高壓氧艙的自動化應(yīng)用

王海東，張敦曉，李　琳，魏　曉，潘樹義

高壓氧艙的自動化應(yīng)用

王海東，張敦曉，李琳，魏曉，潘樹義

介紹了氧艙的結(jié)構(gòu)，從自動化控制系統(tǒng)的主要功能、氧艙治療信息系統(tǒng)的應(yīng)用等方面闡述了自動化控制系統(tǒng)在高壓氧艙運行中的應(yīng)用，指出了氧艙的自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對高壓氧治療過程中的設(shè)備狀況、操控流程、運行數(shù)據(jù)等的監(jiān)測與自動控制。氧艙自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了操艙效率，改善了氧艙的安全性，為高壓氧治療提供了更加完善的設(shè)備保障。

高壓氧艙；自動化控制；信息系統(tǒng)

0　引言

隨著高壓氧艙設(shè)備的發(fā)展與進(jìn)步，氧艙的自動化應(yīng)用越來越重要，精細(xì)化、智能化是未來氧艙的發(fā)展方向。我科高壓氧艙自1998年開始使用計算機自動控制系統(tǒng)以來，根據(jù)本科具體情況，對自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，開發(fā)新的功能，目前運行狀況良好，現(xiàn)將我科的氧艙自動化控制系統(tǒng)介紹如下。

1　氧艙自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1組成

氧艙的自動化控制系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計算機（以下簡稱工控機）、A/D多路接口板、D/A多路接口板、變送器配置系統(tǒng)、執(zhí)行閥配置系統(tǒng)等組成[1]。根據(jù)各部分功能的不同，氧艙自動化控制系統(tǒng)可分為采集單元、控制單元、執(zhí)行單元等。

1.1.1采集單元

采集單元包含壓力變送器、溫度變送器、流量變送器、測氧儀、A/D多路接口板等。其功能是進(jìn)行氧艙的實時狀態(tài)采集，將氧艙的實時狀態(tài)模擬信號轉(zhuǎn)化為計算機系統(tǒng)可識別的數(shù)字信號，并傳送至控制單元。

1.1.2控制單元

氧艙自動化控制系統(tǒng)的控制單元包括工控機、D/A多路接口板等。工控機是控制系統(tǒng)的核心部件，它對高壓氧治療過程中的設(shè)備狀況、操控流程、運行數(shù)據(jù)等進(jìn)行全程監(jiān)測與控制?？刂茊卧邮盏讲杉瘑卧獋魉偷臄?shù)字信號，通過識別、判斷，經(jīng)由D/A多路接口板生成模擬信號，向執(zhí)行單元發(fā)出動作指令。

1.1.3執(zhí)行單元

執(zhí)行單元主要為執(zhí)行閥配置系統(tǒng)，即加壓調(diào)節(jié)閥、減壓調(diào)節(jié)閥、排氧調(diào)節(jié)閥等。執(zhí)行單元是控制單元發(fā)出動作指令的最終執(zhí)行者，主要完成加壓、穩(wěn)壓、減壓、排氧、通風(fēng)換氣等任務(wù)。

1.2原理

氧艙的自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。氧艙內(nèi)的壓力變送器、溫度變送器、流量變送器信號，氧氣體積分?jǐn)?shù)信號以及音頻信號傳輸?shù)焦た貦C內(nèi)的A/D多路接口板，并將其模擬信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，氧艙控制系統(tǒng)軟件加以識別、判斷后，將當(dāng)前的壓力、溫度、氧氣體積分?jǐn)?shù)等信息呈現(xiàn)到控制顯示器上；同時，按照預(yù)先設(shè)定的治療方案，發(fā)出下一步指令，再通過D/A多路接口板將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成模擬信息，輸出到執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)高壓氧治療過程中的全程自動控制。

圖1　氧艙自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2　氧艙自動化控制系統(tǒng)的主要功能

2.1加減壓過程的自動控制

氧艙自動化系統(tǒng)能夠預(yù)先設(shè)置多個治療方案，按照選擇的某治療方案自動運行，實現(xiàn)對加壓、穩(wěn)壓、減壓過程壓力的全程自動控制[2]，并可以實現(xiàn)多艙不同控制方案的同時操艙。當(dāng)壓力超限時，可以自動報警、緊急減壓。在安全限度內(nèi)嚴(yán)格控制壓力變化速率，實現(xiàn)壓力曲線的平滑過渡，避免因手動操作不當(dāng)引起的壓力驟升驟降給患者帶來的不適。

2.2“運行時間修正”功能

系統(tǒng)運行過程中，可能會出現(xiàn)特殊情況，比如計算機死機、誤操作導(dǎo)致氧艙控制程序關(guān)閉、臨時調(diào)整治療時間等。一般情況下，此時只能終止計算機自動控制，改為手動操艙。為此，我科對原有氧艙控制系統(tǒng)程序進(jìn)行改進(jìn)，增加了“運行時間修正”功能模塊，通過此模塊可以繼續(xù)實施全程自動控制。當(dāng)出現(xiàn)上述情況時，首先立即查看操艙記錄，記錄各艙室治療方案的當(dāng)前運行時間；當(dāng)計算機重新啟動進(jìn)入氧艙控制系統(tǒng)后，選定原有治療方案，通過點擊自設(shè)的特定功能鍵，調(diào)取“運行時間修正”模塊操作界面，參照剛才記錄的原治療方案運行時間，分別輸入各艙室當(dāng)前實際運行時間，點擊治療方案“開始”按鈕和“運行時間修正”模塊的“執(zhí)行”按鈕，控制程序即可繼續(xù)自動完成該治療方案的剩余部分。

2.3氧氣體積分?jǐn)?shù)監(jiān)測

自動化控制系統(tǒng)可實現(xiàn)氧艙各艙室內(nèi)的吸氧、排氧和環(huán)境氧氣體積分?jǐn)?shù)的自動監(jiān)測與過程控制[3]。當(dāng)加壓完成，艙內(nèi)患者開始吸氧時，氧艙控制系統(tǒng)自動排氧，并根據(jù)吸氧人數(shù)自動調(diào)整排氧閥的開啟度。減壓時，排氧閥全部打開，既輔助排氧，又利于排除管路中剩余的廢氧。當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)超標(biāo)時，測氧儀同時發(fā)出聲、光報警信號，系統(tǒng)自動開啟加壓閥和減壓閥，并保持艙壓，從而實現(xiàn)艙內(nèi)的通風(fēng)換氣；當(dāng)艙內(nèi)氧氣體積分?jǐn)?shù)恢復(fù)至正常后，聲、光報警自動停止。

2.4多路語音、多路視頻的自動切換

在高壓氧治療過程的多個節(jié)點（如開始治療、加壓完成、中間休息、開始減壓、出艙等）自動播放語音提示，不同艙室可獨自播放，互不干擾。在監(jiān)視器上自動切換一屏或多屏的監(jiān)控畫面。

2.5運行曲線、氧氣體積分?jǐn)?shù)曲線自動記錄

自動化控制系統(tǒng)可實現(xiàn)治療過程的全程自動記錄，自動保存運行曲線和氧氣體積分?jǐn)?shù)曲線，以圖片和文本文檔的形式保存于計算機硬盤上，以電子形式保存取代紙質(zhì)記錄，節(jié)約成本、調(diào)閱方便、保存期長。

2.6減輕操艙人員的工作量

治療過程的自動控制，使操艙人員不必對加壓、減壓、語音提示等過程手動干預(yù)，減輕了操艙人員的工作量。操艙人員在治療過程中主要擔(dān)負(fù)監(jiān)控工作，處理意外情況。

3　氧艙治療信息管理系統(tǒng)

氧艙治療信息管理系統(tǒng)是我科根據(jù)實際需求自行開發(fā)的軟件，它是氧艙重要的輔助性信息軟件[4]，可以對患者治療的信息進(jìn)行微機化管理，完成信息記錄、查詢與統(tǒng)計等工作。

3.1結(jié)構(gòu)

氧艙治療管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　氧艙治療管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2功能

3.2.1患者信息模塊

患者信息模塊可詳細(xì)記錄患者的各項治療信息。（1）基本信息，如姓名、性別、年齡、ID號、費別、臨床診斷、聯(lián)系方式等；（2）吸氧方式，如面罩吸氧、常流量吸氧、氣管切開吸氧等；（3）吸氧體位，如坐姿、輪椅、平車等；（4）吸氧環(huán)境，如普通艙、單獨開艙、常壓吸氧等。在患者進(jìn)行首次高壓氧治療時，逐項錄入以上信息，通過條碼打印機生成信息條碼，粘貼在患者治療卡上?；颊咴俅沃委煏r攜帶此卡，工作人員用條碼掃描槍掃描信息條碼，即可獲取其當(dāng)前的詳細(xì)信息。如有患者信息需要更改，可在信息維護子模塊中完成。為方便統(tǒng)計查詢，將門診患者和住院患者信息分別設(shè)置。

3.2.2繳費計費模塊

對于門診患者，持醫(yī)生開具的計價單到醫(yī)院收費處繳費后，憑發(fā)票和計價單由氧艙工作人員在此模塊以可治療次數(shù)方式錄入其繳費信息。每次治療時，通過掃描治療卡條碼，調(diào)取患者繳費信息，并記錄當(dāng)天治療內(nèi)容。當(dāng)實際治療次數(shù)接近繳費次數(shù)時，通知患者進(jìn)行續(xù)費，以完成后續(xù)療程。

對于住院患者，由于此管理系統(tǒng)未聯(lián)入醫(yī)院信息系統(tǒng)，不能進(jìn)行直接計價。住院患者治療時，在此模塊記錄治療次數(shù)，然后登入醫(yī)院信息系統(tǒng)完成計價。一般情況下，為減少計價頻次、避免漏費，根據(jù)醫(yī)囑并征得患者或家屬同意后，可在治療前先行批量計價，如一次計價收取5～10次的治療費用。

3.2.3統(tǒng)計查詢模塊

可按照多種方式進(jìn)行統(tǒng)計查詢、科研分析。如收入、工作量的統(tǒng)計；按臨床診斷、科室、收費方式、吸氧環(huán)境等方式查詢；查詢某患者全部治療信息；查詢某一艙次的具體治療信息，如某患者某天是在哪一艙吸氧的，某天某艙都有哪些患者同時吸氧等。

3.2.4報表生成模塊

在此模塊，可將統(tǒng)計查詢出的數(shù)據(jù)內(nèi)容通過外聯(lián)打印機生成紙質(zhì)報表。

3.2.5系統(tǒng)設(shè)置模塊

信息管理系統(tǒng)的基本設(shè)置項在此進(jìn)行初始設(shè)置，如登錄系統(tǒng)人員信息、科室信息、計費方式、臨床診斷、吸氧方式等內(nèi)容，并在其他模塊中提供便捷的下拉箭頭選擇方式。

3.3應(yīng)用效果

氧艙的信息管理系統(tǒng)充分利用了條碼技術(shù)，優(yōu)化了治療流程，提高了工作效率，減輕了工作強度，避免了手工操作的失誤或遺漏，實現(xiàn)了氧艙治療信息的電子化管理[5]，它已成為氧艙不可或缺的重要輔助軟件系統(tǒng)。

4　氧艙自動化發(fā)展展望

我科氧艙自動化系統(tǒng)已應(yīng)用多年，但仍有需要改進(jìn)的地方，以下是我們對氧艙自動化發(fā)展的一些展望。

4.1控制軟件具有自動修正功能

控制軟件應(yīng)具有自動學(xué)習(xí)、自動修正功能，真正實現(xiàn)智能化。目前，氧艙的氣動薄膜調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)為開環(huán)控制，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點為系統(tǒng)無反饋環(huán)節(jié)、出現(xiàn)干擾需手工消除、無法實現(xiàn)高精度控制等，如氣動薄膜閥出現(xiàn)零點漂移，表現(xiàn)為治療運行曲線出現(xiàn)鋸齒狀，此時只能通過反復(fù)調(diào)節(jié)修正氣動薄膜閥的零點，費時費力。若氣動薄膜調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)改進(jìn)為閉環(huán)控制，即可發(fā)揮出其具有負(fù)反饋環(huán)節(jié)、出現(xiàn)干擾可自動應(yīng)用反饋減弱其影響等優(yōu)點[6-7]。當(dāng)氣動薄膜閥出現(xiàn)零點漂移時，無需手動調(diào)節(jié)，系統(tǒng)會根據(jù)反饋信息自動計算誤差并進(jìn)行修正，將誤差逐步減小或消除。

4.2控制方式自動轉(zhuǎn)換

當(dāng)計算機出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動由計算機控制轉(zhuǎn)為電動控制，并保持當(dāng)前的壓力狀態(tài)，使操艙人員可從容分析原因、排除故障，避免因突發(fā)情況而導(dǎo)致慌張，出現(xiàn)錯誤操艙動作，甚至威脅到艙內(nèi)人員的安全。

4.3自動調(diào)節(jié)排氧閥開啟量

控制軟件不用通過手工輸入吸氧人數(shù)來調(diào)節(jié)排氧閥開啟量，而是利用流量變送器實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。當(dāng)患者吸氧時，流量變送器采集數(shù)據(jù)并傳輸至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)吸氧流量的大小自動調(diào)節(jié)排氧閥的開啟量。或者，通過攝像頭人臉捕捉技術(shù)，自動分析并迅速捕獲艙內(nèi)吸氧位置上的患者臉部，對人臉進(jìn)行數(shù)字模型分析，獲取人的臉部特征，由此確定吸氧人數(shù)，進(jìn)而根據(jù)人數(shù)自動調(diào)節(jié)排氧閥。

4.4工控機采用雙機冗余熱備的方式

正常情況下，由主機控制氧艙操作系統(tǒng)，備用機時刻監(jiān)測主機的運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)主機故障或停止響應(yīng)，勿需操艙人員干預(yù)，備用機立即自動接管整個系統(tǒng)，使治療過程連續(xù)進(jìn)行不受任何影響，以確保高壓氧艙環(huán)境的安全性。待此次治療結(jié)束后，再及時修復(fù)主機故障。

4.5與工作站聯(lián)網(wǎng)

系統(tǒng)與高壓氧科其他工作站聯(lián)網(wǎng)，在任何工作站均可實時監(jiān)控氧艙的運行參數(shù)，觀察艙內(nèi)的實時監(jiān)控畫面，遠(yuǎn)程指導(dǎo)艙內(nèi)的治療與搶救。

5　結(jié)語

綜上所述，我科氧艙自動化應(yīng)用10余年來，大大地提高了操艙效率，改善了氧艙的安全性。自動化控制系統(tǒng)已成為氧艙不可或缺的重要組成部分，但仍有需要改進(jìn)的地方。隨著自動控制技術(shù)的快速發(fā)展，氧艙自動控制系統(tǒng)將更加精細(xì)化、智能化，為高壓氧治療提供愈加完善的設(shè)備保障。

[1]趙建軍，胡光，袁勝智.高壓氧艙自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].計算機工程與設(shè)計，2005，26（1）:227-229.

[5]王海東，潘樹義，張敦曉.醫(yī)用高壓氧艙的建設(shè)體會[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（10）:92-93.

[3]吳嗣洪，劉玉龍.醫(yī)用高壓氧規(guī)范管理與臨床實踐[M].北京:科學(xué)出版社，2010:55-56．

[4]吳遵紅，毛方琯.氧艙技術(shù)與管理[M].武漢:長江出版社，2011: 110.

[5]李小華，劉曉輝，陳穗芬，等.高壓氧治療信息系統(tǒng)的構(gòu)建[J].醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志，2011，32（2）:32-34.

[6]齊紅元.控制理論基礎(chǔ)[M].北京:北京交通大學(xué)出版社，2013: 9-11.

[7]邢春芳.自動控制原理[M].北京:北京大學(xué)出版社，2013:5-7.

（收稿：2014-05-06修回：2014-08-08）

Automation of hyperbaric oxygen chamber

WANG Hai-dong,ZHANG Dun-xiao,LI Lin,WEI Xiao,PAN Shu-yi
(Department of Hyperbaric Oxygen Therapy,Navy General Hospital,Beijing 100048,China)

The structure of the hyperbaric oxygen chamber was introduced,and the application of automatic control system to the chamber was discussed from the aspects of the function and information system.The automatic control system can be used for monitoring and control of equipment condition,operation flow and performance data during hyperbaric oxygen therapy,which enhances the efficiency and safety of hyperbaric oxygen chamber.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（5）：116-118]

hyperbaric oxygen chamber;automation control;information system

[中國圖書資料分類號]R318；R197.39；TP39A

1003-8868（2015）05-0116-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.05.116

王海東（1976—），男，主管技師，主要從事臨床高壓氧及氧艙維護管理方面的研究工作，E-mail:whd2008@163.com。

100048北京，海軍總醫(yī)院高壓氧科（王海東，張敦曉，李琳，魏曉，潘樹義）

潘樹義，E-mail:psy9992011@163.com