侯　強，張文俊，張建光，付振山，韓　童，易　競，郭　榮，張　瑛，江　華

智能創(chuàng)面灌注-負壓治療儀的研制

侯強，張文俊，張建光，付振山，韓童，易競，郭榮，張瑛，江華

目的：為解決傳統(tǒng)創(chuàng)面灌注-負壓治療裝置存在的不足，研制一種具有創(chuàng)面主動灌注-負壓吸引功能的智能創(chuàng)面治療裝置。方法：通過單片機控制蠕動泵、電磁閥和壓力感受器協調運轉，使灌注液定量輸注至創(chuàng)面并保留特定時間，隨后通過負壓清除創(chuàng)面灌注液并保持創(chuàng)面負壓狀態(tài)。當創(chuàng)面密閉不良、壓力過高或者負壓管道堵塞發(fā)生時，治療儀可自動報警。結果：該治療儀利用蠕動泵和病房中心負壓完成創(chuàng)面灌注-沖洗的全過程，實現了創(chuàng)面灌注液精確定量和負壓壓力穩(wěn)定可靠；通過壓力感受器實時監(jiān)測創(chuàng)面及管道壓力，達到了意外情況及時預警的功能。結論：該智能創(chuàng)面灌注-負壓治療裝置提高了創(chuàng)面灌注-負壓治療的自動化、智能化及安全性水平，有助于創(chuàng)面主動灌注-負壓治療技術的臨床推廣。

創(chuàng)面；灌注；負壓治療；蠕動泵

0　引言

如何快速、高效、優(yōu)質地修復軟組織缺損，一直是整形外科領域的研究熱點之一。傳統(tǒng)創(chuàng)面修復方法可概括為“徹底清創(chuàng)—敷料覆蓋—組織移植”，但這種方法對于組織缺損大、滲出液多、合并細菌感染的創(chuàng)面修復效果不理想。1993年，德國Fleischmann發(fā)現創(chuàng)面密閉并保持負壓狀態(tài)可降低創(chuàng)面細菌負荷，縮短創(chuàng)面愈合時間[1]。1995年，負壓創(chuàng)面治療技術（negativepressure wound therapy，NPWT）正式被美國食品和藥品監(jiān)督管理局批準用于軟組織缺損的臨床治療[2]。經過近20 a的臨床應用，證實負壓創(chuàng)面治療技術對于急慢性創(chuàng)面具有良好的治療效果[3-4]。但研究人員也發(fā)現，負壓創(chuàng)面治療技術存在創(chuàng)面清潔效果差、長期治療可靠性下降、創(chuàng)面治療方法單一的缺陷[5]。有學者認為，將創(chuàng)面灌注與負壓創(chuàng)面治療技術相結合，有助于彌補負壓創(chuàng)面治療技術的不足，促進創(chuàng)面愈合[6-7]。

目前，創(chuàng)面灌注-負壓治療裝置多采用重力灌注-主動負壓方式，即利用重力作用使灌注液滴入創(chuàng)面中，同時利用治療裝置所提供的負壓將灌注液自創(chuàng)面排出。此類裝置存在創(chuàng)面清潔效率低、裝置體積大、工作噪聲高、創(chuàng)面壓力無法周期變化的弊端，限制了創(chuàng)面灌注-負壓治療技術的臨床推廣和使用。為了解決上述問題，我們研制了智能創(chuàng)面灌注-負壓治療儀（以下簡稱治療儀），已獲得1項國家專利（ZL01320029949.5）。

1　治療儀整體設計

1.1設計思路

根據創(chuàng)面治療需要，利用單片機控制蠕動泵和負壓源的工作狀態(tài)，可實現創(chuàng)面持續(xù)灌注-負壓吸引、間斷灌注-負壓吸引、持續(xù)負壓吸引和間斷負壓吸引4種治療模式。通過蠕動泵將灌注液主動輸注至創(chuàng)面，以主動灌注取代重力滴灌，便于精確控制灌注容量，提高灌注效率，減小裝置體積。借助病房中央負壓系統(tǒng)進行負壓吸引，有助于保證創(chuàng)面壓力穩(wěn)定，減少裝置運行的噪聲。預設管道壓力感受器實時監(jiān)測創(chuàng)面和管道壓力，可及時預警創(chuàng)面無法密閉、負壓引流不暢等情況。

1.2治療儀基本組成

治療儀由STC12C5A60S2型單片機、蠕動泵、電磁閥、LCD12864型液晶顯示器、MPS20N0100D-D型壓力傳感器、報警器、鋰電池、儲液瓶和廢液瓶等部件組成（如圖1所示）。

圖1　智能創(chuàng)面灌注-負壓治療儀結構圖

1.3治療儀工作原理

治療儀通過單片機控制蠕動泵和負壓源工作，將創(chuàng)面灌注液定量輸入創(chuàng)面中，隨后通過負壓抽吸作用排出創(chuàng)面灌注液。具體而言，治療儀共具有創(chuàng)面持續(xù)灌注-負壓吸引、間斷灌注-負壓吸引、持續(xù)負壓吸引和間斷負壓吸引4種治療模式。

1.3.1創(chuàng)面持續(xù)灌注-負壓治療模式

選擇治療儀至創(chuàng)面持續(xù)灌注-負壓治療模式，設定治療儀運行時間、蠕動泵流量和創(chuàng)面負壓值。單片機控制蠕動泵以預設速度進行創(chuàng)面灌流，同時電磁閥開放，中央負壓將創(chuàng)面分泌物及灌注液引流至廢液瓶并保持設定壓力。治療儀運行時間截止后，單片機控制蠕動泵及電磁閥關閉。

1.3.2創(chuàng)面間斷灌注-負壓治療模式

選擇治療儀至創(chuàng)面間斷灌注-負壓治療模式，設定治療儀運行時間、蠕動泵流量、負壓源開放時間、創(chuàng)面負壓值和創(chuàng)面灌注/浸泡時間。單片機對負壓開放時間進行計時并控制電磁閥開放負壓管道，利用中央負壓將創(chuàng)面滲出液排至廢液瓶中，保持創(chuàng)面負壓狀態(tài)。負壓開放時間截止后，治療儀進入創(chuàng)面灌注模式，單片機計時創(chuàng)面灌注/浸泡時間，通過電磁閥關閉負壓管道，啟動蠕動泵向創(chuàng)面輸注定量液體，液體輸注完畢后，蠕動泵停止工作，電磁閥仍保持關閉。創(chuàng)面灌注時間截止后，治療儀再次進入創(chuàng)面負壓狀態(tài)。重復上述周期，直至治療儀運行時間截止。

1.3.3創(chuàng)面持續(xù)負壓吸引模式

選擇治療儀至創(chuàng)面持續(xù)負壓吸引模式，設定治療儀運行時間和創(chuàng)面負壓值。單片機控制電磁閥開放，中央負壓將創(chuàng)面分泌物引流至廢液瓶并保持設定壓力。在此種治療模式下，蠕動泵始終保持關閉狀態(tài)。

1.3.4創(chuàng)面間斷負壓吸引模式

選擇治療儀至創(chuàng)面間斷負壓吸引模式，設定治療儀運行時間、創(chuàng)面負壓值、電磁閥開放及關閉時間。單片機控制電磁閥開放并計時，中央負壓將創(chuàng)面分泌物引流至廢液瓶并保持設定壓力。當電磁閥開放時間截止，單片機控制電磁閥關閉并對關閉時間計時。隨后重復上述周期，直至治療儀運行時間截止。在此種治療模式下，蠕動泵始終保持關閉狀態(tài)。

1.4報警功能

治療儀處于運行狀態(tài)時，若電磁閥開放3 min后，負壓端壓力傳感器測得的創(chuàng)面壓力仍高于0 kPa時，單片機啟動報警器，發(fā)出警報信號，提示創(chuàng)面密閉不良；治療儀處于創(chuàng)面持續(xù)灌注-負壓模式或間斷灌注-負壓模式時，灌注端壓力傳感器測得的創(chuàng)面壓力高于-20 kPa時，中央控制器啟動報警器，發(fā)出警報信號，提示創(chuàng)面壓力過高；當負壓端壓力傳感器測得的負壓吸引管道壓力超過-20 kPa時，中央控制器啟動報警器，發(fā)出警報信號，提示負壓管道堵塞。

2　結構設計

如圖1所示，治療儀殼體內安裝有單片機、液晶屏、蠕動泵、電磁閥、傳感器、鋰電池、穩(wěn)壓器、報警器。STC12C5A60S2型單片機工作頻率達35 MHz，具有8通道10位A/D、2路PWM/PCA和1路高速計數通道[8]。因治療儀設定參數較多，選用可顯示8×4行漢字的LCD12864型顯示器[9]。蠕動泵采用直流電動機，利用脈沖寬度調制（pulse width modulation，PWM），將微處理器P1.3接口設為PWM接口，采用查表設計法進行流量控制[10]。MPS20N0100D-D型傳感器輸出的信號經AD620放大，具有良好的可重復性和長時間工作的穩(wěn)定性[10]。殼體左右兩側分別安裝有可活動的儲液瓶和廢液瓶，廢液瓶與殼體內的負壓管道相通，儲液瓶有管道與蠕動泵相連。儲液瓶內的液體通過蠕動泵、創(chuàng)面敷料、負壓管道流入廢液瓶中，此過程密閉無滲漏。

3　電路設計

（1）顯示器設計。顯示器電路設計如圖2所示。LCD12864型液晶顯示器VCC端電壓為4.8～5 V；V0端連接電阻R90，用以調節(jié)顯示器亮度；PST端賦值為1，設置顯示器以8位并行工作模式運行[10]。

圖2　顯示器接線圖

（2）蠕動泵設計。蠕動泵電動機電路設計如圖3所示。蠕動泵采用直流電動機式，設置單片機STC12C5A60S2的P1.3端為PWM接口，利用PWM脈寬調節(jié)蠕動泵直流電動機的轉速，達到精確調節(jié)灌注液體容量的目的。驅動電路加載光電耦合器TLP521，可有效減少電動機啟動的干擾[10]。

圖3　蠕動泵電動機接線圖

（3）真空壓力測量。真空壓力測量部分電路設計如圖4所示。MPS20N0100D-D型傳感器信號（1、2）經濾波器（R3、R4）濾波后送入放大器+3、-2信號輸入端；信號放大倍數通過調節(jié)電阻RG調整；5端設置為信號參考端，電壓為VCC/2；信號放大后輸出到單片機的A/D接口[10]。

圖4　傳感器及放大器接線圖

4　使用方法

使儲液瓶和廢液瓶與治療儀相連接，根據治療需要設定治療模式、創(chuàng)面灌注量、創(chuàng)面灌注/浸泡時間和創(chuàng)面負壓時間，同時設定中心負壓吸引源壓力為-16 kPa。將預制灌注及負壓管道的海綿敷料放置于清創(chuàng)止血后的創(chuàng)面上，被覆半透膜，使創(chuàng)面保持密閉狀態(tài)。治療儀灌注接口與負壓吸引接口分別與敷料對應接口相連接。啟動治療儀，進行創(chuàng)面治療。

5　應用效果

（1）加快創(chuàng)面愈合速度。將創(chuàng)面灌注與創(chuàng)面周期性負壓治療相結合，在提升創(chuàng)面清潔效率的同時，保證創(chuàng)面壓力的周期性變化，有助于創(chuàng)面肉芽組織生長，加快創(chuàng)面愈合[11]。

（2）提高治療安全性。通過壓力傳感器實時監(jiān)測創(chuàng)面及管道壓力的變化，及時預警創(chuàng)面密閉不良、灌注過高及負壓管道堵塞等緊急情況，保證治療安全性。

（3）縮小治療儀體積。以蠕動泵主動灌注的方式取代創(chuàng)面重力滴灌，無需將儲液瓶居高懸掛，改善了治療儀的便攜性，方便其進一步推廣。

（4）提升患者生活質量。充分利用中央負壓源進行負壓吸引，消除真空泵運行噪聲，為患者創(chuàng)造更加舒適的修養(yǎng)環(huán)境，提升患者生活質量。

6　結語

目前，國內外創(chuàng)面灌注-負壓治療研究主要集中于重力滴灌-負壓治療領域，主動灌注-負壓治療設備研發(fā)鮮有報道[12]。創(chuàng)面重力滴灌-負壓治療裝置存在無法實現灌注液精確調節(jié)、缺少管道壓力報警指示等弊端，限制了其在臨床的進一步推廣應用。我們研制的智能創(chuàng)面灌注-負壓治療裝置利用單片機智能控制創(chuàng)面灌注、負壓和預警諸模塊工作，借助國內病房廣泛設置的中心負壓源，簡化了治療儀內部結構，提高了創(chuàng)面主動灌注-負壓治療的自動化、智能化及安全性水平，有助于創(chuàng)面主動灌注-負壓治療技術的臨床推廣。

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（收稿：2014-11-26修回：2015-02-15）

Development of intelligent wound instillation-negative pressure therapeutic instrument

HOU Qiang1,ZHANG Wen-jun1,ZHANG Jian-guang2,FU Zhen-shan3,HAN Tong1, YI Jing4,GUO Rong1,ZHANG Ying1,JIANG Hua1
(1.Department of Plastic Surgery,Shanghai Changzheng Hospital,the Second Military Medical University,Shanghai 200003,China;2.Department of Plastic Surgery,Doctor Sha's Hospital of Cosmetic Plastics,Dalian 116000,Liaoning Province,China;3.Weihai Vocational College,Weihai 264210,Shandong Province,China;4.Department of Burn Plastics, Navy General Hospital,Beijing 100048,China)

Objective To develop an intelligent wound therapeutic instrument based on active instillation and negative pressure suction.Methods SCM coordinated peristaltic pumps,solenoid valves and pressure receptor to infuse perfusate into the wound and retained it for a period of time.The perfusate then was eliminated by negative pressure and the wound was kept in the state of negative pressure.The instrument could give out alarm in case of bad tightness,over-high pressure and blocked negative-pressure pipeline.Results Peristaltic pump and central negative pressure were involved in to complete wound perfusion and irrigation,with perfusate controlled quantitatively and negative pressure kept reliable. The pressures in the wound and pipeline could be monitored at real time by the pressure receptor,and timely alarm was implemented when unexpected conditions occurred.Conclusion The instrument behaves well in automation,intelligence and safety,and thus is worth popularizing clinically.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（5）：41-43，121]

wound;instillation;negative pressure therapy;peristaltic pump

[中國圖書資料分類號]R318.6；TH772.1A

1003-8868（2015）05-0041-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.05.041

全軍醫(yī)藥衛(wèi)生項目（08G069）；上?？莆a學研項目（12DZ1941905）

專利：國家實用新型專利（ZL 01320029949.5）

侯強（1979—），男，博士研究生，主治醫(yī)師，研究方向為體表器官再造與整復，E-mail:houqiangcn@126.com。

200003上海，第二軍醫(yī)大學長征醫(yī)院整形外科（侯強，張文俊，韓童，郭榮，張瑛，江華）；116000遼寧大連,大連沙醫(yī)生整形美容醫(yī)院整形外科（張建光）；264210山東威海，威海職業(yè)技術學院（付振山）；100048北京，海軍總醫(yī)院燒傷整形科（易競）

江華，E-mail:552900670@qq.com