医用可免充电式蜡疗热敷眼罩的研制

弋秋平，赵淑苹，张雯雯，杨丽莹，刘娟，龙连杰

(东北林业大学工程技术学院，哈尔滨 150040)

0 引言

随着电视、电脑、手机等智能设备的应用，给人们生活带来便捷的同时也给人们的身体增添了许多负担，诸如用眼过度、颈椎病等问题屡见不鲜。尤其是眼睛的过度使用，导致了眼部出现疲劳。一些现代医疗小常识告诉我们，使用热敷的方法会有效缓解眼部疲劳，尤其对于用眼强度过大的人群具有很好的保健作用。此外，许多眼部疾病(眼部神经受损、眶上裂等)的针灸及术后恢复都需要进行热敷，因此眼部热敷的治疗和保健效果越来越多地受到重视。而现有的热敷手段单一、低效、不便捷，且不能循环使用，无法使热敷效果达到最佳状态，创新研发一种新型的眼部热敷手段，尤为迫切。

蜡疗热敷是从古代一直沿用至今的传统医学的治疗方法,这种理疗方法需要将石蜡加热后直接均匀涂于患部。它具有温通经脉,舒筋止痛,消肿散淤等功效，适用于多种疾病的保健和康复治疗。现代蜡疗技术有效地将中医药理知识与蜡疗手段结合在一起，让细胞膜的通透性大大增强，减轻由于细胞膜两侧渗透压不同而引起的组织水肿,促使其产生柔和的机械压迫作用，增强患部的柔和度和弹性，改善患部营养，使患部上皮组织快速生长，促进局部组织的愈合。除此之外，热敷还具有缓解患者局部疼痛、解除痉挛和缓解疲劳的作用。对眼部进行热敷可促进眼部组织血液流通，加速血液循环，提高自身免疫力和修复受损细胞，促进炎症的消退，对于学习任务繁重的学生和长期面对电脑用眼过度人群具有显著的保健功效。因此，具有眼部热敷功能的眼罩产品越来受到人们的欢迎。

1 现状及研究意义

国内外对于眼部热敷方法的研究由来已久。我国从古代就有用热盐敷于眼部消肿和使用一些中药进行热敷消肿止痛的治疗方法，这种方法可用于治疗一些常见的眼部问题，如眼部的一些化脓性炎症疾病，如急性泪囊炎、急性泪腺炎及眼睑皮下瘀血等。眼部热敷可以促进炎症的吸收和消散，减轻深部组织充血，使局部血管扩张，促进局部组织血液循环，提高机体抵抗力和修复能力，对于治疗眼部充血、角膜炎、虹膜炎、麦粒肿、霰粒肿[1]、MGD[2][3]及缓解视疲劳、防止眼睛干涩[4]等，具有良好的临床治疗效果和保健效果。尤其对于用眼压力过大的人群具有很好的保健作用。因此，眼部热敷的治疗和保健效果越来越受到大众的肯定。

目前，医疗和家庭热敷方法多为热毛巾法、热水袋法和热敷眼罩法。热水袋法主要是在热水袋中装满温度适宜的热水，在其外部包裹上纱布或干净毛巾，将其放在需要热敷的眼部，利用热水袋中的温度传递给眼部组织，达到热敷的效果。热毛巾法则主要是选择干净的毛巾，用热水打湿后拧干，利用毛巾散发出的热气熏蒸眼部，这两种方法温度一般都控制在40度左右(注意温度适中，避免烫伤)，每次热敷15～20分钟。热敷眼罩是选择舒适的织物作为眼罩外部材料，在里面填充适当的发热、传热物质，根据眼部的形状设计合理的外观，使其与眼部完全贴合，传递热量达到热敷的效果。热水袋法和热毛巾法热敷温度和时间不好控制，热敷眼罩多为“电热毯式加热法”，将电能转化为热能，而前者热敷发热材料为固体，与眼部贴合效果不好、接触面积小、热敷时眼部温度不均匀，易引起局部过热，达不到眼部全面热敷的目的，不能实现温度合理控制，热敷温度不均匀等问题还有待解决。因此，急需研究一种能改善和解决这些问题的新型产品。

2 基本原理

结合工程材料学的知识和人体工学知识，利用传统蜡疗原理——石蜡：石蜡是将石油作为原材料，通过分离、蒸馏、提纯等化学工艺流程提取出来的一种烃类混合物，它的热量相对于其他混合物较大，导热能力较差，蓄积热量的能力强，具有良好的可塑性与粘滞性，且可以软化多种物质。它在常温下为白色或淡黄色半透明无水的固体,无臭无味。优良的物理化学性能使其具有温经散寒通络、活血化瘀、消肿止痛、祛风除湿等功效。利用医用石蜡蓄热性能好,热力恒定(蜡液全部溶化时仅需55℃,热敷20分钟后仍保持在45℃左右)的材料特点,石蜡在熔解过程中吸收许多能量,而释放的过程热能散失缓慢。同时,石蜡具有良好的延展性、可塑性和黏滞性，由于石蜡具有许多优良的物理性能，因此把蜡疗作为眼部热敷的导热体，可以做到与眼部的完全贴合并保持恒温。利用人体工学知识，结合医学医疗常识，通过反复的实验分析，眼罩本体采用一种亲肤织物，使其在与眼部的贴合过程中不会产生过敏或者不舒服的现象，能够更好地与眼部相适应，眼罩本体的柔性敷眼部能够很好地贴合人的眼睛，使眼睛受热均匀而全面，柔性敷眼部对眼睛的热敷温度缓慢变化且基本稳定，与传统热敷方法相比效果明显提高。将太阳能充电装置引入眼部热敷装置，利用太阳能充电，将太阳能转化为电能给眼罩持续供电，以达到节能减排、高效、环保的功能。最终研制出一种节能、高效、舒适性的“医用可免充电式蜡疗热敷眼罩”，使它成为一种兼具医疗效果和日常保健功能为一体的家庭必备产品。

3 总体设计

3.1 外观设计

外观将采用太阳能充电装置和眼罩分离方式进行设计。眼罩的外包装选择高强度织物，做到环保亲肤，并在外观设计上符合人体眼部工学，确保配戴舒适，同时进行不断地优化与完善，在反复优化过程中，选择最符合美学效应且能够保证正常工作的外观结构。太阳能充电装置主要由太阳能板、电能转换装置、电阻丝、集电器组成。将二者分离设计是为了减少可能因太阳能充电装置故障而造成的不必要伤害，同时保证热敷眼罩自身的便携性。

3.2 太阳能充电装置设计与试验

设计出太阳能充电装置外观，分别测试太阳能电板的蓄电能力、充电触电装置的触发性能、电能转换装置的转换效果、集电器等输入和输出额定功率和额定电压电流等。通过多次试验测试，不断验证太阳能充电装置的性能，检测其合理性，确保最终能够高效、快速地为眼罩主体提供电能。

3.3 眼罩内蜡溶袋发热装置设计与性能试验

眼罩内的蜡溶袋将采用多重高分子聚合绝缘材料，确保密闭及安全。然后分别进行蜡溶袋包装的隔热等性能测试和医用石蜡液体发热测试，确定加热电阻丝的分布及功率试验，确保眼罩内蜡溶袋发热装置能够保证正常热敷时所需要的温度要求。

3.4 各部件组装

将通过试验测试过的太阳能充电装置和热敷眼罩组件部分进行组装，然后进行拟合试验。在拟合试验的过程中充分考虑设备的合理性，设想在使用过程中可能出现的所有状况，以及在出现状况后的解决方法和防范这些故障的措施，最终测试热敷眼罩的效能，通过测试，使其性能尽可能达到最佳状态。

4 各部分基本功能

4.1 太阳能充电装置

太阳能充电装置主要给眼罩主体提供电能，这是利用半导体材料的光电效应，将从外界吸收的太阳能和光能转化为电能提供给眼罩，实现充电的功能。太阳能充电装置主要由太阳能板、电能转换装置、电阻丝、集电器等部分组成。太阳能板是太阳能充电装置的核心，由若干单体串联或者并联组成密封的组件，实现光与电的转换，在转换的过程中起到能量传递的作用。电能转换装置是利用变压器的工作原理，将转换而来的电能实现变压，通过降压操作将电压降低到眼罩所需要的额定电压，以便给眼罩以合适的电压进行充电。电阻丝的主要功能是保护电路,防止电流过大，便于测量，与电源串联一个或者若干个定值电阻来改变电源内阻，将它改装成电流表或者电压表，用以调节电流的大小。集电器是集电拾取电能的主要装置，它利用集电刷滑动接触导轨，将电能直接传递至眼罩，在此过程中实现能量转换，从而实现系统的移动供电。

4.2 热敷眼罩

热敷眼罩主要由眼罩外框、石蜡填充材料、蜡溶袋等组成。结合工程材料学的知识和人体工学知识制作适合绝大部分人眼型的眼罩外框，它主要起固定蜡溶袋并与眼部保持良好接触的作用。蜡溶袋主要是将石蜡溶液固定在其中且不让其溢出，保证眼罩的舒适。石蜡主要用以蓄积热量，保持热力恒定，提供适宜眼部的合适温度。热敷眼罩是本创新试验最重要的部分，在设计的过程中应充分考虑与人体眼部接触可能出现的问题，选择最合适的亲肤材料制作眼罩是设计环节的重中之重。眼罩亲肤性能的好坏直接关系到热敷的效果。

4.3 温控装置

它根据转换过程中的眼罩内部温度变化，在开关内部产生弹性形变，从而产生相应的物理变化，自动控制系统的断开或者导通状态的元件，简称温控器；或者通过温控器传递温度信号，温度控制器感受到这个信号后发出开关指令，从而控制系统的工作状态以达到最佳的温度和节能效果。温度控制器主要是实现将太阳能充电装置传递过来的热量控制在人体眼部所需要的合适范围之内，使热敷材料保持在适宜温度，保持基本恒温，达到最适合眼部的温度，使眼部受热均匀，接触面积合适。

5 实施方案

装置包括眼罩本体(1)、网状发热丝(2)、供电装置(3)以及主控制器(4)。眼罩本体(1)主要包括两个柔性敷眼部(1a)，柔性敷眼部内设有容纳腔(1b)，容纳腔内设有呈扁平状的柔性密封袋(5)，柔性密封袋(5)由绝缘导热膜制成，且柔性密封袋内充满医用石蜡(6)；柔性密封袋(5)的外表面由两个侧曲面构成，其中一个侧曲面为被加热曲面(5a)，另一个侧曲面为热敷曲面(5b)，网状发热丝(2)均布在柔性密封袋的被加热曲面(5a)上，供电装置(3)与网状发热丝(2)相连，主控制器(4)与供电装置(3)相连。

供电装置(3)包括蓄电池(3a)和太阳能充电装置(3b)，蓄电池(3a)分别与主控制器(4)、网状发热丝(2)、太阳能充电装置(3b)相连。

过热保护器(7)紧贴在柔性密封袋的热敷曲面(5b)的边缘处，并且过热保护器(7)与主控制器(4)相连。

图1 眼罩沿A-A线的剖视图

图2 蜡疗式热敷眼罩的示意图

图3 眼罩的电路示意图

6 结语

本文通过查阅大量国内外文献，结合人体眼部护理和机械结构设计，以及材料化学相关专业知识，对“医用可免充电式蜡疗热敷眼罩”进行了自主设计、材料选择和实物制作等相关实践，取得了很好的成效。本研究针对传统蜡疗热敷中的热敷温度和时间控制不好，与眼部贴合效果不好、接触面积小、热敷时眼部温度不均匀、易引起局部过热等问题进行了优化与改善，旨在发明一种健康、舒适、环保、节能、方便的新型装置。经反复试验测试证明，此种新型眼罩具有优良的实用性能，是一种可以广泛运用到实际生活中的理想保健仪器。

参考文献：

[1]Guttman,Cheryl.Contactwearersbenefitfromexpandingdryeyetherapy[J].Ophthalmology Times,2005,30:52-53．

[2]干眼临床诊疗专家共识(2013年).中华眼科杂志,2013,49:73-75．

[3]刘玉璞,孙艳华.单纯物理治疗睑板腺功能障碍的疗效分析[J].世界最新医学信息,2016,16(93):54.

[4]汤小云,屈珺.中药联合紫金锭外敷治疗儿童霰粒肿疗效观察[J].云南中医中药杂志，2016,37(12):40.

[5]蔡建,曹伯泉.眼用电热敷器的研制[J].交通医学,1997,11(3):387.