【摘 要】
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膝骨关节炎（Knee Osteoarthritis,KOA）是一种对患者健康与生活造成严重困扰的慢性疾病,全膝关节置换术（Total knee arthroplasty,TKA）是目前中晚期患者最佳的治疗手段。相关临床研究表明术后给予冷热交替治疗有明显缓解术后疼痛的效果,市场上理疗产品主要以单一热疗保健为主,在冷热疗结合方面尚处于市场空白的阶段,且热疗性能品质不一,存在较大的发展及改善空间。因此本
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膝骨关节炎（Knee Osteoarthritis,KOA）是一种对患者健康与生活造成严重困扰的慢性疾病,全膝关节置换术（Total knee arthroplasty,TKA）是目前中晚期患者最佳的治疗手段。相关临床研究表明术后给予冷热交替治疗有明显缓解术后疼痛的效果,市场上理疗产品主要以单一热疗保健为主,在冷热疗结合方面尚处于市场空白的阶段,且热疗性能品质不一,存在较大的发展及改善空间。因此本研究将利用半导体制冷装置设计一款冷热敷理疗带,解决目前冷热疗法存在的问题与不足。冷热敷理疗带的设计分为两部分。第一部分是温度调节器设计,本课题运用有限元法（ANSYS）模拟半导体制冷片工作性能,选取适合弱散热情况下的制冷片型号,并根据数值计算选取相应的散热风扇、散热翅片。根据以上选型计算,在ANSYS中建立温度调节器-织物-膝关节皮肤组织模型,分析在不同温度、不同内外层织物下热传递情况,为穿戴式冷热敷理疗仪设计提供理论基础及设计依据。根据以上模拟与分析,设计理疗带温控系统,使用STM32作为温控系统的微控制器,通过数字温度传感器对半导体制冷片进行温度监测,基于比例积分微分（Proportion-Integration-Differentiation,PID）算法实现对半导体制冷片的温度控制。第二部分是固定织物绷带设计,首先调研市场上30余款护膝产品,分析康复产品的设计原则,综上推出织物绷带设计要素。从结构、尺寸、面料和外观四部分对织物绷带造型进行设计并制作样机模型。最终运用主客观结合的方法对冷热敷理疗带进行设计评估,包括理疗带制冷/制热功能验证实验利用测温仪每隔2分钟对五个点位进行测温,通过对比验证理疗带工作效果,结果显示各点位温度与仿真值相差较小,在合理误差范围内;辅助缓解疼痛功能验证实验通过WOMAC评分与NRS评分对受试者进行持续追踪验证理疗带缓解疼痛的功能,结果表明使用5天后改善较不明显,十天后改善非常明显;产品设计主观评价实验利用问卷综合评估理疗带,总体评分较高,为4.9分,说明理疗带设计基本符合预期目标。
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