熏蒸床集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙東亮，郭艷幸，馮坤，郭珈宜，郭馬瓏，崔宏勛，丁震

1. 河南省正骨研究院 河南省洛陽(yáng)正骨醫(yī)院（河南省骨科醫(yī)院） a. 生物醫(yī)學(xué)工程研究室；b. 醫(yī)院辦公室；c. 醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中心；d. 骨關(guān)節(jié)病非手術(shù)療法治療中心；e. 骨關(guān)節(jié)病科；f. 脊柱外四科，河南 洛陽(yáng) 471000；2. 河南省洛正醫(yī)療器械廠，河南 洛陽(yáng) 471000

引言

中藥熏蒸療法是根據(jù)中醫(yī)辯證論治的原則，依據(jù)疾病治療的需要，選配一定的中藥組成熏蒸方劑，將中藥煎液趁熱在皮膚或患處進(jìn)行熏蒸，可溫經(jīng)散寒、疏通經(jīng)絡(luò)、活血化淤、通絡(luò)止痛，是一種中醫(yī)最常用的傳統(tǒng)外治方法[1]。藥物熏蒸治療設(shè)備，是指根據(jù)中醫(yī)理論，利用中藥與熏蒸器的結(jié)合，產(chǎn)生并輸送熱藥蒸汽，借熱力和藥力的雙向作用實(shí)現(xiàn)“皮膚吃藥”的治療設(shè)備。臨床上常用于外科、皮膚科、婦科、理療科以及肛腸科疾病的輔助治療[2]。

目前，市場(chǎng)上的熏蒸治療設(shè)備有熏蒸床、熏蒸治療儀等，其中熏蒸床最具代表性，既可滿足患者局部病痛部位熏蒸，又可用于全身熏蒸，用途非常廣泛，然而這些設(shè)備普遍為單機(jī)版，即單臺(tái)設(shè)備上配置有控制單元。當(dāng)一個(gè)熏蒸治療區(qū)設(shè)置有多臺(tái)熏蒸床時(shí)，操作人員需到每臺(tái)熏蒸床前進(jìn)行操作，不但涉及患者隱私，而且加大了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，非常不方便。在熏蒸治療過(guò)程中，當(dāng)患者感覺(jué)不適時(shí)，如果設(shè)備操作管理人員不能及時(shí)處理，會(huì)造成燙傷等安全隱患。2010年1月至2014年7月，國(guó)家藥品不良反應(yīng)監(jiān)測(cè)中心共收到涉及熏蒸類(lèi)設(shè)備的可疑不良事件報(bào)告223例，其中嚴(yán)重傷害事件93例，主要表現(xiàn)為暈厥、燙傷、驚嚇等。暈厥2例，占全部嚴(yán)重傷害報(bào)告2.1%；不同程度燙傷78例，占83.9%；艙體墜落、爆炸等瀕臨事件13例，占14.0%[3]。

針對(duì)以上問(wèn)題，本設(shè)計(jì)提出一種熏蒸床集中控制系統(tǒng)。既可通過(guò)一個(gè)操控臺(tái)同時(shí)控制一個(gè)房間內(nèi)多臺(tái)熏蒸床，又可通過(guò)以太網(wǎng)技術(shù)在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)熏蒸床的遠(yuǎn)程管控，通過(guò)了醫(yī)療器械檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的安全檢測(cè)。熏蒸床產(chǎn)品獲批《中華人民共和國(guó)醫(yī)療器械注冊(cè)證》，注冊(cè)證編號(hào)：豫械注準(zhǔn)20172260369，熏蒸床集中控制系統(tǒng)被授權(quán)實(shí)用新型專(zhuān)利1項(xiàng)（專(zhuān)利號(hào)：ZL 2018 2 0523852.2）和計(jì)算機(jī)軟件注冊(cè)權(quán)1項(xiàng)（登記號(hào)：2019SR1035636）。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

熏蒸床集中控制系統(tǒng)主要由多臺(tái)熏蒸床、操控臺(tái)、連接電纜、485通訊線、上位機(jī)組成。每臺(tái)熏蒸床上設(shè)置有藥槽、控制箱等，藥槽內(nèi)安裝有加熱管、溫度傳感器、浮球開(kāi)關(guān)、熱保護(hù)器；控制箱上安裝有電源指示燈和運(yùn)行指示燈，每臺(tái)熏蒸床都由網(wǎng)電源供電[4]，通過(guò)電纜線與操控臺(tái)連接在一起。操控臺(tái)上設(shè)置有人機(jī)界面（觸摸屏），用于設(shè)置參數(shù)、啟停設(shè)備、信息顯示等人機(jī)交互。操作人員可在操控臺(tái)的觸摸屏上同時(shí)操控同一治療區(qū)內(nèi)的多臺(tái)熏蒸床。觸摸屏通過(guò)以太網(wǎng)和上位機(jī)實(shí)時(shí)通訊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)熏蒸床的遠(yuǎn)程控制[5]，如圖1所示為系統(tǒng)整體外觀圖，圖2為操控臺(tái)外觀圖。

圖1 系統(tǒng)整體外觀圖

圖2 操控臺(tái)外觀圖

2 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)的可靠性和性價(jià)比，采用臺(tái)達(dá)可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，通過(guò)人機(jī)界面（觸摸屏）實(shí)現(xiàn)與PLC的信息交互[6-8]。為了提高系統(tǒng)的安全性，設(shè)置有防干燒保護(hù)功能和溫度上限保護(hù)功能。為了便于對(duì)患者在熏蒸治療時(shí)的統(tǒng)一管理，提高工作效率，系統(tǒng)具有自動(dòng)定時(shí)和語(yǔ)音播報(bào)功能。系統(tǒng)控制流程如圖3所示。

3 操控面板設(shè)計(jì)

如圖4所示，在一個(gè)操控面板上可同時(shí)對(duì)6路熏蒸床獨(dú)立控制，可根據(jù)熏蒸治療需求設(shè)定溫度和時(shí)間，數(shù)碼框可分別顯示6路熏蒸床的當(dāng)前溫度、設(shè)定溫度、剩余時(shí)間、設(shè)定時(shí)間。6個(gè)“啟動(dòng)/停止”按鈕可分別控制6路熏蒸床的啟動(dòng)和停止，在“停止”狀態(tài)下觸按按鈕后將變?yōu)椤皢?dòng)”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)熏蒸床可自動(dòng)開(kāi)始工作，在“啟動(dòng)”狀態(tài)下觸按按鈕后將變?yōu)椤巴Ｖ埂睜顟B(tài)，對(duì)應(yīng)熏蒸床停止工作[9-10]。

圖3 系統(tǒng)控制流程圖

4 主要功能簡(jiǎn)介

4.1 密碼保護(hù)功能

打開(kāi)系統(tǒng)主操控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，人機(jī)界面被點(diǎn)亮，進(jìn)入歡迎畫(huà)面，在歡迎界面下觸按人機(jī)界面進(jìn)入登陸界面，操作人員需輸入登錄密碼才能進(jìn)入操控面板操控設(shè)備。操作人員觸按紅色數(shù)字框后，自動(dòng)彈出一個(gè)數(shù)字輸入鍵盤(pán)。輸入預(yù)先設(shè)定好的密碼（4位阿拉伯?dāng)?shù)）后，按下Enter鍵，方可進(jìn)入操控面板，此功能可防止非專(zhuān)業(yè)操作人員誤操作引起的安全隱患。

4.2 設(shè)定溫度

觸按操控面板上對(duì)應(yīng)熏蒸床號(hào)下方的設(shè)定溫度顯示窗，進(jìn)入圖5所示溫度設(shè)置界面，根據(jù)患者的皮膚情況及耐受程度輸入溫度設(shè)定值，設(shè)定范圍為35℃～65℃。觸按Enter鍵，對(duì)應(yīng)設(shè)定溫度顯示窗將顯示出溫度設(shè)定值。

圖4 操控面板圖

圖5 溫度設(shè)置界面

4.3 設(shè)定時(shí)間

觸按操控面板上對(duì)應(yīng)熏蒸床號(hào)下方的設(shè)定時(shí)間顯示窗，進(jìn)入圖6所示時(shí)間設(shè)置界面，根據(jù)藥液加熱至治療溫度所需的時(shí)間和熏蒸治療情況輸入時(shí)間設(shè)定值。設(shè)定范圍為0～99 min。觸按Enter鍵，對(duì)應(yīng)設(shè)定時(shí)間顯示窗將顯示出時(shí)間設(shè)定值。

4.4 自動(dòng)恒溫控制

按下對(duì)應(yīng)床號(hào)下方的“啟動(dòng)/停止”按鈕，按鈕形狀變?yōu)榘枷?，并顯示為“啟動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的熏蒸床開(kāi)始加熱。PT100溫度傳感器檢測(cè)到的藥液當(dāng)前溫度為電阻信號(hào)，經(jīng)溫度采集模塊信號(hào)處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，數(shù)據(jù)傳送給可編程控制器CPU，CPU根據(jù)設(shè)定熏蒸溫度，計(jì)算出溫度偏差，然后根據(jù)內(nèi)置的PID功能，輸出脈沖寬度可調(diào)的PWM脈沖波來(lái)控制可編程控制器高速脈沖輸出（晶體管）的通斷，進(jìn)而快速精準(zhǔn)地控制固態(tài)繼電器的通斷，從而自動(dòng)控制加熱管的加熱時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒溫控制的目的[11]。操控面板上對(duì)應(yīng)床號(hào)的當(dāng)前溫度顯示窗實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前檢測(cè)到的藥液溫度。

4.5 自動(dòng)定時(shí)和語(yǔ)音播報(bào)功能

通過(guò)CPU內(nèi)置的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)定時(shí)功能，當(dāng)實(shí)測(cè)當(dāng)前溫度達(dá)到溫度設(shè)定值時(shí)開(kāi)始自動(dòng)倒計(jì)時(shí)，操控面板上可顯示對(duì)應(yīng)床號(hào)剩余時(shí)間，如圖6所示。當(dāng)某一路熏蒸床熏蒸結(jié)束時(shí)，可編程控制器輸出擴(kuò)展模塊輸出端自動(dòng)觸發(fā)語(yǔ)音模塊播放語(yǔ)音，提醒對(duì)應(yīng)床號(hào)熏蒸治療結(jié)束，播放兩遍，當(dāng)播放過(guò)程中另一路也熏蒸結(jié)束時(shí)，等第一路語(yǔ)音播放完畢后再播放第二路語(yǔ)音[12]。

4.6 超溫保護(hù)功能

每臺(tái)熏蒸床的藥槽內(nèi)都設(shè)置有機(jī)械式限溫開(kāi)關(guān)，當(dāng)某臺(tái)熏蒸床藥槽內(nèi)液體溫度達(dá)到（70±3）℃時(shí)，該熏蒸床自動(dòng)斷開(kāi)加熱回路，不能自動(dòng)恢復(fù)[13-14]。并觸發(fā)觸摸屏自帶的蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)觸摸屏上以紅色走馬燈的形式顯示文本信息“某號(hào)溫度過(guò)上限”，提醒操作人員及時(shí)處理超溫現(xiàn)象如圖7所示。

圖6 時(shí)間設(shè)置界面

圖7 超溫保護(hù)界面

4.7 防干燒控制

為了防止加熱管干燒損壞加熱管，熏蒸系統(tǒng)中每臺(tái)熏蒸床的熏蒸藥槽內(nèi)都安裝有浮球開(kāi)關(guān)。當(dāng)某臺(tái)熏蒸床藥槽液位低于安全液位時(shí)，浮球開(kāi)關(guān)常開(kāi)點(diǎn)斷開(kāi)，自動(dòng)切斷該床加熱回路[15]，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)觸摸屏上以紅色走馬燈的形式顯示文本信息“某號(hào)缺水”，提醒操作人員及時(shí)添加藥液如圖8所示。

圖8 防干燒保護(hù)界面

5 產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)

5.1 安全性檢驗(yàn)

依據(jù)GB9706.1-2007《醫(yī)用電氣設(shè)備第1部分：安全通用要求》標(biāo)準(zhǔn)要求，采用上海衡儀器廠生產(chǎn)的DZ-1-Y3型醫(yī)用接地阻抗測(cè)試儀、GY-2-Y5型醫(yī)用電介質(zhì)強(qiáng)度測(cè)試儀、LD-1-YS型醫(yī)用漏電流測(cè)試儀對(duì)研制出的熏蒸床集中控制系統(tǒng)進(jìn)行安全檢驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)要求[16-18]如表1所示，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表1 安全要求GB9706.1-2007

表2 安全要求檢驗(yàn)結(jié)果

5.2 主要性能指標(biāo)和檢驗(yàn)結(jié)果

采用表面溫度計(jì)、計(jì)時(shí)器、聲級(jí)計(jì)等檢驗(yàn)工具依據(jù)河南省洛正醫(yī)療器械廠產(chǎn)品技術(shù)要求《熏蒸床》中的規(guī)定和檢驗(yàn)方法對(duì)設(shè)備主要性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 主要性能檢驗(yàn)結(jié)果

6 實(shí)驗(yàn)和市場(chǎng)情況

本文設(shè)計(jì)的熏蒸床集中控制系統(tǒng)最大優(yōu)勢(shì)在于可提高熏蒸床操作人員工作效率。我院頸肩腰腿痛治療中心共設(shè)置有6個(gè)治療區(qū)，其中5個(gè)治療區(qū)為1個(gè)操控臺(tái)可同時(shí)控制6臺(tái)熏蒸床的LZFM-D型熏蒸床集中控制系統(tǒng)，1個(gè)治療區(qū)為6臺(tái)LZFM-B型單機(jī)版熏蒸床。因此，我們選取離護(hù)士站同樣距離的熏蒸5區(qū)的可同時(shí)控制6臺(tái)熏蒸床的LZFM-D型熏蒸床集中控制系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)組，熏蒸6區(qū)的6臺(tái)LZFM-D型單機(jī)版熏蒸床為對(duì)照組。

6.1 實(shí)驗(yàn)方法

為了避免不同操作人員對(duì)熏蒸設(shè)備的熟練程度不同導(dǎo)致操作時(shí)間不同等人為因素的影響，采用同一名熟練操作護(hù)士先對(duì)實(shí)驗(yàn)組設(shè)備進(jìn)行操作，然后對(duì)對(duì)照組設(shè)備進(jìn)行操作。操作步驟均為：開(kāi)啟電源、設(shè)定時(shí)間、設(shè)定溫度、啟動(dòng)加熱。

6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

用計(jì)時(shí)器分別記下兩次實(shí)驗(yàn)的累計(jì)操作時(shí)間，實(shí)驗(yàn)組為1 min 25 s，對(duì)照組為4 min 12 s，節(jié)省時(shí)間2 min 47 s。

6.3 市場(chǎng)情況

LZFM-D型熏蒸床自獲得醫(yī)療器械注冊(cè)證后到2019年年底共銷(xiāo)售40臺(tái)，市場(chǎng)銷(xiāo)售收入50.2萬(wàn)元，每臺(tái)設(shè)備成本約0.5萬(wàn)元，共創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益30.2萬(wàn)元。售出的產(chǎn)品至今出現(xiàn)故障0次。

7 結(jié)論

本文研究設(shè)計(jì)了一種熏蒸床集中控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、控制流程、主要功能進(jìn)行了介紹，通過(guò)出廠檢驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：① 本設(shè)計(jì)安全可靠、性能穩(wěn)定；② 本設(shè)計(jì)操作方便、智能化程度高，便于統(tǒng)一管理，可節(jié)約操作人員操作時(shí)間、提高工作效率。避免了非工作人員誤操作帶來(lái)的安全隱患，保護(hù)了患者隱私；③ 本設(shè)計(jì)實(shí)用性強(qiáng)、效費(fèi)比較高，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益，可靠性高。