間歇式霧化控制器的研制

徐小普，朱顯

武溫州醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院，浙江， 溫州， 325027

對哮喘等呼吸道疾病的治療，常常采用將液態(tài)藥品霧化，隨病人呼吸吸入直接到達(dá)治療部位的治療方法。霧化治療對兒童病人療效顯著，已成為兒童醫(yī)院常規(guī)治療方法。目前有兩種霧化方式，一種采用超聲霧化治療儀的超聲霧化方法，另一種采用一定壓力的空氣作為動(dòng)力的噴射霧化方法。兩種方法霧化治療的效果都很好，但是存在著共同的缺點(diǎn)，即都是持續(xù)霧化方式，在治療過程中，病人在呼氣時(shí)霧化器還在持續(xù)給藥。這樣造成的影響有兩個(gè)，一是浪費(fèi)藥品，按呼吸比為1:1計(jì)算的話，浪費(fèi)藥品為50%；二是霧化藥品進(jìn)入治療室空間，增加空氣中藥品成份的含量，對在同一房間治療的其他病人和陪同的家屬造成影響。 采用間歇霧化的方式，雖不能完全消除這兩種影響，但可以把影響減少到最小，在提倡環(huán)保的當(dāng)今社會(huì)，是非常有意義的。所以，我們設(shè)計(jì)研制了這款間歇霧化控制器，對超聲霧化器和噴射霧化器略做改造，即可實(shí)現(xiàn)間歇霧化的功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 工作原理

間歇霧化的目的是實(shí)現(xiàn)病人吸氣時(shí)給霧化藥物，在呼氣時(shí)停止，即實(shí)現(xiàn)間歇霧化與病人呼吸的同步。由于不同的病人的呼吸頻率和吸呼比不同，要實(shí)現(xiàn)理想的間歇霧化，必須有病人呼吸信號檢測裝置，這樣的控制器較復(fù)雜，使用也不方便。但是在霧化治療的短時(shí)間內(nèi)，同一個(gè)病人的呼吸頻率和吸呼比是容易保持基本不變的。所以，只要設(shè)計(jì)一種可以調(diào)節(jié)和顯示間歇頻率和占空比的控制電路，對不同的霧化器電路進(jìn)行控制，即可達(dá)到目的。由于正常人的呼吸頻率在16～20次/min，吸呼比在1:1～1:5，所以控制器的設(shè)計(jì)可調(diào)間歇頻率范圍在10～40次/min，吸呼比范圍在1:1～1:6，即可滿足不同病人不同生理狀況下的要求。

超聲霧化器一般由電源、高頻振蕩電路、超聲換能器、水位限制開關(guān)和送風(fēng)電機(jī)組成。高頻振蕩電路驅(qū)動(dòng)超聲換能器實(shí)現(xiàn)霧化，由送風(fēng)電機(jī)向病人端送霧。雖然控制霧化器的電源可以方便地實(shí)現(xiàn)間歇霧化控制，但是控制的電壓較高，電流較大，容易對電路產(chǎn)生干擾和沖擊。高頻振蕩電路的核心是晶體三極管，在三極管的基極和地之間接入受控的繼電器開關(guān)，當(dāng)繼電器閉合時(shí)起振條件被破壞，振蕩電路不起振，無霧化；當(dāng)繼電器打開時(shí)，振蕩電路恢復(fù)原狀，可正常起霧。這樣就可在低壓和小電流下實(shí)現(xiàn)超聲霧化的間歇控制。

噴射式霧化器都采用高壓空氣流產(chǎn)生霧化，只需切斷氣源，就可停止霧化。所以設(shè)計(jì)一個(gè)電磁閥，接到霧化裝置的供氣回路。通過控制電磁閥的開或關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)間歇霧化。

1.2 控制器電路設(shè)計(jì)

根據(jù)間歇控制器的原理分析，設(shè)計(jì)了控制器電路圖（見圖1）。

圖1 間歇控制器電路圖Fig.1 Circuit of Nebulizer Controller

該電路采用AT89C2051單片機(jī)作為核心。該單片機(jī)是一個(gè)低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，功能強(qiáng)大的單片機(jī)，只有20個(gè)引腳，15個(gè)雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是一個(gè)完整的8位雙向I/O口，兩個(gè)外中斷口，兩個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。采用單片機(jī)設(shè)計(jì)，使得電路非常簡單，外圍只有顯示部分、控制開關(guān)和輸出部分。

圖2 間歇控制信號波形圖Fig.2 Waveform of Nebulizer Controller

通過單片機(jī)編程，設(shè)定間歇頻率（10～40次/min）和吸呼比（1:1～1:6）的范圍；頻率控制開關(guān)S1和S2接到單片機(jī)的P1.5和P1.6，分別用于控制間歇頻率的增減，增減幅度為1次/min；吸呼比控制開關(guān)S3和S4接到單片機(jī)的P1.4和P1.3，分別用于控制吸呼比的增減，增減幅度為1：1；數(shù)碼管DS1和DS2用于顯示間歇頻率，DS3和DS4顯示吸呼比。間歇控制信號從單片機(jī)P1.7（即20腳）輸出，信號波形如圖2所示。吸呼比（即方波的占空比）等于t1與t2的比值。間歇控制信號通過三極管Q1控制繼電器或電磁閥同步工作。繼電器與超聲霧化器的電路連接就不在此贅述了。

1.3 控制器使用方法

首先將控制器與經(jīng)過改造的霧化器連接，超聲霧化和噴射霧化的連接方式不同；將霧量控制旋鈕調(diào)至最低開機(jī)，然后根據(jù)病人的呼吸頻率和吸呼比，通過S1-S4控制開關(guān)調(diào)節(jié)合適的間歇頻率和停頓時(shí)間，增加霧量即可看到間歇噴霧輸出。其余使用方法與原霧化器使用方法相同。在治療過程中可以隨時(shí)根據(jù)病人呼吸情況調(diào)節(jié)間歇頻率和吸呼比，以達(dá)到病人與設(shè)備的最佳配合。

2 總結(jié)

該間歇霧化控制器帶有頻率和呼吸比的顯示功能，使用非常方便。由于病人的呼吸自主控制能力較強(qiáng)，病人很容易與經(jīng)過改造的間歇式霧化器同步呼吸，達(dá)到節(jié)約霧化用藥和環(huán)保的目的，經(jīng)試驗(yàn)節(jié)約藥物的量達(dá)60%左右。對超聲霧化器進(jìn)行間歇控制，減少了治療過程中超聲換能器的工作時(shí)間，減少了功耗，相對延長了超聲換能器的使用壽命。同時(shí)由于單片機(jī)的成本很低，該控制器的成本也低，非常適合對各種醫(yī)用霧化器的改造，有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]陳錦康, 羅強(qiáng).間歇超聲霧化器的設(shè)計(jì)研討[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備雜志, 1997,（1）:5-7.

[2]崔廣新.高性能價(jià)格比單片機(jī)AT89C2O51[J].電子技術(shù)應(yīng)用,1996, 22(2)：47-49.

[3]李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 1993.