本發明涉及一種墊子，特別涉及一種基于介電彈性體的防褥瘡墊，屬于康復醫療器械技術領域。

背景技術：

褥瘡，是由于局部組織長期受壓，發生持續缺血、缺氧、營養不良而致組織潰爛壞死。據統計，我國目前約有45萬長期臥床病人，腦血管意外、車禍、外傷骨折等這些都可能導致長期臥床。專家披露了一個嚴峻數字：僅僅因臥床引發嚴重褥瘡感染導致死亡者(而非死于自身患有的心腦血管病變)占長期臥床病人的50％。

褥瘡好發于受壓和缺乏脂肪組織保護、無肌肉包裹或肌層較薄的骨骼隆突處，如骶尾、髂嵴、足跟、肩胛等處，亦可發生于無法站立而處于長久坐姿的患者身上。總之，受力的部位容易產生褥瘡。

造成褥瘡發生的物理力主要有壓力、摩擦力、剪切力。

1.垂直性壓力

壓力作用于皮膚是導致褥瘡發生的最重要的因素，壓力所致褥瘡與壓力的大小及受壓的時間密切相關。正常皮膚的毛細血管存在一定的壓力，許多研究提示若外界施予局部的壓力超過終末毛細血管動脈壓的兩倍，即70mmhg，且壓力持續在1～2h之間，即可阻斷毛細血管對組織的灌流，引起組織缺氧，受壓超過2h以上就會引起組織不可逆的損傷。

2.摩擦力

摩擦力作用于皮膚，會直接損傷皮膚的角質層。摩擦力是身體處于不穩定體位而滑動時，其支撐面受到支持面對其的作用力。

3.剪切力

剪切力是因兩層組織相鄰表面間的滑行，產生進行性的相對移位所引起，是由摩擦力和壓力相加而成，剪切力與體位最為密切，以半坐位多見。剪切力還可直接造成皮下組織破損，導致褥瘡發生。

一般來說，褥瘡的發生都是由以上2～3種力的共同作用而引起。

目前，防褥瘡氣墊是通過物理方法防治褥瘡的主流產品，其通過兩組條形氣袋每十至二十分鐘一個周期的自動交替充氣鼓起，排氣收縮，使躺于其上患者的身體受壓部得以不時變換。多條氣室交替波動，可以給患者不停的按摩，促進血液循環，有效的改善組織缺血缺氧，防止局部組織長久受壓而生褥瘡。

但是，傳統防褥瘡氣墊有以下缺點：

1.噪聲

很多廠家都號稱是“低噪音設計，不大于20分貝”，但還是有明顯噪聲，對病人休養產生干擾，用戶體驗非常不好。

2.易壞

所有氣墊床廠家都提示“氣墊應避免與尖銳物質接觸，以防劃破氣囊和充氣導管”，因為氣囊和充氣導管都是橡膠制品，容易老化和破損，容易被尖銳物體劃破。

3.難維修

如果是充氣導管和氣泵泄露，必須返廠檢測和維修，保持整個系統氣密性是產品正常工作的關鍵。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供新型的防褥瘡墊，更好地防止褥瘡的發生。

為了解決以上技術問題，本發明提供一種防褥瘡墊，由排布于同一個平面或曲面并依靠控制模塊控制的多個驅動器組合形成，每個驅動器能夠獨立活動，每個驅動器能夠實現至少三個自由度的活動。

進一步地，三個自由度兩兩相互正交。

進一步地，每個驅動器按照矩形陣列排布于同一個平面。

進一步地，驅動器由介電彈性材料制成，驅動器通過導電材料連接至控制模塊。

進一步地，驅動器包括框架、彈性薄膜、第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極、第四柔性正極、柔性負極，彈性薄膜的邊緣固定在框架上，第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極和第四柔性正極貼合在彈性薄膜第一表面，柔性負極貼合在彈性薄膜第二表面。

進一步地，第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極、第四柔性正極由涂敷于彈性薄膜第一表面的導電碳膏形成，柔性負極由涂敷于彈性薄膜第二表面的導電碳膏形成。導電材料選用導電膠帶，第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極、第四柔性正極、柔性負極分別通過一條導電膠帶連接至控制模塊。

進一步地，第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極和第四柔性正極按照圓周陣列排布。第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極和第四柔性正極均為四分之一扇環形，負極為圓形。

本發明的有益效果：介電彈性體防褥瘡墊成本低，電轉換效率高，沒有噪聲，維修方便。

附圖說明

圖1是本發明一個較佳實施例中的驅動器不加電狀態的俯視圖；

圖2是圖1所示驅動器不加電狀態的側視圖；

圖3是圖1所示驅動器在x方向運動的俯視圖；

圖4是圖1所示驅動器在x方向運動的側視圖；

圖5是圖1所示驅動器在y方向運動的俯視圖；

圖6是圖1所示驅動器在y方向運動的側視圖；

圖7是圖1所示驅動器在z方向運動的俯視圖；

圖8是圖1所示驅動器在z方向運動的俯視圖；

圖9是本發明一個較佳實施例中防褥瘡墊水平方向中間3個驅動器產生z方向位移而下沉的示意圖；

圖10是圖9所示防褥瘡墊垂直方向中間3個驅動器產生z方向位移而下沉的示意圖；

圖11是圖9所示防褥瘡墊水平方向中間驅動器產生x方向位移，兩邊驅動器產生反向x方向位移的示意圖。

具體實施方式

介電彈性體是一種新型材料，就是一種加上電壓即可出現形變的電激活聚合物。介電彈性體薄膜居于兩個電極之間，當給轉換器施加電壓后，電流通過外部導線從一個電極流向另外一個電極，電極上符號相反的帶電粒子引起介電彈性體薄膜變形，通俗地講，介電彈性體驅動器是由介電彈性體和電極構成的柔性電容。

介電彈性體作為一種新型電致感應智能材料，具有以下優點：較高的機電轉換效率、質量輕、價格低、運動靈活、易于成形、不易疲勞損壞。介電彈性體能夠用來制作柔軟、輕巧、具有高能量轉換效率的驅動器或發動機，且可以承受很大程度的彈性變形，已經用于制作機器手、軟性機器人、可調鏡頭、氣動閥門以及會扇動的機器翅膀等。但是將介電彈性體應用于褥瘡防治，目前很少有相關報道。介電彈性體3個突出優點：機電轉換效率高、價格低、易于成形和不易疲勞損壞，恰恰是傳統防褥瘡氣墊迫切需要解決的問題。

本發明針對目前傳統防褥瘡氣墊存在的問題，包括：成本高、容易壞、難維修等，提出基于介電彈性體的防褥瘡新方法，采用一種新材料(介電彈性體)，一種新的驅動方式(電場擠壓介電彈性體薄膜)，徹底摒棄了傳統電機和氣泵驅動方式。新方法制造工藝簡單，電轉換效率非常高。而且，研究采用一種新穎的介電彈性體薄膜驅動方式，實現了三自由度控制，能精準對抗導致的褥瘡的壓力，摩擦力和剪切力。工程上，本發明先制作獨立的介電彈性體驅動器(或者稱之為模塊)，然后再拼裝多個驅動器組成完整的防褥瘡墊，通過控制能夠使多模塊產生協同作用。介電彈性體只是一種薄膜材料，如果制作驅動器單體，還需要有電極、電源、框架、彈簧和控制電路等部件。

以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。

圖1至圖8是驅動器，驅動器包括框架1、彈性薄膜2、柔性正極3、柔性負極。框架1選用亞克力材料，相當于介電彈性體驅動器的“外骨骼”，提供支撐作用。彈性薄膜2的邊緣固定在框架1上，彈性薄膜2采用vhb膠帶。vhb膠帶是3m公司出廠的商品化材料，需要拉伸才能變成低價介電彈性體薄膜。

柔性正極3貼合在彈性薄膜2的第一表面，柔性負極(圖中未示出)貼合在彈性薄膜2的第二表面。柔性正極分成4個部分，分別為第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極、第四柔性正極，由涂敷于彈性薄膜第一表面的導電碳膏形成；柔性負極同樣由涂敷于彈性薄膜第二表面的導電碳膏形成。導電材料選用導電膠帶，第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極、第四柔性正極、柔性負極分別通過一條導電膠帶連接至控制模塊。第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極和第四柔性正極按照圓周陣列排布。第一柔性正極、第二柔性正極、第三柔性正極和第四柔性正極均為四分之一扇環形，負極為圓形。

防褥瘡墊由按照矩形陣列排布于同一個平面并依靠控制模塊控制的多個驅動器組合形成，每個驅動器能夠獨立活動，每個驅動器能夠實現至少三個自由度的活動。三個自由度兩兩相互正交。控制模塊采用單片機，對于防褥瘡應用，控制模塊比較簡單，就是控制高壓電源開關，以此控制介電彈性體變形的頻率和保持時間。介電彈性體變形的能量來自高壓電源。此高壓電源將交流220v轉換成直流1～6kv輸出。雖然高電壓，但因為介電彈性體薄膜是一種軟性電容，漏電流很小，對人體沒有任何危害。

抗褥瘡床墊或者模塊，必須能對抗三種力：壓力、摩擦力和剪切力，所以需要設計成三個自由度，不僅能上下運動對抗壓力，而且能水平面x和y方向運動，對抗摩擦力和剪切力。這也是本項目的創新所在，目前所有的抗褥瘡氣墊床都只有一個自由度，就是上下運動，對抗垂直方向壓力，不能消減摩擦力和剪切力。

如果介電彈性體不加電，薄膜屬于“拉伸”狀態或者“靜止”狀態，不產生x、y和z的3個方向運動和位移。如圖1和圖2所示。

如果左邊2片電極加電，左邊2片電極對應的薄膜受到擠壓，產生變形，幾何中心向右移動，反之，右邊2片電極加電，右邊電極對應的薄膜擠壓變形，幾何中心向左移動。如圖3和圖4所示。

下邊2片電極加電，下邊2片電極對應的薄膜受到擠壓，產生變形，幾何中心向上移動，反之，上邊2片電極加電，擠壓變形，幾何中心向下移動。如圖5和圖6所示。

4片電極都加電，4片電極對應的薄膜受到擠壓，產生變形，整片薄膜變松弛，由于受到軸向的彈簧拉伸或者砝碼重力作用，幾何中心產生軸向運動，4片電極都不加電，則薄膜收縮，對抗軸向的彈簧拉伸或者砝碼重力作用，幾何中心恢復軸向位置。如圖7和圖8所示。

由于單個介電彈性體在某一時刻只能產生一個x、y和z方向運動和變形，而且單個介電彈性體面積小，支撐力有限，不足以支撐人體，需要采用多模塊設計。多個介電彈性體驅動器模塊組裝后，可以提供足夠支撐力，而且多個模塊運動可以產生協同作用，比如：相鄰模塊可以同時向左或者向右，或者交替等等各種復雜運動模塊，這樣可以更有效對抗導致褥瘡的壓力、摩擦力和剪切力。

如圖9所示，水平方向中間3個驅動器產生z方向位移，下沉，而兩邊驅動器保持靜止，兩邊驅動器仍然保持跟人體緊密接觸，對應人體壓力仍然保持。而水平方向中間驅動器下沉，與人體脫離接觸，而中間驅動器對應的人體壓力為0。軟件也可以控制，讓水平方向中間驅動器保持靜止，對應人體壓力仍然保持。而兩邊驅動器產生z方向位移，即兩邊驅動器脫離于人體接觸，對應人體壓力降為0。

如圖10所示，垂直方向中間3個驅動器產生z方向位移，下沉，而兩邊驅動器保持靜止，兩邊驅動器仍然保持跟人體緊密接觸，對應人體壓力仍然保持。而垂直方向中間驅動器下沉，與人體脫離接觸，而中間驅動器對應的人體壓力為0。

如圖11所示，水平方向中間驅動器產生x方向位移，與人體接觸產生水平方向摩擦，而兩邊驅動器產生反向x方向位移，與人體接觸也產生水平反向摩擦，而且上下兩行摩擦力不一致，一個向左一個向右，這樣就產生剪切力。

與傳統防褥瘡氣墊比較，本發明研制的多模塊放褥瘡墊優點顯而易見，就是介電彈性體驅動器能產生完全對抗水平方向和垂直方向的壓力，摩擦力和剪切力，而傳統防褥瘡氣墊只能對抗水平方向壓力。

多模塊設計的其它優點還包括：

1.制作簡單，只要制作好單模塊，組裝成多模塊即可。

2.維修更換方便，單個模塊失效，直接更換即可，不影響相鄰其他模塊。任意模塊的驅動器只要接上導線即可。

以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。