智能医用夹板的开发与应用

摘要：本文对医用夹板的智能化开发和纺织复合材料在医用夹板上的应用进行了研究和探讨，旨在促进对智能医用夹板的进一步研发，以及智能医用纺织品的研究及应用。

关键词：医用夹板；智能化；纺织复合材料

中图分类号：TS106.6

文献标志码：A

Development and Application of Intelligent Splint for Medical Use

Abstract： Development and application of intelligent splint for medical use were introduced in this paper， as well as the application of textile composites on medical splint. The authors also discussed the significance of improving the R&D of intelligent medical splint and intelligent textiles.

Key words： medical splint； intelligence； textile composites

医用夹板是国内外治疗骨骼损伤广泛使用的一种外固定器，传统的医用夹板是木板或者树皮，在使用过程中存在笨重、透气性差以及板间压力靠医生多年经验确定等缺陷。近年来，随着纺织材料和纺织科技的发展，具有某些特殊医用功能的纺织制品被不断研究开发，纺织材料与技术在医疗领域得到广泛应用。其中，纺织复合材料在骨科医疗领域中的应用备受关注，纺织复合材料医用智能夹板的开发也成为热点。

1医用夹板的智能化

夹板固定疗法的原理主要是对损伤骨骼进行固定，而治疗效果的关键则在于扎带的松紧程度，过紧或过松都不利于创伤的愈合，甚至还会使病情加重，这就要求扎带的松紧程度保持在一个合适的范围内。然而对于扎带的松紧程度没有统一的规定，主要依靠医生多年的经验以及手感确定。但在脱离了医生监管的情况下，夹板随时都有可能出现松动、移位等现象，这不仅会影响创伤的愈合，还有可能对病人造成二次伤害，加重病情。但如果扎带捆绑力存在一个具体范围的话，在出现夹板松动、移位等现象后病人可以根据医生固定时的压力值进行简单的再固定，降低了再就医过程中造成的二次伤害。因而，医用夹板的智能化成为了必然趋势。

1.1智能医用夹板的研究

智能医用夹板是指能够直观显示夹板间的压力值并能对压力进行实时监测的医用夹板，即在普通夹板上安装压力传感器及其配套电路，由压力传感器采集夹板间的压力信号，经由配套电路对压力信号进行处理，最终显示压力值的过程。对于夹板间压力的研究，许多学者只是将板间压力转换为弹簧的压缩、绑带的充气量以及标尺刻度值，使得夹板间压力易于控制，却没有达到真正意义上的智能化。

随着现代传感技术以及电路集成技术的发展，马景存和盖晓晶相继研发了一种具有自动监测功能的医用夹板，主要是利用压力传感器采集压力信号，经过信号处理模块以及控制模块的分析处理后传输至电脑，对夹板的压力值进行了实时显示。除此以外还设有报警装置，预设压力监测初始值，只要压力超过了系统的限定值就会发出警报，因而更加安全可靠。盖晓晶研发的产品除了具有这些功能外，还设置了一套恒力自动控制系统，实现了对夹板压力的自动调节，并且使压力值始终保持在一定范围内。

上述研究的智能医用夹板已经趋于完善，但存在系统设计复杂、不方便操作、不易携带、成本高等缺陷，因而研究只是处于理论方面。智能医用夹板的研究应该趋向于小型化、易携、价低、操作简单等方向。

1.2医用夹板智能化的实现

医用夹板实现智能化的关键在于压力传感器的合理选择与应用。目前市面上有多种多样的压力传感器可供选择，各有特点，根据医用夹板智能化的需求选择一款既适用又经济的传感器至关重要。

现阶段，压力传感器在医学领域主要应用于心跳、血压、脉搏等的测量与监护，在一些保健产品中也被广泛应用。随着传感技术的发展，医用传感器技术也发生了巨大的变革，已经彻底改变了医用设备体积笨重、性能差的缺点，向着智能化、小型化方向快速发展。

对于智能医用夹板的开发本文选用了InterlinkElectronics公司生产的FSR402型力敏传感器。这是一款新型的薄膜式压力传感器，具有以下特点：

（1）小而轻薄。受力区域直径可低至5mm，总体长度可低至2cm，厚度可达0.3mm，方便安装使用；

（2）量程适宜。夹板间作用力为800～1000g，而传感器的测量范围为100～2000g，符合监测需要；

（3）良好的动态特性。传感器的尺寸小、重量小，粘贴在测量元件上对其本身的工作状态和应力分布没有影响；

（4）较高的灵敏度和测量精度。可测量0.2N大小的力，误差较小。

2纺织复合材料在夹板上的应用

2.1传统夹板

传统的夹板为木板，由于地域差异，南方以杉树皮为代表，北方以柳木为代表。传统木质夹板由于取材广泛、经济环保等优良特点而被广泛使用，但是在一定程度上也存在着很大的缺陷。例如扎带松紧程度难以掌握；复位后易发生再移位现象；夹板本身重量大，再加以压垫，使用过程中易导致压力过大加重病情等现象。

从医学角度来看，医用夹板应具有一定的强度、韧性、透气性以及轻便等特点，传统木质夹板显然不能满足这些要求。随着医学与材料科学的飞速发展，许多学者在选材上对小夹板进行了一些改良和创新，先后出现了纸质夹板、泡沫夹板、塑料夹板、橡胶板等新兴产品，部分取代了木板。

近年来，纺织复合材料科以优良的力学性能、成本优势以及易于实现各种形状的增强结构等特点在各个领域应用广泛，包括医疗骨科领域，逐步替代了传统的木板制骨折外固定材料。

在将纺织复合材料应用于医用夹板的研究与开发中，侯关荣设计开发了一种由3层高分子共聚物自粘层板体复合而成的高分子夹板；韩国PrimeMedical公司生产了一种由8层涂有树脂的玻璃纤维绷带组成的水固化复合夹板，此夹板最大的特点就是固化定形时间短，并且使用方便；四川大学研制了一种抗菌夹板，由抗菌层、湿敏固化层和外层组成，其中抗菌层使用的是多层丙纶非织造布，在非织造布中加有抗菌剂，固化层以涤纶布为布基，湿敏固化型聚氨酯作为固化树脂固化成型，而外层采用的是涤纶和锦纶的微细纤维织物；苏婧研究的复合板以玻璃纤维双轴向纬编织物为基布并配以树脂固化成型。

这些研究成果代表了目前复合材料制作医用夹板的较高的技术水平，但是在选材与制作过程中仍存在一些缺陷，使用的玻璃纤维等材料在制作过程中耗能较高，提高了成本，且在使用过程中对人体和环境具有一定的危害性，这在一定程度上制约了相关产品的推广。

2.3麻纤维复合材料

本文选用麻纤维复合材料制作医用夹板。

在天然纤维中，麻纤维较长，结晶度、取向度与弹性模量都比较优异，适合做纤维复合材料的增强体。与其他复合材料相比，麻纤维复合材料具有以下优点：

（1）密度较小。麻纤维的密度比玻璃纤维、芳纶小，制得的复合材料较轻，是制作医用夹板的理想材料；

（2）成本低。我国是麻纤维的生产大国，取材广泛；

（3）能耗低。生产同一产品，麻纤维制品的能源消耗在10MJ/kg左右，而玻璃纤维、芳纶制品的能耗一般在60MJ/kg以上；

（4）环保。麻纤维属于天然纤维的一种，其废弃物可以自然降解，降低了对环境的危害程度；

（5）力学性能理想。麻纤维具有吸湿快、耐磨、断裂强度高、断裂伸长率低等特性，与一般的树脂浇铸体相比，其复合材料的模量更高、抗冲击性能更好。

通过以上分析可以看出，无论从材料的制备还是使用性能来看，麻纤维复合材料都是一种经济环保、性能优良的生态复合材料。因此，用其加工医用夹板具有很大的推广价值。

3结语

智能化开发和对纺织复合材料的应用已经成为医用夹板研究和开发的重要方向。目前，医用夹板的研究虽然能很好地解决了传统夹板的缺陷，但仍存在许多有待解决的问题，例如装置的便携性、成本待降低等。因此，智能医用夹板今后的发展和研究重点在于智能装置的简易化和小型化，同时可通过使用经济环保的天然纤维复合材料进一步提高其使用性能和实用性，为其临床使用和广泛推广奠定良好基础。

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作者简介：万培培，女，1989年生，硕士在读，主要研究方向为复合材料智能医用夹板的研究。

作者单位：天津工业大学纺织学院。