睑板腺区域按摩盲区的范围很大本文针对常见的于外眼睑面施力的辊式按摩机构存在的缺陷提出了反相半辊滚压结构和包络运动方案以分别实现阻塞物排出顺畅和按摩无盲区的目标从而提高治疗效果 1 结构及工作原理该按摩机构同时实现反相按摩和包络运动使上下眼睑处在分时按摩状态睑板腺阻塞物可以顺畅

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饮孔
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1 文章编号 (2014) 上下眼睑反相滚压及包络运动的睑板腺按摩机构者张建寰1 周圆1 徐功浩1 马雄1 陈延平1 李炜2 1 厦门大学机电工程系厦门市厦门大学医学院厦门市摘要在睑板腺功能障碍的治疗过程中睑板腺按摩是一种有效的辅助治疗手段该文针对传统的机械辅助按摩结构中的缺陷进行了改进提出了一种基于反相按摩辊滚压和包络原理的按摩机构以提高阻塞物排出顺畅度和提高按摩区域覆盖率最终达到提高辅助治疗效果的目的同时针对机构中电机受尺寸影响较大的情况对运转过程中输入动力与输出载荷和损耗进行了评估计算初步验证了所设计机构的可行性关键词睑板腺按摩反相滚动包络运动功率评估中图分类号 R doi: /j.issn 文献标志码 A 作 A Meibomian Gland Massage Mechanism for Upper and Lower Eyelids Based on Anti-phase Rolling and Enveloping Movement Writers Zhang Jianhuan1, Zhou Yuan1, Xu Gonghao1, Ma Xiong1, Chen Yanping1, Li Wei2 1 Department of Mechanical and Electrical Engineering, Xiamen University, Xiamen, Medical college, Xiamen University, Xiamen, Abstract During the course of meibomian gland dysfunction (MGD) treatment, meibomian gland massage is an effective auxiliary method. Based on an extrusion method using anti-phase massage rollers and a theory on envelope plane, a massage mechanism was proposed in this paper for the defect of the traditional mechanical assist massage structure to discharge obstruction of Meibomian gland more smoothly and to enlarge massage coverage. Meanwhile, for the case that the power of motor was signiﬁcantly limited by size, an evaluation, about the input, output and loss, was carried out to initially verify the feasibility of the designed mechanism. Key words meibomian gland massage, anti-phase rolling, enveloping movement, power evaluation 家庭使用不便相比之下外眼睑按摩所能达到的效果固然相对较弱但其结构简单方便机械化集成加工制造单人操作方便因此在外眼睑上施力的按摩装置的研究一直没有停止过其中辊式按摩是最常见方式之一 [11] 其特征为在上下外眼睑的待按摩处分别设置按摩辊使其各自向内侧滚动对外眼睑进行持续的滚压按摩作用但是这种常见结构存在两个突出问题如图1所示 (1) 两按摩辊相向滚动按摩时上下眼睑因同时受到挤压力而易被挤在一起导致睑板腺阻塞物排除不畅 (2) 按摩辊不能完全作用 0 引言 [1-3] 睑板腺功能障碍是引发蒸发过强型干眼症的主要原因之一在临床上使用睑板腺按摩的方法 [ 4-5] 配合热敷 [6]的融化作用将睑板腺中的阻塞物挤压出来从而达到辅助治疗的目的常用的人工按摩方法是医生一只手使眼睑外翻另一只手使用无菌生理盐水棉签对睑板腺进行挤压该过程较为繁琐按摩效果受操作人员经验的影响较大同时按压力度不均易引起患者不适因此用机械替代人工操作是一种有效的改进方法通常的人工睑板腺按摩方法需要先进行翻睑操作然后对眼睑内侧的睑板施力而一般针对睑板腺按摩的替代机械机构都无法做到眼睑内侧施力因为按摩机构深入到眼睑内侧[7]的难度较大安全性较低美国眼泪科学公司在相关领域进行了大量的研究 [8-9] 并且开发出了一款带有隔离眼睑特征的按摩仪器 [10] 虽然分开眼睑后的按摩效果较好但是其使用需要医疗人员辅助专业性过强个人图1常见辊式按摩结构示图收稿日期作者简介张建寰 aeolus@xmu.edu.cn Fig.1 Image of massage rollers' common structure 255

2 睑板腺区域按摩盲区的范围很大本文针对常见的于外眼睑面施力的辊式按摩机构存在的缺陷提出了反相半辊滚压结构和包络运动方案以分别实现阻塞物排出顺畅和按摩无盲区的目标从而提高治疗效果 1 结构及工作原理该按摩机构同时实现反相按摩和包络运动使上下眼睑处在分时按摩状态睑板腺阻塞物可以顺畅排出按摩运动不受阻碍同时包络运动又使按摩可以覆盖整个眼睑区域使按摩无盲区 1.1 反相半辊滚压结构图3 眼睑表面结构及睑板腺范围图[12] Fig.3 Image of eyelid surface and meibomiangland region[12] 辊结构另一部分为可将中央按摩区域扩展到整个眼表包络面的扫掠结构包络按摩原理的结构如图4 所示按摩辊为方便显示其作用范围用完整的按摩辊来代替半辊上下按摩辊的大小及位置的选择依据是在眼部中央截面上按摩辊能够最大范围的覆盖眼表面反相半辊滚压的结构示图及运转循环如图2所示相比于图1的辊式按摩法本结构中的按摩辊沿轴线对半剖开只取一半这样每个按摩辊都能够间歇性的对眼睑进行滚压按摩避免了眼睑受到持续按摩产生的疲劳按摩辊的初始相位具有180º的相差即上下两个按摩辊的各有半周期工作转动方向相反即反相运动该相位特点的存在使得结构在运转过程中同一时间只有一个眼睑会受到按摩作用而另外一个则处在休息状态中这样由于上下眼睑不同时受到按摩就不会因为同时产生挤压形变而造成睑板腺阻塞物排除不畅以及可能存在的按摩辊运动受阻的情况图4 包络按摩结构原理图示 Fig.4 Diagram of enveloping massage movement 1.3 工作原理根据以上两个结构特点及原理的叙述本文提出的按摩机构可分解成两个部分 (1) 纵向的辊式按摩 (2) 横向按摩辊沿着包络面/线的扫掠运动观察人眼外轮廓上视图其轮廓线近似于一段 [12-13] 圆弧那么可以用内齿圈与齿轮的啮合结构来具图2 反相半辊相差滚压的运动循环 Fig.2 Motion cycle of half-roller anti-phase rolling 1.2 包络原理如图3所示黄色标示上下睑板的中央高度分别为上睑板(8 12) mm 下睑板(3.5 4) mm 即睑板纵向高度约在(12 16) mm之间同时睑板的分布高度自中央至两端逐渐递减图3中红色标示所示为成人平均睑裂宽度27.88 mm 本文提出一种包络结构来解决按摩辊布局与按摩盲区之间的矛盾包络原理的结构由两个部分组成其中一部分为上文所述的能够按摩睑板中央的半体实现包络原理眼球中部的截面轮廓的范围是最大的其余部分的截面轮廓可近似看成是中部轮廓的一部分那么只要所设计的按摩辊能够对此处的眼睑做到最大范围的覆盖那么整个眼睑外表面就能够在按摩辊的扫掠作用下达到全覆盖的效果而按摩辊的位置及大小则可通过此截面轮廓线确定 256

3 如图1所示按摩辊的表面通常设计有颗粒状凸起阵列可加强按摩效果而上下按摩辊可以通过齿轮啮合作用达到同速传动稳定相位差的目的按摩辊的宽度由于扫掠运动的存在可以很小由于纵向的按摩运动与横向的扫掠运动是各自独立的因此在设计中可以采用两个低速电机分别驱动 1.4 实际结构从图6中可以看出按摩过程中机构的总体输入为电机提供的动力输出为按摩负载和机构各部位间的损耗其中损耗具体表现为按摩辊两侧与支撑壁之间的摩擦齿轮侧面与支撑壁之间摩擦以及各个转轴与支撑壁摩擦即 (1) POUT=P负载+P损耗-壁+P损耗-轴根据能量守恒定律按摩机构输入总功等于输出总功又由于物体转动的功率等于转矩与角速度的乘积按摩运动过程中的各个部分的角速度可以进行归一化处理这样可以运动的能量评估可以转化对电机输入转矩与输出合转矩之间的比较同时多次计算验证中发现电机的功率通常是能够满足要求的限制其应用的主要参数是转矩的大小文中涉及两个主要的处理过程即对相似部件的参数统一化处理和对输出参数的极大值处理用以简化计算并且补偿实际制作装配过程中可能的精度误差其中统一化处理的参数为 (1) 按摩辊上的齿轮 z1和传动齿轮z2 其角速度前一种均为ω1 后一种均根据上述工作原理利用塑料模具的设计方法完成按摩机构的设计图5所示为按摩机构的单眼结构图示基于反相滚压结构的按摩机芯安装于包络模块的滑动支承上整个机构被医用TPU柔性气囊所包裹用于隔离按摩机构与人眼同时其上附带的薄膜加热电路具有热敷功效整个系统具有按摩和热敷的辅助治疗功能为ω2 并且图5 按摩机构设计图示 (2) 转轴均采用相同碳钢轴 (3) 按摩辊及齿轮等与支撑臂之间的接触面为相同大小的圆面半径为R=1.35 mm Fig.5 Design drawing of the massage mechanism 2 功率损耗的计算按摩辊对眼睑外表面的滚压按摩中滚轴的转动速度需求很小又由于电机被设置在按摩机构附近其形状大小受到了限制为了符合低转速和小尺寸的要求因此选择了微型步进电机而电机的扭矩受到电机直径和长度的制约因此本文提出机构所用电机能否满足驱动机构正常运转的要求即本机构合理性的论证需要通过对运转过程中输入动力与输出载荷和损耗的评估来完成 2.1 纵向上的按摩运动分析图7 按摩过程的负载简化模型纵向上的按摩运动如图6所示电机通过多级齿轮啮合作用带动两个按摩辊进行相向转动而按摩辊直接对眼睑外表面进行滚压操作 Fig.7 Simpliﬁed model of power while massaging 从图7的模型可得出按摩过程中负载为按摩辊与相贴近气囊之间摩擦阻力其近似值 (2) P 负载=M 负载ω 1=[iN 总 µ 1R 上辊+(1-i)N 总 µ 1R 下辊]ω 1 N 总 µ 1R 上辊 ω 1=1.6N 总µ 1R 上辊 ω 2 按摩辊及齿轮与支撑壁之间的摩擦损耗可以近似计算如下 (3) 转轴与支撑壁之间的摩擦损耗可用式(4)表示 N P损耗-轴= 图6 纵向按摩机构图示图 Fig.6 Image of endwise massage structure 257 +G总2 µ 4r 轴ω 1 2 总 (4)

4 式中M 负载表示按摩辊作用面上的转矩 N 总为按摩压力 G 总为齿轮按摩辊以及转轴的重量和 R 上辊和R下辊分别为上下按摩辊直径摩擦系数为 µ 1-按摩辊与气囊 µ 2-塑料与塑料 µ 4-碳钢与塑料其中0 i 1用来表示按摩辊的运转过程 k =0.5 表示支撑壁上压力与按摩压力的比例系数均取极大值估算综上纵向按摩结构的总输出为 POUT = P负载+P损耗-壁+P损耗-轴 N 总 µ 1R 上辊ω 2+kN 总 µ Rω 2 N 根据设计尺寸可知为相啮合的齿轮齿圈中径的反比代入已知量后得到 (8) P OUT横向= ω 内由P IN横向 =P 电机 >>P OUT横向可以看出所选电机能够正常驱动所设计的横向上的往复扫掠运动 2.3 按摩机构按摩效果评价 (5) 采用3D打印技术用PVC材料制作了样机一台对所制作的上下眼睑按摩及扫掠机构样机分别就瞳距调节按摩力度调节扫掠覆盖效果进行实测其中瞳距调节按摩力度调分别在瞳距相差较大脸型各异的10名志愿者的眼部进行了瞳距调节和按摩力度调节的功能性实验而扫掠覆盖效果则在一化妆用硅胶头模的眼部覆一层复写纸分别进行了一个周期扫掠覆盖效果和多周期扫掠覆盖效果的测试从硅胶头模的一个周期扫掠在复写纸上的印迹也定性地得到了按摩力度的客观性评价结果测试结果瞳距调节距离满足最大瞳距调节要求通过头带长度调节机构可实现按摩力度大小调节志愿者主观按摩力度测试和头模客观定性分析结果证明满足要求头模眼部复写纸的扫掠覆盖效果测试证明所设计的机构实现了睑板腺区域的全覆盖所设计的按摩机构达到了预期目标 +G总2 µ 4r 轴ω 2 2 总其中气囊与按摩辊之间的力如上文所述为N 总方向相反 N 支承与按摩模块总体质量相关令 N 支承 = 4 0 m N 使之远大于正常值以作估算 POUT横向=P损耗-气囊+P损耗-气囊=(µ 1N总R内+µ 2N支承R外)ω外 (7) 假定按摩压力N总为500 mn ω 2=3 rad/s 并代入其他已知设计量 µ 1=0.244 µ 2=0.14 µ 4=0.34 G总 = mn 计算得到机构正常运转最大总输出量为P OUT= W 按摩仪中所选的电机额定输出转矩为 kg m 计算中直齿轮渐开线齿轮的外啮合效率 [1]为0.99 由图5所示齿轮组的级数为三级则齿轮的传动效率η= 则计算经齿轮传动输出的功率为P 电机=η M电机 ω 2= W>POUT= W 证明所选电机能够实现驱动所设计的按摩辊实现按摩功能 2.2 横向扫掠运动分析横向上的扫掠运动也是由一步进电机驱动的在此方向上按摩模块在一段圆弧道滑轨上匀速往复运动其中能量输入为步进电机的转矩输入能量输出包括滑轨与支承之间的摩擦损耗以及按摩辊与气囊之间的摩擦损耗运动受力分析如图8所示 3 结论本文论述了一种用于睑板腺按摩的机构通过反相半辊按摩结构和包络原理提出对传统按摩机构缺陷进行了改进原理上可以达到对眼睑间歇性按摩保证阻塞物的有效排除最大化按摩覆盖面积的效果并且通过一系列的功率损耗的分析验证了机构的可行性为电机的选型和机构开发的成功奠定基础同时可实现使用机械方法替代人工睑板腺按摩提高疗效降低治疗难度具有重大的意义参考文献 [1] 刘祖国. 干眼的治疗[J]. 中华眼科杂志, 2006, 42(1): [2] Driver PJ, Lemp MA. Meibomian gland dysfunction[j]. Surv Ophthalmol, 1996, 40(5): [3] Tiffany JM. Tears in health and disease[j]. Eye, 2003, 17: 图8 横向上的扫掠运动受力分析图示 Fig.8 Force analysis image of broadwise enveloping movement 由图8得 P损耗-气囊=f内 R内ω外=μ1N总R内ω外 P损耗-支承=f外 R外 ω外=μ2n支承r外 ω外 (6) 下接第273页 258

5 ICU的数字化建设还较少提及本文在借鉴了国内同行数字化手术室研究的基础上[9-10] 对ICU的报警管 [3] Avinash K, Barbara O, Thomas JB. Reducing hospital noise: a review of medical device alarm management[j]. Biomed Instrument Tech, 2012, 46: [4] 齐丽晶. YY 中听觉报警信号声压级测试方法探讨[J]. 中国医疗器械杂志, 2013, 37(3): [5] 国家食品药品监督管理局. YY 医用电气设备第1-8部分: 安全通用要求并列标准: 通用要求医用电气设备和医用电气系统中报警系统的测试和指南[S]. [6] Dyell D. Beyond sound: using systems integration to advance alarm functionlity[j]. Biomed Instrument Tech, 2011, 45(Suppl1): [7] Moorman BA, Gee T. Functional Basics of Third-Party Alarm Notification Systems[J]. Biomed Instrument Tech, 2011, 45(Suppl1): [8] AAMI. Medical Device Alarms Summit[EB/OL]. [ ]. publication.pdf. [9] 冯靖祎, 陈华, 刘济全. 设备互联和信息集成技术在数字化手术室建设中的设计和实现[J]. 生物医学工程学杂志, 2011, 28(10): [10] 郑建立, 杨勇勇, 王云龙. 数字化手术室医疗设备集中控制方法的研究[J]. 计算机测量与控制, 2013, 21(3): 理进行了技术分析希望能起到抛砖引玉的作用让我们对报警管理引起进一步的重视并对数字化ICU 的建设建立一定的基础国内大部分ICU的医疗设备中辐射床监护仪呼吸机注射泵等摆放位置流动性较大这对有线信息采集的实现和临床应用带来一定的麻烦有必要采用新型如无线的数据采集方式当然设备信息采集与集成是成功实现数字化建设的首要条件相关管理部门和临床工程师必须积极介入标准的制定工作以缩短数据接口和通信协议从各个厂家自行定义走向标准化的过程参考文献 [1] ECRI Institute. Top 10 health technology hazards for 2013[EB/ OL]. Top_10_Hazards_2013.pdf. [2] ECRI Institute. Top 10 technology health hazards for 2011[J]. Health Devices, 2010, 39(11): 上接第258页 [4] 高莹莹, 庄铭忠, 范春梅. 睑板腺压榨治疗睑板腺开口阻塞的疗效观察[J]. 中国全科医学, 2010, 06: [5] 刘敬楠,董桂霞. 睑板腺功能障碍致蒸发过强性干眼症患者的护理[J]. 解放军护理杂志, 2011, 20: [6] Mori A, Shimazaki J, Shimmura S, et al. Disposable eyelidwarming device for the treatment of meibomian gland dysfunction[j]. Japan Ophthalmol, 2003, 47(6): [7] Foulks, GN, Borchman D. Meibomian gland dysfunction: the past, present, and future[j]. Eye Contact Lens Sci Clin Pract, 2010, 36(5): [8] Korb DR, Willis TR, Grenon SM. Treatment of meibomian glands [P]. [ ] B2. [9] Korb DR, Grenon SM, Willis TR, et al. System for inner outer heat and pressure treatment for treating meibomian gland dysfunction[p]. [ ].US [10]Korb DR, Grenon SM, Willis TR, et al. 用于治疗睑板腺功能障碍的热处理的方法系统和装置[P]. [ ].美国: CN [11]杨宏伟, 李仁忠, 孙健美, 等. 一种治疗眼睑板腺堵塞的装置 [P]. [ ]. 福建: CN A. [12]国家质量技术监督局. GBT 成年人头部面部尺寸 [S]. [13]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会. GBT 成年男性头型三维尺寸[S]. [14]巴兰伊, 汤伟林. 计算直齿轮的啮合效率[J]. 机械, 1989, 06: 46, 40. Indo-MIM荣获MPIF 4项大奖近日美国金属粉末工业联合会(MPIF)主办的 2014上海国际粉末注射成型峰会召开该盛会在金属注射成型 MIM 行业深具影响力在粉末冶金零件设计大赛颁奖典礼上 Indo-MIM荣获一项特等奖和3项杰出设计奖再次证明了其在MIM行业的领军地位和技术实力 Indo-MIM在此次大赛上荣获4项大奖分属汽车五金工具医疗行业其中汽车领域4个发动机部件获得了特等奖 1个底盘件获得杰出设计奖五金工具领域3个部件获得最佳设计奖医疗领域1个部件获得最佳设计奖 Indo-MIM总部位于印度班加罗尔是目前世界规模最大的MIM公司其强大的产品开发能力和充足的产能赢得了全球45个国家客户的广泛赞誉为更好地服务广大中国用户 Indo-MIM在上海设立了由工程师和技术销售人员组成的技术销售代表处 Indo-MIM公司高级工程师Mr. Mukund Rao 在峰会上演讲金属注射成型 MIM 工艺及在汽车消费及医疗产品中的应用材料得到与会者的广泛赞誉本刊讯 273

第 05 期董房等 : 一种卫星遥测在线状态监测及分析系统的设计 WEB 1 2 总体功能及组成 2.1 总体功能 1 2 3Web 2.2 结构组成 Web WEB WEB 2.3 系统各模块接口关系

第 05 期董房等 : 一种卫星遥测在线状态监测及分析系统的设计 WEB 1 2 总体功能及组成 2.1 总体功能 1 2 3Web 2.2 结构组成 Web WEB WEB 2.3 系统各模块接口关系电子科学技术 Electronic Science & Technology 电子科学技术第 02 卷第 05 期 2015 年 9 月 Electronic Science & Technology Vol.02 No.05 Sep.2015 年一种卫星遥测在线状态监测及分析系统的设计董房 1,2, 刘洋 2, 王储 2 2, 刘赞 (1. 上海交通大学, 上海,200240; 2. 上海卫星工程研究所,