夾板約束力傳感器的優(yōu)化與應(yīng)用.pdf

1、目的：
　　固定帶是夾板外固定系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源，對(duì)其約束力控制得當(dāng)與否決定治療的成敗。然而目前對(duì)其控制仍以定性為主，為實(shí)現(xiàn)量化調(diào)控，本研究對(duì)天津醫(yī)院、天津市骨科研究所研制的夾板配套裝置“盤(pán)狀指針式拉力傳感器”（以下皆稱(chēng)“夾板約束力傳感器”)做了優(yōu)化研究。為判定其優(yōu)化后的安全性、實(shí)用性，預(yù)判其在骨折治療中的價(jià)值，做了耐久試驗(yàn)、臨床模擬試驗(yàn)及初步臨床應(yīng)用和觀察，同時(shí)也為夾板外固定治療橈骨遠(yuǎn)端骨折等常見(jiàn)四肢骨折的量化、標(biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化進(jìn)行有

2、益探索。
　　方法：
　　夾板約束力傳感器的研究與優(yōu)化：分別對(duì)其拉力彈簧、顯示盤(pán)、底托、固定帶等元件的材質(zhì)、規(guī)格等進(jìn)行了優(yōu)化研制；對(duì)拉力彈簧（夾板約束力傳感器的動(dòng)力核心元件）做耐久實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)其在不同載荷長(zhǎng)時(shí)間作用下的形變，來(lái)判定其性能是否滿(mǎn)足傳感器的設(shè)計(jì)要求，確保其性能穩(wěn)定、安全；對(duì)傳感器各元件進(jìn)行校驗(yàn)，然后組裝，并與可調(diào)式骨傷塑料夾板配套試用，為確定其在骨折治療使用中的生物力學(xué)敏感參數(shù)，做了約束力值及安全區(qū)間的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。<

3、br>　　夾板約束力傳感器的應(yīng)用：
　　（1)、臨床應(yīng)用前，先進(jìn)行臨床模擬試驗(yàn)，將其應(yīng)用于“模擬橈骨遠(yuǎn)端骨折”的健康男性受試者，觀測(cè)實(shí)驗(yàn)前后傳感器各元件功能是否正常及夾板調(diào)整次數(shù)等指標(biāo)，明確夾板約束力傳感器的安全性及實(shí)用性；
　　（2)、選取符合要求的橈骨遠(yuǎn)端骨折病例，復(fù)位成功后統(tǒng)一給予夾板約束力傳感器結(jié)合可調(diào)式骨傷塑料夾板固定，對(duì)治療后15天內(nèi)患者的夾板調(diào)整次數(shù)，治療前、后各時(shí)間段的腫痛、患肢末梢血液循環(huán)、腕關(guān)節(jié)功能及骨折

4、恢復(fù)療效等進(jìn)行評(píng)估。
　　最終綜合所有結(jié)果來(lái)預(yù)判夾板約束力傳感器的安全性、實(shí)用性及有效性。
　　結(jié)果：
　　一、研究與優(yōu)化
　　1、研制優(yōu)化：本次優(yōu)化，夾板約束力傳感器（固定帶、拉力彈簧除外）采用3D打印技術(shù)完成，各元件的精度得到較大提高。
　　(1)塑料材質(zhì)的原傳感器固定帶優(yōu)化為反折自粘扣式棉質(zhì)布帶，其反折自粘扣的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了患者單手（即健手）自行對(duì)夾板的調(diào)整，改變了以往需他人協(xié)助方可調(diào)整的現(xiàn)狀，且棉質(zhì)較塑

5、質(zhì)透氣性好、粘彈性適中；
　　(2)顯示盤(pán)優(yōu)化為一扇形的“綠色安全區(qū)”，經(jīng)試驗(yàn)，指針在安全區(qū)間內(nèi)就可不必調(diào)整固定帶，去除了原顯示盤(pán)的弊端（原顯示盤(pán)刻度值顯示會(huì)導(dǎo)致過(guò)度頻繁而不必要的夾板調(diào)整）；
　　(3)原指針和顯示盤(pán)皆為原色，本次將指針優(yōu)化成黑色，使之與顯示盤(pán)的原色呈鮮明的“黑白”對(duì)照，方便快速、準(zhǔn)確的讀取固定帶約束力值；
　　(4)原傳感器底托優(yōu)化為弧形面，增強(qiáng)了其與呈弧形的可調(diào)式骨傷塑料夾板的匹配度，提高了穩(wěn)定性

6、。還優(yōu)化了顯示盤(pán)內(nèi)部空間并提高了其他元件間的貼合順滑程度及靈敏度。
　　2、優(yōu)化后的相關(guān)實(shí)驗(yàn)：
　　(1)拉力彈簧的耐久實(shí)驗(yàn)：試驗(yàn)中的3組拉力彈簧靜息長(zhǎng)度（未受力）完全相等，同時(shí)開(kāi)始加載測(cè)試，從加載砝碼至第6周各組拉簧長(zhǎng)度變化細(xì)微（初始值與第6周值比較 p>0.05)；3組拉簧卸載值分別為:10.95±0.37mm(1000克力）、10.93±0.37mm(1500克力）、11.03±0.34mm(2000克力），與靜息值1

7、0.93±0.37(1000、1500、2000克力）比較，三者基本無(wú)變化（P>0.05)。
　　(2)傳感器約束力值標(biāo)定實(shí)驗(yàn)：當(dāng)傳感器載荷為800g力時(shí)，指針角度為89.8土1.73°，據(jù)“載荷一角度變化趨勢(shì)圖”可見(jiàn)載荷為800g力時(shí)指針變化最靈敏（顯示盤(pán)90°左右處），符合盤(pán)狀指針式拉力傳感器的設(shè)計(jì)要求，因此約90°處為傳感器標(biāo)準(zhǔn)約束力值。
　　(3)傳感器安全區(qū)間的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)：經(jīng)實(shí)驗(yàn)，“綠色安全區(qū)間”的上限角度為100.

8、42±1.34°，下限角度為86.043±1.49°，兩者分別對(duì)應(yīng)的約束力大小為7.29N、8.20N，即約784.7克力、836.7克力（按按G=9.8N/KG換算），既保證了有效固定，又克服了精確刻度顯示盤(pán)的弊端。
　　二、夾板約束力傳感器的應(yīng)用
　　1、臨床模擬試驗(yàn)：受試者平均每天自行調(diào)整夾板約4.11次、需他人協(xié)助調(diào)整0.4次；卸掉傳感器及夾板后經(jīng)測(cè)試，傳感器各功能指標(biāo)皆正常；固定帶的反折式自粘扣松動(dòng)次數(shù)為0。

9、>　　2、臨床應(yīng)用觀察：對(duì)入選的8例患者進(jìn)行手法整復(fù)結(jié)合本研究方案固定治療。
　　(1)治療前及第3、7、15天VAS疼痛評(píng)分分別為：67.38±1.77分、46.13±1.89分、36.50±4.72分、19.50±2.51分，治療前至治療后第3天時(shí)間段疼痛緩解較快，從第3天到第7天時(shí)間段疼痛緩解速度減緩，而至第15天時(shí)緩解較為顯著，說(shuō)明治療后半個(gè)月時(shí)疼痛程度得到明顯緩解；治療前、治療后第1、3、7、15天時(shí)患肢腫脹度分別為19

10、.13±3.04mm、23.00±2.14mm、22.75±1.67mm、19.00±1.93mm、15.00±0.76mm，到第1天時(shí)腫脹程度加重，在治療后第1至第3天時(shí)段腫脹有所加重，在治療后第3天至第15天時(shí)段腫脹逐漸緩解，且緩解變化較為為顯著。
　　(2)復(fù)位固定后15天內(nèi)患者的夾板調(diào)整次數(shù)分別為：每天自行調(diào)整夾板9.17±0.54次，每天他人協(xié)助調(diào)整1.73±0.26次。患者患肢末梢血液循環(huán)均正常，且均無(wú)復(fù)位丟失。

11、>　　(3)患者在治療后的第30，45，60天，腕關(guān)節(jié)功能評(píng)定：第30天優(yōu)1例、良1例、可5例、差1例，第45天優(yōu)2例、良5例、可1例、差0例，第60天優(yōu)5例、良2例、可1例、差0例。
　　(4)治療后的第30天、第45天、第60天骨折恢復(fù)療效評(píng)定：第30天，骨折基本已經(jīng)好轉(zhuǎn)（治愈1例、好轉(zhuǎn)6例），到第45天，8例病例中治愈2例、好轉(zhuǎn)5例，到第60天時(shí)患者基本得到治愈（治愈7例、好轉(zhuǎn)1例）。
　　結(jié)論：
　　1、傳感器

12、塑質(zhì)部分采用3D打印技術(shù)、新材質(zhì)研制，顯示盤(pán)底托（弧形優(yōu)化）、指針等各元件優(yōu)化后，各元件的精度及傳感器整體的靈敏度、便攜性、實(shí)用性得到提高，適用范圍得到擴(kuò)大；
　　2、顯示盤(pán)“綠色安全區(qū)間”克服了原顯示盤(pán)精確刻度的弊端。指針與顯示盤(pán)顏色的優(yōu)化，提高了讀值效率及其準(zhǔn)確性。優(yōu)化后利于患者正確的進(jìn)行調(diào)控；
　　3、傳感器的反折式自粘扣棉布固定帶的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了患者“健手”自行對(duì)夾板固定帶的調(diào)整，且透氣性好、粘彈性適中，實(shí)用性強(qiáng)；

13、>　　4、臨床模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示傳感器基本可滿(mǎn)足患者自行及時(shí)對(duì)夾板的調(diào)控，符合夾板固定系統(tǒng)需不斷調(diào)整以保持有效固定的要求，校驗(yàn)結(jié)果及自粘扣松動(dòng)次數(shù)表明本夾板約束力傳感器性能穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)、且安全可靠。
　　5、臨床應(yīng)用觀察，治療后第15天患者腫痛癥狀得到明顯緩解，治療后患肢末梢血液循環(huán)正常，且無(wú)復(fù)位丟失，自行對(duì)夾板的調(diào)整可滿(mǎn)足對(duì)夾板松緊度的調(diào)控，且反折式自粘扣固定帶無(wú)松動(dòng)，患者的腕關(guān)節(jié)功能得到逐步地恢復(fù)，骨折恢復(fù)療效較佳。