1，x2，…，xn)^t

中间层向量：y＝(y1，y2，…，ym)^t

输出层向量：z＝(z1，z2，…，zp)^t

本发明中，输入层节点数为n＝4，输出层节点数为p＝4。隐藏层节点数m由下式估算得出：

按照采样周期，输入的4个参数为，x1为储液囊的加热液的温度系数，x2为包扎处肿胀程度系数，x3为脉搏系数，x4为热敷时间系数；

由于传感器获取的数据属于不同的物理量，其量纲各不相同。因此，在数据输入神经网络之前，需要将数据规格化为0-1之间的数。

具体而言，对于储液囊的加热液的温度t，进行规格化后，得到储液囊的加热液的温度系数x1：

其中，tmax和tmin分别为储液囊的加热液的最大温度和最小温度。

所述的储液囊的加热液的温度t＝[t1，t2，t3，t4]，t1为第一储液囊的加热液的温度，t2为第二储液囊的加热液的温度，t3为第三储液囊的加热液的温度，t4为第四储液囊的加热液的温度；

同样的，对于包扎处肿胀程度进行规格化后，得到包扎处肿胀程度系数x2：

其中，和分别为包扎处肿胀程度的最大值和最小值。

对脉搏数ch，进行规格化后，得到脉搏系数x3：

其中，chmin和chmax分别为最小脉搏数和最大脉搏数。

对热敷时间tf，进行规格化后，得到热敷时间系数x4：

其中，tfmin和tfmax分别为热敷时间的最小值和最大值。

输出信号的4个参数分别表示为：z1为第一储液囊的加热液的温度调节系数，z2为第二储液囊的加热液的温度调节系数，z3为第三储液囊的加热液的温度调节系数，z4为第四储液囊的加热液的温度调节系数，

第一储液囊的加热液的温度调节系数z1表示为下一个采样周期中第一储液囊的加热液的温度与当前采样周期中设定的最大加热温度(t1max)之比，即在第i个采样周期中，采集到的第一储液囊的加热液的温度为t1，i，通过bp神经网络输出第i个采样周期的第一储液囊的温度调节系数z1ⁱ后，控制第i+1个采样周期中第一储液囊的加热液的温度为t1，i+1，使其满足t1，i+1＝z1ⁱt1max；

第二储液囊的加热液的温度调节系数z2表示为下一个采样周期中第二储液囊的加热液的温度与当前采样周期中设定的最大加热温度(t2max)之比，即在第i个采样周期中，采集到的第二储液囊的加热液的温度为t2，i，通过bp神经网络输出第i个采样周期的第二储液囊的温度调节系数z2ⁱ后，控制第i+1个采样周期中第二储液囊的加热液的温度为t2，i+1，使其满足t2，i+1＝z2ⁱt2max；

第三储液囊的加热液的温度调节系数z3表示为下一个采样周期中第三储液囊的加热液的温度与当前采样周期中设定的最大加热温度(t3max)之比，即在第i个采样周期中，采集到的第三储液囊的加热液的温度为t1，i’通过bp神经网络输出第i个采样周期的第三储液囊的温度调节系数z3ⁱ后，控制第i+1个采样周期中第三储液囊的加热液的温度为t3，i+1，使其满足t3，i+1＝z3ⁱt3max；

第四储液囊的加热液的温度调节系数z4表示为下一个采样周期中第四储液囊的加热液的温度与当前采样周期中设定的最大加热温度(t4max)之比，即在第i个采样周期中，采集到的第四储液囊的加热液的温度为t4，i，通过bp神经网络输出第i个采样周期的第四储液囊的温度调节系数z1ⁱ后，控制第i+1个采样周期中第四储液囊的加热液的温度为t4，i+1，使其满足t4，i+1＝z4ⁱt4max；

步骤二：进行bp神经网络的训练。

建立好bp神经网络节点模型后，即可进行bp神经网络的训练。根据产品的经验数据获取训练的样本，并给定输入节点i和隐含层节点j之间的连接权值wij，隐层节点j和输出层节点k之间的连接权值wjk，隐层节点j的阈值θj，输出层节点k的阈值wij、wjk、θj、θk均为-1到1之间的随机数。

在训练过程中，不断修正wij和wjk的值，直至系统误差小于等于期望误差时，完成神经网络的训练过程。

如表1所示，给定了一组训练样本以及训练过程中各节点的值。

表1训练过程各节点值

步骤三、采集数据运行参数输入神经网络得到调控系数；

训练好的人工神经网络固化在芯片之中，使硬件电路具备预测和智能决策功能，从而形成智能硬件。智能硬件加电启动后，热敷装置开始运行，第一储液囊的初始温度、第二储液囊的初始温度、第三储液囊的初始温度、第四储液囊的初始温度满足经验值：t1,0＝t2,0＝t3,0＝t4,0＝t0，其中，t1,0、t2,0、t3,0、t4,0分别为第一储液囊的加热液的初始温度、第二储液囊的加热液的初始温度、第三储液囊的加热液的初始温度、第四储液囊的加热液的初始温度，t0为室温。

同时，输入包扎处无肿胀时的直径d，使用传感器测量储液囊初始温度t0、包扎处初始直径dg0，初始脉搏数ch0以及初始施压时间tf0，通过将上述参数规格化，得到bp神经网络的初始输入向量通过bp神经网络的运算得到初始输出向量

步骤四：得到初始输出向量后，即可调节第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的加热液的温度，使下一个采样周期第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的加热液的温度分别为：

t1，1＝z1⁰t1max，

t2，1＝z2⁰t2max，

t3，1＝z3⁰t3max，

t4，1＝z4⁰t4max，

通过传感器获取第i个采样周期中的加热液的温度ti、包扎处直径dgi，脉搏数chi以及热敷时间tfi，通过进行规格化得到第i个采样周期的输入向量xⁱ＝(x1ⁱ，x2ⁱ，x3ⁱ，x4ⁱ)，通过bp神经网络的运算得到第i个采样周期的输出向量zⁱ＝(z1ⁱ，z2ⁱ，z3ⁱ，z4ⁱ)，然后控制调节第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的加热液的加热温度，使第i+1个采样周期时第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的加热液的加热温度分别为：

t1，i+1＝z1ⁱt1max，

t2，i+1＝z2ⁱt2max，

t3，i+1＝z3ⁱt3max，

t4，i+1＝z4ⁱt4max，

其中，z1ⁱ、z2ⁱ、z3ⁱ、z4ⁱ分别为第i个采样周期输出层向量参数，t1max、t2max、t3max、t4max分别为设定的第一储液囊的加热液的最大加热温度、第二储液囊的加热液的最大加热温度、第三储液囊的加热液的最大加热温度、第四储液囊的加热液的最大加热温度，t1，i+1、t2，i+1、t3，i+1、t4，i+1分别为第i+1个采样周期时的第一储液囊的加热液的加热温度、第二储液囊的加热液的加热温度、第三储液囊的加热液的加热温度、第四储液囊的加热液的加热温度。

通过上述设置，通过传感器实时监测热敷装置的工作状况，通过采用bp神经网络算法，对第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的加热液的加热温度进行调控，使其达到最佳的状态，提高热敷效果。

可以针对伤口处进行热敷，而无伤口处只是稍微加热起到缓冲作用，避免全部加热使得伤口处血液流动过快，还能防止伤口处温差过大，又能对特定位置进行针对性热敷，既提高了热敷效果，也提高了热敷舒适性。

步骤4、当tq＞tq，s时，加热棒工作，控制加温速率满足：

当tq≤tq，s，加热棒不工作，直至储液囊的加热液的温度满足需求时，加热棒工作，维持加热液的温度恒定；

其中，tq为第q个储液囊的加热液的需求温度，tq，s为第q个储液囊的加热液的实际温度，q＝1，2，3，4，vq为第q个储液囊的加热液的加温速率，ch0为基础脉搏数，tf0为标准热敷时间，ta0为标准热敷时间，为加热液的平均需求温度，δt0为标准温度差，e为自然对数的底数。

本发明设计开发的包扎热敷装置的控制方法，能够在热敷装置工作时，对第一储液囊、第二储液囊、第三储液囊和第四储液囊的温度进行调控，提高热敷效果。本发明还能精确控制加温速率，把控热敷时间和热敷温度，提高热敷效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。