一种智能下肢骨科牵引架及其控制方法

本技术涉及医疗器械，特别是涉及一种智能下肢骨科牵引架及其控制方法。

背景技术：

1、骨折、脱位等骨科创伤是临床常见疾病，部分患者需要进行骨牵引治疗。骨牵引是一种重要的骨科治疗手段，其基本原理是：在患者骨骼（如胫骨结节、股骨髁上、跟骨等部位）上穿过克氏针或斯氏针，安置好牵引弓后，用牵引绳通过牵引弓的吊环、牵引架上的滑轮，垂直悬挂一定重量的秤砣组成牵引装置，使牵引力直接作用于患者骨骼上，以对抗肢体肌肉的痉挛或收缩力量，达到骨折复位或固定的治疗目的。

2、在进行下肢骨牵引治疗时，由于骨牵引的牵引时间一般较长，通常需要持续数天至数周不等，为保持有效的牵引、预防肌肉萎缩、关节僵硬和防止压力性损伤，须指导并鼓励病人加强翻身和功能锻炼。然而，在实际临床应用中，现有装置和技术仍存在以下不足：

3、第一，现有用于支撑患者下肢的支架设计不够合理，患者下肢与支架之间为静态刚性或半刚性接触，局部皮肤（尤其是大腿内侧、足后跟、踝部等骨突部位）长期受压且受压部位无法自动变换，容易导致局部组织缺血、缺氧而形成压力性损伤。

4、第二，现有牵引装置多采用秤砣或砝码等重物来提供牵引力，这种配重式牵引方式存在明显缺陷：一方面，牵引力的大小只能通过更换不同重量的秤砣/砝码来粗略调节，无法实现精确调节；另一方面，无法依据患者下肢的重量、肌肉张力变化来智能匹配和动态调节相应的牵引力，且牵引力大小不能实时监控，难以保证牵引治疗的精确性和一致性。

5、第三，牵引过程中，牵引绳的牵引方向可能因患者体位变化、外力干扰、牵引装置移位等因素而发生偏移。当牵引绳的轴线偏离患者下肢长骨轴线时，牵引力无法沿长骨轴线方向有效作用，会导致复位效果不足甚至治疗失败，现有技术缺乏对牵引绳与下肢长骨轴线夹角的实时监测和报警手段。

6、第四，牵引过程中，缺乏对患者下肢局部皮肤温度和湿度状态的监测手段。局部温度异常可能提示血供减少、组织缺血等风险；局部湿度过高则容易导致皮肤浸渍、增加感染风险。现有技术无法及时感知上述异常状态并作出响应。

7、因此，临床上亟需一种新型智能的下肢骨科牵引架。

技术实现思路

1、基于此，本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能下肢骨科牵引架及其控制方法。

2、为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：

3、第一方面，本技术提供一种智能下肢骨科牵引架，包括：支撑架体、腿部气垫床、牵引组件、供电单元、控制器和治疗组件。

4、所述腿部气垫床固定在所述支撑架体上，所述腿部气垫床包括床垫本体、支撑气囊、供气组件、排气组件和温控单元，多个所述支撑气囊呈阵列式排列在所述床垫本体的上侧，且各个支撑气囊为并联设置，所述支撑气囊的顶部设置有压力传感器和温湿度传感器，所述供气组件连通于所述支撑气囊的进气口，所述排气组件连通于所述支撑气囊的排气口，所述温控单元设置在所述床垫本体上，用于制冷或制热所述床垫本体；

5、所述牵引组件包括牵引支杆、卷绕电机、牵引绳、牵引弓、牵引针、连接部件和摄像头，所述牵引支杆可转动地连接于所述支撑架体上，所述牵引支杆和支撑架体之间设置有紧固旋钮，所述卷绕电机设置在所述牵引支杆上，所述卷绕电机通过牵引绳连接所述牵引弓，所述牵引弓设置在所述床垫本体的上方，所述牵引弓开口侧的两个端部均设置有安装头，所述安装头上设置有穿孔，所述牵引针穿过两个安装头的穿孔，所述牵引针通过所述连接部件固定于所述安装头，所述摄像头用于采集患者下肢的长骨轴线与所述牵引绳之间夹角数据；所述牵引组件还包括两个防位移气囊，两个所述防位移气囊安装在所述牵引针上且分别与所述牵引弓的两个安装头内侧相接触；

6、所述供电单元设置在所述支撑架体上，用于提供电能；

7、所述控制器的输入端信号连接所述压力传感器、温湿度传感器和摄像头，所述控制器的输出端信号连接所述供气组件、排气组件、温控单元和卷绕电机；

8、所述治疗组件包括u形杆和间隔设置在所述u形杆上的多个安装座，所述u形杆架设在所述床垫本体上方，且两端连接于所述支撑架体，所述安装座可安装理疗激光器。

9、进一步地，所述连接部件包括中空螺杆、保护套筒和紧固螺丝，所述中空螺杆一端螺纹连接于所述穿孔，所述牵引针穿过所述中空螺杆的内部和穿孔，所述保护套筒螺纹套接在所述中空螺杆的另一端以包覆所述牵引针的端部，所述紧固螺丝螺纹连接于所述安装头以伸入所述穿孔内压紧所述牵引针。

10、进一步地，所述保护套筒的外侧壁设置有透视孔。

11、进一步地，所述牵引弓上设置有吊环，所述牵引绳连接于所述吊环，所述吊环位于所述牵引弓的中线位置。

12、进一步地，所述温控单元包括加热丝、半导体制冷片和导温垫，所述导温垫铺设在所述床垫本体上面，所述加热丝和半导体制冷片设置于所述导温垫上。

13、进一步地，所述支撑架体包括上架体和下架体，所述上架体可竖直伸缩地连接于所述下架体上，所述腿部气垫床和牵引组件均设置在所述上架体上。

14、进一步地，所述床垫本体包括相互活动连接的小腿支撑部和大腿支撑部，所述支撑气囊设置于所述床垫本体的小腿支撑部上，所述小腿支撑部和大腿支撑部之间设置有角度调节旋钮。

15、进一步地，所述供气组件包括供气泵和若干个并联设置的第一电控阀，所述供气泵连通所述第一电控阀的一端，所述第一电控阀的另一端连通所述支撑气囊的进气口。

16、进一步地，所述排气组件包括排气汇总管和若干个并联设置的第二电控阀，所述第二电控阀的一端连接于所述支撑气囊的排气口，所述第二电控阀的另一端连接于所述排气汇总管。

17、第二方面，本技术还提供一种智能下肢骨科牵引架的控制方法，应用于上述任一项所述的智能下肢骨科牵引架，包括如下步骤：

18、s1：通过所述供气组件给各个所述支撑气囊进行充气，并获得处于第一气量的第一支撑状态；

19、s2：所述支撑气囊上的压力传感器检测所述支撑气囊受到的压力大小，并将压力信息传送给所述控制器，所述控制器根据相邻所述压力传感器检测到的压力信息将床垫本体划分多个压力受区，并且控制所述卷绕电机的扭力大小；

20、s3：当压力受区内的所述支撑气囊上的压力传感器检测的压力信号在超过第一时间后未发生变化，则所述控制器控制所述压力受区内的所述支撑气囊进行充放气，所述支撑气囊交错起伏；

21、s4：当压力受区内的所述支撑气囊上的温湿度传感器检测温度值超过阈值范围时，则所述控制器控制所述温控单元启动为所述压力受区降温或升温；

22、s5：当压力受区内的所述支撑气囊上的温湿度传感器检测湿度值超过阈值时，则所述控制器通过通讯模块发出湿度报警信号给用户；

23、s6：当所述摄像头检测采集患者下肢的长骨轴线与所述牵引绳之间的夹角数据超过阈值时，则所述控制器通过通讯模块发出角度报警信号给用户。

24、有益效果

25、与现有技术相比，本技术所述的智能下肢骨科牵引架及其控制方法具有以下有益效果：

26、（1）牵引力精确可控、智能匹配：本技术采用卷绕电机配合牵引绳代替传统秤砣/砝码的配重方式提供牵引力，通过控制器对卷绕电机的数控调节，可实现牵引力的无级精确调节和实时自动调整；同时，阵列式支撑气囊顶部的压力传感器能够实时检测患者下肢作用在床垫上的重量分布信息，控制器根据各压力受区的压力数据估算患肢重量及肌肉张力变化，从而智能匹配并动态调整卷绕电机的扭力大小，使牵引力始终与患者下肢状态相适应，显著提高了牵引治疗的精确性、一致性和安全性，且可通过遥控/远程方式调节，减少医护人员的现场操作负担。

27、（2）压力性损伤主动预防：本技术的腿部气垫床采用阵列式排列的并联支撑气囊，每个支撑气囊可通过对应的第一电控阀、第二电控阀独立充放气。控制器根据压力传感器检测到的压力分布信息将床垫本体划分为多个压力受区，当某一压力受区内的支撑气囊压力在超过第一时间（预设时长）后仍未发生变化时，表明该区域受压时间过长，控制器随即控制该压力受区内的支撑气囊交错充放气，使支撑气囊形成交错起伏的"波浪式"动态支撑效果，自动、周期性地变换患者下肢（尤其是足后跟等骨突部位）的受压部位，从根本上避免同一区域长时间持续受压，有效预防压力性损伤（压力性损伤）的发生。

28、（3）局部温度主动管理、保障血供：本技术通过温控单元（加热丝、半导体制冷片与导温垫配合）实现对床垫本体制冷或制热的双向温度调节能力，可主动将下肢局部温度维持在预设的控制范围之内。当温湿度传感器检测到局部温度超过阈值范围时，控制器自动启动温控单元进行降温或升温。一方面，适宜的局部温度可避免组织因温度过低而血管痉挛、血供减少，医护人员亦可通过局部皮肤温度数据间接判断下肢血供状态，及时发现血供异常；另一方面，在需要消肿、止痛时可对局部进行物理降温，实现冷热敷治疗的设备化。

29、（4）皮肤温湿度实时监测与报警：支撑气囊顶部设置的温湿度传感器可实时检测下肢局部皮肤的温度和湿度。当湿度值超过阈值时（提示局部出汗过多、渗液或潮湿环境风险），控制器通过通讯模块发出湿度报警信号，提醒医护人员及时查看处理，有效防止因局部潮湿导致的皮肤浸渍、软化和继发感染。

30、（5）牵引方向实时监控、保证有效牵引：本技术的牵引组件配备摄像头，用于实时采集患者下肢长骨轴线与牵引绳之间的夹角数据。当夹角超过阈值时，控制器通过通讯模块发出角度报警信号，提醒医护人员及时调整牵引方向或患者体位，确保牵引力始终沿下肢长骨轴线方向作用，保证骨折复位的准确性和治疗效果，避免因牵引绳轴线偏移导致的复位不良、治疗效果不足甚至二次损伤。

31、（6）牵引针固定有效防位移：本技术在牵引针上设置两个防位移气囊，分别与牵引弓的两个安装头内侧相接触，对牵引针形成双侧弹性限位，可有效防止牵引过程中牵引针在骨穿孔内发生轴向来回移动，避免因牵引针位移引起的疼痛、针道损伤扩大和牵引力传递失准等问题。

32、（7）穿刺部位辅助理疗：本技术的治疗组件通过u形杆和间隔设置的多个安装座可安装理疗激光器，可对牵引针穿刺的局部部位进行低强度激光理疗，促进针道局部血液循环和组织修复，降低针道感染风险，辅助提高整体治疗效果。

33、（8）结构适配性强、舒适性高：本技术的支撑架体采用可竖直伸缩的上架体与下架体结构，可根据患者体型和临床需要调节整体高度；床垫本体采用小腿支撑部与大腿支撑部活动连接的设计，二者之间的角度可通过角度调节旋钮调节，可适配不同屈膝角度的牵引体位要求，提高患者卧床舒适度；牵引支杆可相对支撑架体转动并通过紧固旋钮锁定，便于灵活调整牵引方向和收纳；连接部件的中空螺杆、保护套筒与紧固螺丝配合，在保证牵引针牢固固定的同时，通过保护套筒包覆牵引针端部，防止误碰和针端污染，透视孔的设置则便于观察针端状态。

34、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本技术。