王海東，張敦曉，李　琳，魏　曉，潘樹義

高壓氧艙的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化控制系統(tǒng)在高壓氧艙運(yùn)行中的應(yīng)用，指出了氧艙的自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓氧治療過程中的設(shè)備狀況、操控流程、運(yùn)行數(shù)據(jù)等的監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制。氧艙自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)以來，根據(jù)本科具體情況，對(duì)自動(dòng)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(yùn)行狀況良好，現(xiàn)將我科的氧艙自動(dòng)化控制系統(tǒng)介紹如下。

1　氧艙自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1組成

氧艙的自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（以下簡(jiǎn)稱工控機(jī)）、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(dòng)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(cè)氧儀、A/D多路接口板等。其功能是進(jìn)行氧艙的實(shí)時(shí)狀態(tài)采集，將氧艙的實(shí)時(shí)狀態(tài)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并傳送至控制單元。

1.1.2控制單元

氧艙自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制單元包括工控機(jī)、D/A多路接口板等。工控機(jī)是控制系統(tǒng)的核心部件，它對(duì)高壓氧治療過程中的設(shè)備狀況、操控流程、運(yùn)行數(shù)據(jù)等進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)與控制。控制單元接收到采集單元傳送的數(shù)字信號(hào)，通過識(shí)別、判斷，經(jīng)由D/A多路接口板生成模擬信號(hào)，向執(zhí)行單元發(fā)出動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(hào)，氧氣體積分?jǐn)?shù)信號(hào)以及音頻信號(hào)傳輸?shù)焦た貦C(jī)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(shí)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(shí)，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(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)高壓氧治療過程中的全程自動(dòng)控制。

圖1　氧艙自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2　氧艙自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要功能

2.1加減壓過程的自動(dòng)控制

氧艙自動(dòng)化系統(tǒng)能夠預(yù)先設(shè)置多個(gè)治療方案，按照選擇的某治療方案自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)加壓、穩(wěn)壓、減壓過程壓力的全程自動(dòng)控制[2]，并可以實(shí)現(xiàn)多艙不同控制方案的同時(shí)操艙。當(dāng)壓力超限時(shí)，可以自動(dòng)報(bào)警、緊急減壓。在安全限度內(nèi)嚴(yán)格控制壓力變化速率，實(shí)現(xiàn)壓力曲線的平滑過渡，避免因手動(dòng)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(yùn)行時(shí)間修正”功能

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

2.3氧氣體積分?jǐn)?shù)監(jiān)測(cè)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)可實(shí)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(dòng)監(jiān)測(cè)與過程控制[3]。當(dāng)加壓完成，艙內(nèi)患者開始吸氧時(shí)，氧艙控制系統(tǒng)自動(dòng)排氧，并根據(jù)吸氧人數(shù)自動(dòng)調(diào)整排氧閥的開啟度。減壓時(shí)，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(shí)，測(cè)氧儀同時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟加壓閥和減壓閥，并保持艙壓，從而實(shí)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(bào)警自動(dòng)停止。

2.4多路語音、多路視頻的自動(dòng)切換

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

2.5運(yùn)行曲線、氧氣體積分?jǐn)?shù)曲線自動(dòng)記錄

自動(dòng)化控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)治療過程的全程自動(dòng)記錄，自動(dòng)保存運(yùn)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(jì)算機(jī)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(zhǎng)。

2.6減輕操艙人員的工作量

治療過程的自動(dòng)控制，使操艙人員不必對(duì)加壓、減壓、語音提示等過程手動(dòng)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(shí)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(duì)患者治療的信息進(jìn)行微機(jī)化管理，完成信息記錄、查詢與統(tǒng)計(jì)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(xiàng)治療信息。（1）基本信息，如姓名、性別、年齡、ID號(hào)、費(fèi)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(dú)開艙、常壓吸氧等。在患者進(jìn)行首次高壓氧治療時(shí)，逐項(xiàng)錄入以上信息，通過條碼打印機(jī)生成信息條碼，粘貼在患者治療卡上?；颊咴俅沃委煏r(shí)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(hù)子模塊中完成。為方便統(tǒng)計(jì)查詢，將門診患者和住院患者信息分別設(shè)置。

3.2.2繳費(fèi)計(jì)費(fèi)模塊

對(duì)于門診患者，持醫(yī)生開具的計(jì)價(jià)單到醫(yī)院收費(fèi)處繳費(fèi)后，憑發(fā)票和計(jì)價(jià)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(fèi)信息。每次治療時(shí)，通過掃描治療卡條碼，調(diào)取患者繳費(fèi)信息，并記錄當(dāng)天治療內(nèi)容。當(dāng)實(shí)際治療次數(shù)接近繳費(fèi)次數(shù)時(shí)，通知患者進(jìn)行續(xù)費(fèi)，以完成后續(xù)療程。

對(duì)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(jì)價(jià)。住院患者治療時(shí)，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(jì)價(jià)。一般情況下，為減少計(jì)價(jià)頻次、避免漏費(fèi)，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(jì)價(jià)，如一次計(jì)價(jià)收取5～10次的治療費(fèi)用。

3.2.3統(tǒng)計(jì)查詢模塊

可按照多種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查詢、科研分析。如收入、工作量的統(tǒng)計(jì)；按臨床診斷、科室、收費(fèi)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(shí)吸氧等。

3.2.4報(bào)表生成模塊

在此模塊，可將統(tǒng)計(jì)查詢出的數(shù)據(jù)內(nèi)容通過外聯(lián)打印機(jī)生成紙質(zhì)報(bào)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(xiàng)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(jì)費(fèi)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(qiáng)度，避免了手工操作的失誤或遺漏，實(shí)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(dòng)化發(fā)展展望

我科氧艙自動(dòng)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(duì)氧艙自動(dòng)化發(fā)展的一些展望。

4.1控制軟件具有自動(dòng)修正功能

控制軟件應(yīng)具有自動(dòng)學(xué)習(xí)、自動(dòng)修正功能，真正實(shí)現(xiàn)智能化。目前，氧艙的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)為開環(huán)控制，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)為系統(tǒng)無反饋環(huán)節(jié)、出現(xiàn)干擾需手工消除、無法實(shí)現(xiàn)高精度控制等，如氣動(dòng)薄膜閥出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，表現(xiàn)為治療運(yùn)行曲線出現(xiàn)鋸齒狀，此時(shí)只能通過反復(fù)調(diào)節(jié)修正氣動(dòng)薄膜閥的零點(diǎn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。若氣動(dòng)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(dòng)應(yīng)用反饋減弱其影響等優(yōu)點(diǎn)[6-7]。當(dāng)氣動(dòng)薄膜閥出現(xiàn)零點(diǎn)漂移時(shí)，無需手動(dòng)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)反饋信息自動(dòng)計(jì)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(dòng)轉(zhuǎn)換

當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)由計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)為電動(dòng)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(cuò)誤操艙動(dòng)作，甚至威脅到艙內(nèi)人員的安全。

4.3自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)患者吸氧時(shí)，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(dòng)調(diào)節(jié)排氧閥的開啟量?；蛘?，通過攝像頭人臉捕捉技術(shù)，自動(dòng)分析并迅速捕獲艙內(nèi)吸氧位置上的患者臉部，對(duì)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(dòng)調(diào)節(jié)排氧閥。

4.4工控機(jī)采用雙機(jī)冗余熱備的方式

正常情況下，由主機(jī)控制氧艙操作系統(tǒng)，備用機(jī)時(shí)刻監(jiān)測(cè)主機(jī)的運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)主機(jī)故障或停止響應(yīng)，勿需操艙人員干預(yù)，備用機(jī)立即自動(dòng)接管整個(gè)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(shí)修復(fù)主機(jī)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(shí)時(shí)監(jiān)控氧艙的運(yùn)行參數(shù)，觀察艙內(nèi)的實(shí)時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展，氧艙自動(dòng)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。

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（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(guó)圖書資料分類號(hào)]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(hù)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