弋秋平，趙淑蘋，張雯雯，楊麗瑩，劉娟，龍連杰

(東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

0 引言

隨著電視、電腦、手機(jī)等智能設(shè)備的應(yīng)用，給人們生活帶來便捷的同時也給人們的身體增添了許多負(fù)擔(dān)，諸如用眼過度、頸椎病等問題屢見不鮮。尤其是眼睛的過度使用，導(dǎo)致了眼部出現(xiàn)疲勞。一些現(xiàn)代醫(yī)療小常識告訴我們，使用熱敷的方法會有效緩解眼部疲勞，尤其對于用眼強(qiáng)度過大的人群具有很好的保健作用。此外，許多眼部疾病(眼部神經(jīng)受損、眶上裂等)的針灸及術(shù)后恢復(fù)都需要進(jìn)行熱敷，因此眼部熱敷的治療和保健效果越來越多地受到重視。而現(xiàn)有的熱敷手段單一、低效、不便捷，且不能循環(huán)使用，無法使熱敷效果達(dá)到最佳狀態(tài)，創(chuàng)新研發(fā)一種新型的眼部熱敷手段，尤為迫切。

蠟療熱敷是從古代一直沿用至今的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的治療方法,這種理療方法需要將石蠟加熱后直接均勻涂于患部。它具有溫通經(jīng)脈,舒筋止痛,消腫散淤等功效，適用于多種疾病的保健和康復(fù)治療。現(xiàn)代蠟療技術(shù)有效地將中醫(yī)藥理知識與蠟療手段結(jié)合在一起，讓細(xì)胞膜的通透性大大增強(qiáng)，減輕由于細(xì)胞膜兩側(cè)滲透壓不同而引起的組織水腫,促使其產(chǎn)生柔和的機(jī)械壓迫作用，增強(qiáng)患部的柔和度和彈性，改善患部營養(yǎng)，使患部上皮組織快速生長，促進(jìn)局部組織的愈合。除此之外，熱敷還具有緩解患者局部疼痛、解除痙攣和緩解疲勞的作用。對眼部進(jìn)行熱敷可促進(jìn)眼部組織血液流通，加速血液循環(huán)，提高自身免疫力和修復(fù)受損細(xì)胞，促進(jìn)炎癥的消退，對于學(xué)習(xí)任務(wù)繁重的學(xué)生和長期面對電腦用眼過度人群具有顯著的保健功效。因此，具有眼部熱敷功能的眼罩產(chǎn)品越來受到人們的歡迎。

1 現(xiàn)狀及研究意義

國內(nèi)外對于眼部熱敷方法的研究由來已久。我國從古代就有用熱鹽敷于眼部消腫和使用一些中藥進(jìn)行熱敷消腫止痛的治療方法，這種方法可用于治療一些常見的眼部問題，如眼部的一些化膿性炎癥疾病，如急性淚囊炎、急性淚腺炎及眼瞼皮下瘀血等。眼部熱敷可以促進(jìn)炎癥的吸收和消散，減輕深部組織充血，使局部血管擴(kuò)張，促進(jìn)局部組織血液循環(huán)，提高機(jī)體抵抗力和修復(fù)能力，對于治療眼部充血、角膜炎、虹膜炎、麥粒腫、霰粒腫[1]、MGD[2][3]及緩解視疲勞、防止眼睛干澀[4]等，具有良好的臨床治療效果和保健效果。尤其對于用眼壓力過大的人群具有很好的保健作用。因此，眼部熱敷的治療和保健效果越來越受到大眾的肯定。

目前，醫(yī)療和家庭熱敷方法多為熱毛巾法、熱水袋法和熱敷眼罩法。熱水袋法主要是在熱水袋中裝滿溫度適宜的熱水，在其外部包裹上紗布或干凈毛巾，將其放在需要熱敷的眼部，利用熱水袋中的溫度傳遞給眼部組織，達(dá)到熱敷的效果。熱毛巾法則主要是選擇干凈的毛巾，用熱水打濕后擰干，利用毛巾散發(fā)出的熱氣熏蒸眼部，這兩種方法溫度一般都控制在40度左右(注意溫度適中，避免燙傷)，每次熱敷15～20分鐘。熱敷眼罩是選擇舒適的織物作為眼罩外部材料，在里面填充適當(dāng)?shù)陌l(fā)熱、傳熱物質(zhì)，根據(jù)眼部的形狀設(shè)計(jì)合理的外觀，使其與眼部完全貼合，傳遞熱量達(dá)到熱敷的效果。熱水袋法和熱毛巾法熱敷溫度和時間不好控制，熱敷眼罩多為“電熱毯式加熱法”，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，而前者熱敷發(fā)熱材料為固體，與眼部貼合效果不好、接觸面積小、熱敷時眼部溫度不均勻，易引起局部過熱，達(dá)不到眼部全面熱敷的目的，不能實(shí)現(xiàn)溫度合理控制，熱敷溫度不均勻等問題還有待解決。因此，急需研究一種能改善和解決這些問題的新型產(chǎn)品。

2 基本原理

結(jié)合工程材料學(xué)的知識和人體工學(xué)知識，利用傳統(tǒng)蠟療原理——石蠟：石蠟是將石油作為原材料，通過分離、蒸餾、提純等化學(xué)工藝流程提取出來的一種烴類混合物，它的熱量相對于其他混合物較大，導(dǎo)熱能力較差，蓄積熱量的能力強(qiáng)，具有良好的可塑性與粘滯性，且可以軟化多種物質(zhì)。它在常溫下為白色或淡黃色半透明無水的固體,無臭無味。優(yōu)良的物理化學(xué)性能使其具有溫經(jīng)散寒通絡(luò)、活血化瘀、消腫止痛、祛風(fēng)除濕等功效。利用醫(yī)用石蠟蓄熱性能好,熱力恒定(蠟液全部溶化時僅需55℃,熱敷20分鐘后仍保持在45℃左右)的材料特點(diǎn),石蠟在熔解過程中吸收許多能量,而釋放的過程熱能散失緩慢。同時,石蠟具有良好的延展性、可塑性和黏滯性，由于石蠟具有許多優(yōu)良的物理性能，因此把蠟療作為眼部熱敷的導(dǎo)熱體，可以做到與眼部的完全貼合并保持恒溫。利用人體工學(xué)知識，結(jié)合醫(yī)學(xué)醫(yī)療常識，通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)分析，眼罩本體采用一種親膚織物，使其在與眼部的貼合過程中不會產(chǎn)生過敏或者不舒服的現(xiàn)象，能夠更好地與眼部相適應(yīng)，眼罩本體的柔性敷眼部能夠很好地貼合人的眼睛，使眼睛受熱均勻而全面，柔性敷眼部對眼睛的熱敷溫度緩慢變化且基本穩(wěn)定，與傳統(tǒng)熱敷方法相比效果明顯提高。將太陽能充電裝置引入眼部熱敷裝置，利用太陽能充電，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能給眼罩持續(xù)供電，以達(dá)到節(jié)能減排、高效、環(huán)保的功能。最終研制出一種節(jié)能、高效、舒適性的“醫(yī)用可免充電式蠟療熱敷眼罩”，使它成為一種兼具醫(yī)療效果和日常保健功能為一體的家庭必備產(chǎn)品。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 外觀設(shè)計(jì)

外觀將采用太陽能充電裝置和眼罩分離方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。眼罩的外包裝選擇高強(qiáng)度織物，做到環(huán)保親膚，并在外觀設(shè)計(jì)上符合人體眼部工學(xué)，確保配戴舒適，同時進(jìn)行不斷地優(yōu)化與完善，在反復(fù)優(yōu)化過程中，選擇最符合美學(xué)效應(yīng)且能夠保證正常工作的外觀結(jié)構(gòu)。太陽能充電裝置主要由太陽能板、電能轉(zhuǎn)換裝置、電阻絲、集電器組成。將二者分離設(shè)計(jì)是為了減少可能因太陽能充電裝置故障而造成的不必要傷害，同時保證熱敷眼罩自身的便攜性。

3.2 太陽能充電裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

設(shè)計(jì)出太陽能充電裝置外觀，分別測試太陽能電板的蓄電能力、充電觸電裝置的觸發(fā)性能、電能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效果、集電器等輸入和輸出額定功率和額定電壓電流等。通過多次試驗(yàn)測試，不斷驗(yàn)證太陽能充電裝置的性能，檢測其合理性，確保最終能夠高效、快速地為眼罩主體提供電能。

3.3 眼罩內(nèi)蠟溶袋發(fā)熱裝置設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)

眼罩內(nèi)的蠟溶袋將采用多重高分子聚合絕緣材料，確保密閉及安全。然后分別進(jìn)行蠟溶袋包裝的隔熱等性能測試和醫(yī)用石蠟液體發(fā)熱測試，確定加熱電阻絲的分布及功率試驗(yàn)，確保眼罩內(nèi)蠟溶袋發(fā)熱裝置能夠保證正常熱敷時所需要的溫度要求。

3.4 各部件組裝

將通過試驗(yàn)測試過的太陽能充電裝置和熱敷眼罩組件部分進(jìn)行組裝，然后進(jìn)行擬合試驗(yàn)。在擬合試驗(yàn)的過程中充分考慮設(shè)備的合理性，設(shè)想在使用過程中可能出現(xiàn)的所有狀況，以及在出現(xiàn)狀況后的解決方法和防范這些故障的措施，最終測試熱敷眼罩的效能，通過測試，使其性能盡可能達(dá)到最佳狀態(tài)。

4 各部分基本功能

4.1 太陽能充電裝置

太陽能充電裝置主要給眼罩主體提供電能，這是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，將從外界吸收的太陽能和光能轉(zhuǎn)化為電能提供給眼罩，實(shí)現(xiàn)充電的功能。太陽能充電裝置主要由太陽能板、電能轉(zhuǎn)換裝置、電阻絲、集電器等部分組成。太陽能板是太陽能充電裝置的核心，由若干單體串聯(lián)或者并聯(lián)組成密封的組件，實(shí)現(xiàn)光與電的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換的過程中起到能量傳遞的作用。電能轉(zhuǎn)換裝置是利用變壓器的工作原理，將轉(zhuǎn)換而來的電能實(shí)現(xiàn)變壓，通過降壓操作將電壓降低到眼罩所需要的額定電壓，以便給眼罩以合適的電壓進(jìn)行充電。電阻絲的主要功能是保護(hù)電路,防止電流過大，便于測量，與電源串聯(lián)一個或者若干個定值電阻來改變電源內(nèi)阻，將它改裝成電流表或者電壓表，用以調(diào)節(jié)電流的大小。集電器是集電拾取電能的主要裝置，它利用集電刷滑動接觸導(dǎo)軌，將電能直接傳遞至眼罩，在此過程中實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移動供電。

4.2 熱敷眼罩

熱敷眼罩主要由眼罩外框、石蠟填充材料、蠟溶袋等組成。結(jié)合工程材料學(xué)的知識和人體工學(xué)知識制作適合絕大部分人眼型的眼罩外框，它主要起固定蠟溶袋并與眼部保持良好接觸的作用。蠟溶袋主要是將石蠟溶液固定在其中且不讓其溢出，保證眼罩的舒適。石蠟主要用以蓄積熱量，保持熱力恒定，提供適宜眼部的合適溫度。熱敷眼罩是本創(chuàng)新試驗(yàn)最重要的部分，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)充分考慮與人體眼部接觸可能出現(xiàn)的問題，選擇最合適的親膚材料制作眼罩是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重中之重。眼罩親膚性能的好壞直接關(guān)系到熱敷的效果。

4.3 溫控裝置

它根據(jù)轉(zhuǎn)換過程中的眼罩內(nèi)部溫度變化，在開關(guān)內(nèi)部產(chǎn)生彈性形變，從而產(chǎn)生相應(yīng)的物理變化，自動控制系統(tǒng)的斷開或者導(dǎo)通狀態(tài)的元件，簡稱溫控器；或者通過溫控器傳遞溫度信號，溫度控制器感受到這個信號后發(fā)出開關(guān)指令，從而控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)以達(dá)到最佳的溫度和節(jié)能效果。溫度控制器主要是實(shí)現(xiàn)將太陽能充電裝置傳遞過來的熱量控制在人體眼部所需要的合適范圍之內(nèi)，使熱敷材料保持在適宜溫度，保持基本恒溫，達(dá)到最適合眼部的溫度，使眼部受熱均勻，接觸面積合適。

5 實(shí)施方案

裝置包括眼罩本體(1)、網(wǎng)狀發(fā)熱絲(2)、供電裝置(3)以及主控制器(4)。眼罩本體(1)主要包括兩個柔性敷眼部(1a)，柔性敷眼部內(nèi)設(shè)有容納腔(1b)，容納腔內(nèi)設(shè)有呈扁平狀的柔性密封袋(5)，柔性密封袋(5)由絕緣導(dǎo)熱膜制成，且柔性密封袋內(nèi)充滿醫(yī)用石蠟(6)；柔性密封袋(5)的外表面由兩個側(cè)曲面構(gòu)成，其中一個側(cè)曲面為被加熱曲面(5a)，另一個側(cè)曲面為熱敷曲面(5b)，網(wǎng)狀發(fā)熱絲(2)均布在柔性密封袋的被加熱曲面(5a)上，供電裝置(3)與網(wǎng)狀發(fā)熱絲(2)相連，主控制器(4)與供電裝置(3)相連。

供電裝置(3)包括蓄電池(3a)和太陽能充電裝置(3b)，蓄電池(3a)分別與主控制器(4)、網(wǎng)狀發(fā)熱絲(2)、太陽能充電裝置(3b)相連。

過熱保護(hù)器(7)緊貼在柔性密封袋的熱敷曲面(5b)的邊緣處，并且過熱保護(hù)器(7)與主控制器(4)相連。

圖1 眼罩沿A-A線的剖視圖

圖2 蠟療式熱敷眼罩的示意圖

圖3 眼罩的電路示意圖

6 結(jié)語

本文通過查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)，結(jié)合人體眼部護(hù)理和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及材料化學(xué)相關(guān)專業(yè)知識，對“醫(yī)用可免充電式蠟療熱敷眼罩”進(jìn)行了自主設(shè)計(jì)、材料選擇和實(shí)物制作等相關(guān)實(shí)踐，取得了很好的成效。本研究針對傳統(tǒng)蠟療熱敷中的熱敷溫度和時間控制不好，與眼部貼合效果不好、接觸面積小、熱敷時眼部溫度不均勻、易引起局部過熱等問題進(jìn)行了優(yōu)化與改善，旨在發(fā)明一種健康、舒適、環(huán)保、節(jié)能、方便的新型裝置。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)測試證明，此種新型眼罩具有優(yōu)良的實(shí)用性能，是一種可以廣泛運(yùn)用到實(shí)際生活中的理想保健儀器。

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