牵引式颈椎治疗仪

唐圣护 林 云 郭凯丰 王 萌

（哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001）

1 项目背景

随着社会科学的发展，人们生活水平的提高，人们的自我保健意识越来越强。颈椎病这种常见病越来越引起人们的重视，由于社会竞争力加剧，中青年患者的工作压力大，长期伏案工作，有的甚至通宵在电脑前工作，所至颈椎病严重影响了人们的正常工作和生活质量，已成为社会问题。结合临床治疗手段的匮乏，常规的治疗方法药物和推拿已不满足患者的需求，人们希望有一种方便、适用的治疗仪器，既能用于医院又能用于家庭，而且是有省时、省力、省钱、无毒副作用、疗效好的治疗方法，因此研制适合大众需求的颈椎治疗仪是一项具有积极意义的工作。

2 项目介绍

2.1 项目简介

本项目旨在研发一种携带方便，外型美观，智能程度高，能够医生远程协助治疗，简单实用的脊椎牵引治疗仪。治疗仪由以下几部分组成。主控系统，信息交流，多任务处理；动力系统接收主控系统的信号，使下巴受力均匀稳定；拉力传感系统，包括拉力传感器以及相应的信号转换放大电路；人机交互系统主要完成用户与治疗仪的信息交流；网络系统，医生在医院即可了解并做出相应的调整等；远程客户端为医院主治医师PC出的操作系统。

2.2 基本思路

本项目通过治疗仪给颈部施加予一定的上托力，来纠正颈部的非正常姿势，从而达到治疗颈椎病的效果。上托力由主控系统控制涡轮蜗杆电机产生，系统通过拉力传感器反馈电机作用力大小。医生在医院通过远程客户端给系统发送治疗方案，系统识别方案中上托力与时间关系并控制电机执行该方案。

2.3 项目介绍

治疗仪由主控系统，动力系统，拉力传感系统，人机交互系统，网络系统，远程控制端组成。

2.3.1 主控系统

主控系统为治疗仪核心：接收动力传感器放大后的信后，并通过内部AD转化为能够被识别的数字信号，将该信号与治疗计划曲线中的信号进行比较，做出相应判断后向动力系统发送指令，通过涡轮蜗杆电机的转动调整拉力的大小；与人机交互系统的交流，用户通过人机交互系统选择自己需要的治疗计划，主控系统对其加以实施，并将当前状况反馈给用户；同时保持与远程客户端的互联网通信，将当前治疗状况反馈给主治医师，主治医师同时也可以通过客户端给治疗仪控制系统添加或删除治疗计划。

2.3.2 动力系统

动力系统作为整个系统的执行装置，其功能为接收单片机给出的信号，并进行直接的转动，控制牵引带的上下运动。

本项目中所需的动力并不大，但对其稳定性要求较高，扭矩相对要求较大，综合考虑，我们采用了涡轮蜗杆减速电机作为动力输出端。蜗轮蜗杆减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。

2.3.3 拉力传感系统

拉力传感系统为整个系统的主要信息来源，其输出的拉力参数为系统运行的根本依据。本系统中，拉力传感器安装在牵引带上方，系统对拉力传感器的要求为快速响应，精度高，综上考虑我们采用了较为常用的称重传感器HL-8，传感器原理如图所示，为应变电阻桥组成，四个应变电阻大大提升了其精度。

2.3.4 人机交互系统

人机交互系统主要完成用户与治疗仪的信息交流，用户可通过操作界面选择治疗计划、治疗强度、与医院医生的信息反馈等，主要由显示屏、按键等构成。

2.3.5 网络系统

网络系统则将治疗仪打造成一个物联网系统，用户的治疗计划、治疗过程以及疗效等信息，医生在医院即可了解并做出相应的调整等。

2.3.6 远程客户端

远程客户端为医院主治医师PC出的操作系统，医生通过客户端动态了解患者当前的治疗状况，并根据疗效做出相应的治疗计划调整，该调整信息将发送至治疗仪主控系统，用户通过人机交互系统即可了解需要接受的治疗，客户端程序由C#编写，基于.Net framework4.0。

3 项目总结

3.1 项目难点

该作品设计的团队涉及电子电路、自动化、控制、网络、软件等众多领域，并有哈尔滨程天科技发展有限公司的技术支持，开发团队实力强大。从前期开发上来看，整个项目的技术关键在于以下几点：主控系统的编程，动力系统电机驱动的设计，传感器信号的处理，网络通信以及远程控制上位机的编写。

3.2 项目的优势

系统设计优势：治疗仪构造中并无大量的机械结构，较为小巧，安装在家中、办公室的座椅背部即可；治疗仪简易，与人体接触部分仅仅只有治疗仪的一个弹性牵引带，托住下巴处，当人的头随意移动时，主控系统通过牵引带上方的传感器测得拉力并调整动力系统，使牵引带对下巴的牵引力保持不变；智能化，人机交互界面方便用户随时了解治疗仪当前工作状况，并接受用户指令进行选择，医生远在医院即可对患者当前状况完全了解，远程即可更改治疗计划等；治疗能力上，医生通过对患者颈椎损伤情况的了解，指定动态的拉力-时间治疗曲线，将该信息传输给主控系统即可，单片机通过对数据的处理，可将该治疗计划中的每一个细节都完美无暇的实现，不存在治疗过程中拉力不稳，或是拉力大小不可度量的情况。

［1］罗会昌,高国琴.电子技术[M].北京:机械工业出版社,1999.

［2］沈苏静,等.治疗下肢静脉曲张气动式按摩仪的研制及临床应用[J].医疗设备信息,2003(5):14-15.

［3］吕桂生.脉冲磁颈椎治疗仪的原理及临床应用[J].实用医技杂志，2006，13（l5）.

［4］何立民.单片机应用技术选编[M].北京航空航天大学出版社，1993.

［5］李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京航空航天大学出版社，1994.

［6］陈嘉庆.多国单片机应用技术[M].北京电子工业出版社，1992.

［7］卢胜利.智能仪器的设计与实现[M].重庆大学出版社，2003.

［8］童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2004.

［9］Ron Kurtus.Electromagnetism[M].revised 3，April，2005.