一种防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板

本发明属于骨折夹板装置，具体涉及一种防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板。

背景技术：

1、骨折在临床中是比较常见的外伤，世界卫生组织预计到2030年，骨关节损伤将上升至全球第三位致残因素。目前的骨科诊疗中常用石膏绷带进行肢体固定，但石膏本身存在质量重、脆性高易断裂、不透气等弊端，尤其是患肢创伤后会分别经历组织肿胀阶段和消肿阶段，肢体周径会相应发生变化，此时固定好的石膏由于不能变形，当肢体发生肿胀时，可能会对神经、血管等组织造成压迫损伤；当患肢消肿时，又容易滑脱，造成二次风险。

2、骨折后肢体康复面临的主要难题是肌肉不运动导致的关节粘连僵硬及废用性肌肉萎缩，如果尽早通过有效康复锻炼或治疗，能够有效缩短并改善病理性改变进程，减少肌肉萎缩程度。传统的康复治疗手段包括局部理疗、主被动关节活动等，骨折早期由于石膏包裹，难以进行关节活动锻炼等康复治疗，导致整个康复周期长、效果不明显，已无法满足患者对健康状态更高的需求。

3、当肢体肌肉发生萎缩时，肌肉细胞神经激活时产生的电势——即肌电信号也会发生相应的变化，高密度表面肌电极可以精细观察到某一块局部肌肉组织在受到神经冲动刺激(包括机械刺激和电刺激)时所产生的电生理活动，对精确判断神经纤维和肌肉纤维的具体分布位置、神经-肌肉传导速度、肌肉活动特性等具有无以伦比的优势，因此可以通过采集患肢肌电信号进行分析来评估肌肉萎缩程度。

4、骨折后早期阶段肢体制动即会导致肌肉持续萎缩，一般患者需佩戴石膏长达6周直至拆除，因长期制动及肌肉不运动，患肢静脉和淋巴瘀滞、血液和其他循环速度下降、组织由于炎症发生水肿，骨与关节及肌肉间由于渗出的浆液纤维蛋白形成无法脱离活动的状态，这将导致骨骼肌纤维生理结构和功能的改变，包括大脑皮质映射区面积缩小和相关神经元单位兴奋性下降，如果个体无法获得及时有效的功能康复，这种损害不可逆转。若能较早介入肌肉萎缩治疗，将尽可能避免这种不可逆伤害，同时也能缩短患者康复周期。

5、石膏绷带不仅不方便拆卸，且难以配合现有电刺激设备进行早期肌肉萎缩防治，因此亟需发明一种全新的智能医用夹板，既能方便地调节来适应骨折早期肢体周径变化，又能够较早介入治疗肌肉萎缩，该技术将有十分广阔的市场前景，有望得到大规模推广应用。

技术实现思路

1、本发明提供了一种防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，该夹板能够适应早期骨折肢体周径变化，又能够较早介入治疗肌肉萎缩。

2、本发明提供了一种防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，由外到内依次包括形状记忆聚合物主体支撑层、加热层、隔热层和肌电测量/电刺激层，其中：

3、通过所述加热层加热形状记忆聚合物主体支撑层至转变温度，使得形状记忆聚合物主体支撑层能够基于骨折位置的肌肉变化自适应塑形以包裹并贴合皮肤；

4、所述肌电测量/电刺激层包括多个电极点，所述多个电极点与患肢皮肤接触用来采集表皮肌电信号或施加表皮电刺激以防止肌肉萎缩。

5、进一步的，所述的应用于骨折后肌肉萎缩防治的自适应夹板，其整体外观轮廓为长边内凹的倒角长方形，夹板在加热后可以沿长中轴线弯曲，呈圆筒状包裹贴合患肢，夹板长度和宽度可以依据骨折部位进行定制。

6、进一步的，所述形状记忆聚合物主体支撑层的转变温度为50－60℃，厚度为2－4mm。当被加热高于转变温度，夹板主体变软，具有良好的塑形拉伸能力，此时可以与患肢形成紧密包裹，由于形状记忆效应，这种材料会在冷却至低于转变温度即室温后保持包裹患肢的圆筒状不回弹，此时硬度达到和石膏一样水平，在通过外接绑带的形式进行加固，防止骨折部位发生移位造成二次伤害。

7、进一步的，所述加热层由加热层封装薄膜和包裹在加热层封装薄膜内的加热层导电金属组成。所述的电加热层由封装在可拉伸柔性薄膜里的金属通电实现，金属为具有良好导电性和可拉伸性能的液态金属或纳米银浆，可以通过丝网印刷或3d打印等方式进行图案化集成；可拉伸柔性薄膜为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、硅橡胶等材料，电加热层整体厚度为50－100μm。

8、进一步的，所述的隔热层为铝箔复合布、碳纤维布和聚氨酯泡沫等隔热材料，厚度为1～2mm，可以较好隔绝夹板加热后贴合患肢过程对皮肤造成的灼热感，增加舒适度。

9、进一步的，所述肌电测量/电刺激层由肌电测量/电刺激层封装薄膜、肌电测量/电刺激层导电金属、电极点和柔性acf排线组成，其中：

10、所述肌电测量/电刺激层导电金属位于可拉伸柔性薄膜内部，所述肌电测量/电刺激层导电金属一端与电极点连接，一端与柔性acf排线连接，所述柔性acf排线外接肌电测量和电刺激模块，通过肌电测量和电刺激模块采集肌电信号，后端对接收到的肌电信号进行时频域分析后选择电刺激参数，并将电刺激参数发送至肌电测量和电刺激模块，通过所述肌电测量和电刺激模块控制电极点对特定肌肉群进行低频表皮电刺激以防止肌肉萎缩。

11、所述的肌电测量-电刺激层由封装在可拉伸柔性薄膜里的金属电极实现，器件整体厚度为50～100μm，32个电极点(包括但不限于)暴露在空气中，可以与患肢皮肤进行紧密接触采集表皮肌电信号或施加表皮电刺激；导电金属层为固化的纳米银浆，衬底和封装材料为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、硅胶等可拉伸柔性薄膜，32路(包括但不限于)电极线路可以通过接口外接肌电测量和电刺激模块，既能对患肢进行表面肌电信号采集分析，也能施加低频交流电刺激治疗，实现一体两用。

12、进一步的，所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板还包括多个贯穿透气孔，所述贯穿透气孔从隔热层贯穿至肌电测量/电刺激层。有助于增强透气性，减少患肢细菌增生和炎症反应，同时也可以增强夹板的拉伸性，帮助夹板和患肢更好贴合。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

14、本发明利用加热形状记忆聚合物主体支撑层，使得本发明提供的夹板能够自适应的紧密贴合患处皮肤，适应早期骨折肢体周径变化的同时，又能够与肌电测量/电刺激层结合作用，准确的采集肌电信号，以及施加表皮电刺激以防止早期骨折时的肌肉萎缩，解决了早期使用石膏时无法进行电刺激来训练肌肉导致肌肉萎缩的问题。

技术特征：

1.一种防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，由外到内依次包括形状记忆聚合物主体支撑层、加热层、隔热层和肌电测量/电刺激层，其中：

2.根据权利要求1所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，所述形状记忆聚合物主体支撑层的转变温度为50－60℃，厚度为2－4mm。

3.根据权利要求1所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，所述加热层由加热层封装薄膜和包裹在加热层封装薄膜内的加热层导电金属组成。

4.根据权利要求3所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，所述加热层导电金属为液态金属或纳米银浆，通过引线将加热层导电金属与电源连接。

5.根据权利要求3所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，所述加热层导电金属通过丝网印刷或3d打印方法图案化固定在可拉伸柔性薄膜内。

6.根据权利要求1所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，所述加热层的厚度为50－100μm。

7.根据权利要求1所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，所述隔热层为铝箔复合布、碳纤维布或聚氨酯泡沫。

8.根据权利要求1所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，所述肌电测量/电刺激层由肌电测量/电刺激层封装薄膜、肌电测量/电刺激层导电金属、电极点和柔性acf排线组成，其中：

9.根据权利要求3或8所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，所述加热层封装薄膜为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或硅橡胶；所述肌电测量/电刺激层封装薄膜为聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或硅橡胶。

10.根据权利要求1所述的防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，其特征在于，还包括多个贯穿透气孔，所述贯穿透气孔从隔热层贯穿至肌电测量/电刺激层。

技术总结
本发明公开了一种防止肌肉萎缩的自适应骨折固定夹板，由外到内依次包括形状记忆聚合物主体支撑层、加热层、隔热层和肌电测量/电刺激层，其中：通过所述加热层加热形状记忆聚合物主体支撑层至转变温度，使得形状记忆聚合物主体支撑层能够基于骨折位置的肌肉变化自适应塑形以包裹并贴合皮肤；肌电测量/电刺激层包括多个电极点，多个电极点与患肢皮肤接触用来采集表皮肌电信号或施加表皮电刺激以防止肌肉萎缩。该夹板能够适应早期骨折肢体周径变化，又能够较早介入治疗肌肉萎缩。

技术研发人员：张顺,金浩,颜瑞健,史吕刚,洪宇寅,冯刚,董树荣
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16