医用关节脉冲灌流冲洗装置及其控制系统研究

摘要

针对目前国内传统输液式关节灌流冲洗术冲洗治疗时间长、关节内压力大小无法精确控制、输送液体流量不均、且在治疗过程中容易受到手动操作引起的二次污染等问题，本文提出将脉冲蠕动计量泵与关节灌流冲洗术相结合，研究开发一种医用关节脉冲灌流冲洗装置，并对其控制系统进行研究。
　　在研究国内外脉冲蠕动泵及灌流冲洗术的发展背景及研究现状的基础上，首先根据关节灌流冲洗术的临床要求，结合国内现有脉冲蠕动计量泵的功能及结构特点，利用传统机械设计及有限元分析软件对其泵头、机身面板等构件进行了设计与改造优化；其次，从关节脉冲灌流冲洗的过程入手，对装置在冲洗患者关节腔时液体输送管道的流动情况进行了理论分析，建立了泵头运动与流量控制的数学模型，并通过实验计算得出了装置的输出流量与泵头转速之间的关系，且利用流体动力学有限元分析软件 Fluent6.3工具箱对患者关节腔组织建立了有限元仿真模型，对整个冲洗过程中流场的分布做了可视化仿真研究；然后，根据蠕动泵内步进电机驱动装置的工作特点与接口通讯参数，与可编程控制器西门子224xp系列 PLC做了硬件连接，并结合设备的工作特点与工作要求，利用西门子上位程序开发工具 Micro WIN step7对其控制系统编写了控制程序，针对设备人性化的操作设计要求，利用国产威纶通触摸屏开发平台 EB8000V465.12工具对其进行了上位人机操作界面的开发；最后，对该装置在关节灌流冲洗中设计了实际治疗实验，验证了该装置运行的可靠性。
　　医用关节脉冲灌流冲洗装置结合了传统蠕动式计量泵流量精密控制特点与现代医学中关节冲洗术治疗膝关节骨关节炎的治疗方法，是一项新技术、新方法，在对患者治疗方面具有创伤小、操作简便、患者易于接受且治疗费用低等优点。设计优化后的整个装置外型美观、界面友好、可方便携带。在实际治疗与临床推广应用中易于广大医护人员快速上手操作，具有良好的市场前景。