中藥熱霧治療儀的研制與應(yīng)用

李朝波 何樹成 王娜娜 王世浩 謝博多 王春梅*

中藥熱霧治療儀的研制與應(yīng)用

李朝波①何樹成②王娜娜②王世浩①謝博多③王春梅①*

目的：研制中藥熱霧治療儀，將熱霧治療墊內(nèi)的藥液霧化后激活成具有活性的分子微粒，經(jīng)皮膚進入人體深層，以促進藥灶區(qū)域的血液循環(huán)、代謝物質(zhì)的交換和損傷組織的修復(fù)。方法：通過采樣溫度信息，單片機輸出PWM波控制熱霧治療儀內(nèi)的發(fā)熱元件，加熱藥物并進行治療。結(jié)果：中藥熱霧治療儀的研制，在療養(yǎng)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科室得到了廣泛的應(yīng)用，可依據(jù)個人熱耐受程度任意調(diào)整設(shè)定溫度，獲得舒適的治療效果。結(jié)論：中藥熱霧治療儀溫度提升快且連續(xù)可調(diào)，熱霧治療墊內(nèi)的藥液霧化更充分，且故障率低。

中藥熱霧治療儀；熱霧治療墊；加熱腔；發(fā)熱元件；溫控顯示電路

[First-author’s address] Beidaihe Sanatorium of Beijing Military Area, Qinhuangdao 066100, China.

中藥霧化治療腰椎間盤突出癥(lumbar intervertebral disc protrusion，LIDP)是傳統(tǒng)中醫(yī)外治法與現(xiàn)代科學(xué)手段相結(jié)合的新型治療方法，具有較好的治療作用[1-2]。為了落實軍隊“能打仗，打勝仗”的要求，確?；鶎庸俦鴳?zhàn)斗力生成，不受傷病的影響，貼近平戰(zhàn)結(jié)合，本研究研制治療LIDP的中藥熱霧治療儀[3-5]。

中藥霧化療法所采用的中藥大多由活血化瘀、祛風除濕及通經(jīng)活絡(luò)的藥物組成，同時藥墊中加入食醋，可使藥物直達病所[6-7]。這些藥物在滲透過程中，可以增強局部組織的血液循環(huán)，促進肌肉、肌腱及骨組織的修復(fù)，藥力從皮膚到肌肉組織，從筋到骨，層層滲透，溫通關(guān)節(jié)，松解局部肌肉和神經(jīng)根的牽拉，從而減輕甚至消除臨床癥狀[8-9]。為了使藥墊中的中藥便于人體皮膚的吸收，通過中藥霧化治療儀使藥物霧化形成微粒狀態(tài)，經(jīng)皮膚滲入體內(nèi)直達病灶[10-11]。

1 中藥熱霧治療儀總體結(jié)構(gòu)

該治療裝置的設(shè)計以單片機為核心，由電源模塊、時鐘復(fù)位電路、顯示模塊、溫度傳感器、聲光報警電路、控制驅(qū)動模塊以及加熱電路等組成[12]。通過按鍵設(shè)置治療時間和目標溫度，然后將溫度傳感器采集到的溫度值T傳給單片機，由單片機控制LCD顯示器實時顯示溫度和定時情況。在設(shè)定時間內(nèi)，判斷溫度是否超出規(guī)定范圍，對于低于目標設(shè)定溫度范圍的情況，采取分階段加熱模式；而超過設(shè)定溫度范圍的給予報警并停止加熱(如圖1所示)。

圖1 中藥熱霧治療儀結(jié)構(gòu)原理框圖

2 中藥熱霧治療儀硬件電路設(shè)計

治療儀通過單片機驅(qū)動電路完成對加熱部件的控制，并設(shè)置按鍵、LCD顯示以及定時中斷，實現(xiàn)治療儀定時和溫控的目的。單片機采用AT89C51，是一種帶4K字節(jié)Flash的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，具有28×8位內(nèi)部RAM，32個可編程I/O口，2個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，以及可編程串行通道。電源部分采用變壓器、整流電路以及穩(wěn)壓芯片等，輸出供單片機使用的直流5 V電壓和供加熱棒工作的交流36 V電壓。溫度和時間的設(shè)定采用按鍵方式，并由LCD顯示器顯示設(shè)定內(nèi)容。聲光報警由蜂鳴器以及發(fā)光二極管組成。溫度傳感器采用美國達拉斯(Dallas)公司的單總線數(shù)字溫度傳感器芯片DSl8B20，具有體積小、功耗低、抗干擾能力強以及與微處理器連接方便等特點，其測溫范圍在-55～125 ℃(如圖2所示)。

圖2 中藥熱霧治療儀主要電路連接圖

(1)控制及驅(qū)動部分。主要是依據(jù)雙向可控硅的相位控制原理，由單片機根據(jù)溫度傳感器反饋信息，輸出不同的PWM波對加熱功率進行調(diào)節(jié)，達到節(jié)能、加熱穩(wěn)定及減少調(diào)節(jié)時間的效果。

(2)實現(xiàn)加熱霧化功能。將中藥充分霧化為微粒狀，必須對加熱頭、加熱腔及保溫層進行科學(xué)的設(shè)計及試驗。采用的加熱頭為U型加熱棒，具有加熱快、效果好及性能穩(wěn)定的特點，并且其內(nèi)部除去2個電源接頭外無多余的連接，與傳統(tǒng)的加熱片并聯(lián)電路相比，具有低故障的優(yōu)點。加熱腔外部設(shè)計尺寸為190 mm×14 mm×70 mm，內(nèi)部尺寸為170 mm×120 mm×20 mm，隔熱棉厚度為20 mm，局部熱霧治療儀腔內(nèi)溫度為75～85 ℃，皮膚表面溫度為35～55 ℃。

3 中藥熱霧治療儀軟件設(shè)計

由于溫度控制系統(tǒng)具有非線性、純滯后和大慣性的特點，使得控制方式超調(diào)大、調(diào)節(jié)時間過長且不精確，故本設(shè)計采取依據(jù)溫度變化，靈活改變輸出加熱功率的方式進行溫度的控制(如圖3所示)[13]。

(1)調(diào)節(jié)加熱功率方式。主要依據(jù)當前溫度T與設(shè)定值TSET的關(guān)系：當T＜TSET-5時，單片機輸出PWM1波控制加熱功率；當TSET-5＜T＜TSET-1時，單片機輸出PWM2波降低加熱功率，使得溫控更精確、及時；當TSET-1＜T＜TSET+1時，到達預(yù)定的溫度范圍，停止加熱并保持；當TSET+1＜T時，聲光報警提醒，單片機停止輸出，加熱棒不工作。

(2)治療儀運行過程。開機與220 V市電電源連接，經(jīng)電源模塊供給加熱腔一個36 V安全電壓，按鍵設(shè)定時間和溫度，單片機啟動定時及按鍵中斷，采樣當前溫度并顯示；依據(jù)當前溫度，啟動加熱棒，并繼續(xù)間隔采樣溫度信息，當溫度到達設(shè)定值范圍內(nèi)，停止加熱并提示；患者可隨時了解加熱腔的溫度，同時根據(jù)個人的耐受力，隨意調(diào)整溫度。當治療時間完成或者提前按鍵結(jié)束時，單片機停止輸出，關(guān)閉加熱棒。

圖3 軟件實現(xiàn)流程圖

4 中藥熱霧治療儀功能特點及參數(shù)

中藥加熱霧化裝置通過采樣監(jiān)測加熱溫度，由單片機控制熱霧治療儀內(nèi)的發(fā)熱元件，達到加溫快速、穩(wěn)定以及恒定的效果，可依據(jù)自身的熱耐受程度，實現(xiàn)舒適治療溫度的功能。同時局部熱霧治療儀、熱霧治療墊與皮膚三者之間形成一個相對密封的治療空間，使液體介質(zhì)在熱霧治療儀內(nèi)被霧化激活成具有活性的分子微粒，經(jīng)皮膚進入人體深層，促使病灶區(qū)域的血液循環(huán)、代謝物質(zhì)的交換和損傷組織的修復(fù)。

中藥熱霧治療儀不僅對訓(xùn)練傷治療有效，同時還可用于人體組織因缺血、退變和無菌性炎癥所導(dǎo)致的損害[14-15]。常用于治療椎間盤突出癥、頸椎病、頸椎后縱韌帶骨化癥、骨關(guān)節(jié)退行性滑膜炎以及骨關(guān)節(jié)炎等缺血性組織病變[16]。

(1)中藥加熱霧化裝置性能特點。①實現(xiàn)了溫度實時控制，且調(diào)節(jié)周期降低；②加熱面積增大，加熱更均勻，且U型加熱棒的故障率低；③溫度提升更快，提升方式更合理，降低了超調(diào)度。

(2)主要參數(shù)。①輸入電壓為AC 220 V±10%；②輸出電壓≤36 Vac；③輸出功率≥54 W；④溫度設(shè)置為75～85 ℃；⑤時間設(shè)定為80 min。

5 結(jié)語

研制開發(fā)中藥霧化治療儀，主要著眼于基層連隊衛(wèi)生業(yè)務(wù)正規(guī)化建設(shè)部署，為基層營連在平戰(zhàn)外訓(xùn)時提供體積小、重量輕、操作簡便及效果明顯的中藥霧化治療儀。該治療儀對于提高基層單位的自我衛(wèi)生保障能力和平戰(zhàn)訓(xùn)練能力具有顯著意義，并有良好的應(yīng)用前景。

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Development and application of traditional Chinese medicine thermal fog treatment instrument

LI Chao-bo, HE Shu-cheng, WANG Na-na, et al// China Medical Equipment, 2015,12(1):70-72.

Objective: Atomize the medicine liquid inside the thermal fog treatment pad to molecular particles with activity. These molecular particles enter the deep human body through skin, and promote the blood circulation of medicine focal region, the exchange of metabolites and reconstruction of damaged tissue. Methods: By sampling the temperature, the MCU outputted PWM to control the heating element which was inside the therapy device, then heated the drug and treatment of the patient. Results: Research and develop a set of traditional Chinese medicine thermal fog treatment instrument successfully. And it has been widely used in the department of rehabilitation medicine of the sanatorium. Adjust the instrument according to the difference of thermotolerance of each person and make everyone get comfortable treatment temperature. Conclusion: This thermal fog treatment instrument has a lot of advantages, temperature increase fast, atomization of medicine liquid inside the thermal fog treatment pad is more fully, low failure.

Traditional Chinese medicine thermal fog treatment instrument; Thermal fog treatment pad; Heating chamber; Heating elements; Temperature-control display circuit

李朝波,男,(1963- ),碩士，副主任技師。北京軍區(qū)北戴河療養(yǎng)院醫(yī)務(wù)部，從事醫(yī)療設(shè)備管理、維修及質(zhì)量控制工作。

1672-8270(2015)01-0070-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.023

2014-10-20

①北京軍區(qū)北戴河療養(yǎng)院醫(yī)務(wù)部 河北 秦皇島 066100

②北京軍區(qū)北戴河療養(yǎng)院醫(yī)學(xué)工程科 河北 秦皇島 066100

③北京軍區(qū)北戴河療養(yǎng)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科 河北 秦皇島 066100

*通訊作者：chunmei0215@sina.com