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)實驗研究中心；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 471000；2. 河南省洛正醫(yī)療器械廠，河南 洛陽 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，即單臺設(shè)備上配置有控制單元。當(dāng)一個熏蒸治療區(qū)設(shè)置有多臺熏蒸床時，操作人員需到每臺熏蒸床前進(jìn)行操作，不但涉及患者隱私，而且加大了操作人員的勞動強(qiáng)度，非常不方便。在熏蒸治療過程中，當(dāng)患者感覺不適時，如果設(shè)備操作管理人員不能及時處理，會造成燙傷等安全隱患。2010年1月至2014年7月，國家藥品不良反應(yīng)監(jiān)測中心共收到涉及熏蒸類設(shè)備的可疑不良事件報告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]。

針對以上問題，本設(shè)計提出一種熏蒸床集中控制系統(tǒng)。既可通過一個操控臺同時控制一個房間內(nèi)多臺熏蒸床，又可通過以太網(wǎng)技術(shù)在上位機(jī)實現(xiàn)對多臺熏蒸床的遠(yuǎn)程管控，通過了醫(yī)療器械檢驗機(jī)構(gòu)的安全檢測。熏蒸床產(chǎn)品獲批《中華人民共和國醫(yī)療器械注冊證》，注冊證編號：豫械注準(zhǔn)20172260369，熏蒸床集中控制系統(tǒng)被授權(quán)實用新型專利1項（專利號：ZL 2018 2 0523852.2）和計算機(jī)軟件注冊權(quán)1項（登記號：2019SR1035636）。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

熏蒸床集中控制系統(tǒng)主要由多臺熏蒸床、操控臺、連接電纜、485通訊線、上位機(jī)組成。每臺熏蒸床上設(shè)置有藥槽、控制箱等，藥槽內(nèi)安裝有加熱管、溫度傳感器、浮球開關(guān)、熱保護(hù)器；控制箱上安裝有電源指示燈和運行指示燈，每臺熏蒸床都由網(wǎng)電源供電[4]，通過電纜線與操控臺連接在一起。操控臺上設(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的觸摸屏上同時操控同一治療區(qū)內(nèi)的多臺熏蒸床。觸摸屏通過以太網(wǎng)和上位機(jī)實時通訊，可實現(xiàn)對多臺熏蒸床的遠(yuǎn)程控制[5]，如圖1所示為系統(tǒng)整體外觀圖，圖2為操控臺外觀圖。

圖1 系統(tǒng)整體外觀圖

圖2 操控臺外觀圖

2 系統(tǒng)流程設(shè)計

為了提高系統(tǒng)的可靠性和性價比，采用臺達(dá)可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作為整個系統(tǒng)的控制核心，通過人機(jī)界面（觸摸屏）實現(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。為了便于對患者在熏蒸治療時的統(tǒng)一管理，提高工作效率，系統(tǒng)具有自動定時和語音播報功能。系統(tǒng)控制流程如圖3所示。

3 操控面板設(shè)計

如圖4所示，在一個操控面板上可同時對6路熏蒸床獨立控制，可根據(jù)熏蒸治療需求設(shè)定溫度和時間，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、剩余時間、設(shè)定時間。6個“啟動/停止”按鈕可分別控制6路熏蒸床的啟動和停止，在“停止”狀態(tài)下觸按按鈕后將變?yōu)椤皢印睜顟B(tài)，對應(yīng)熏蒸床可自動開始工作，在“啟動”狀態(tài)下觸按按鈕后將變?yōu)椤巴Ｖ埂睜顟B(tài)，對應(yīng)熏蒸床停止工作[9-10]。

圖3 系統(tǒng)控制流程圖

4 主要功能簡介

4.1 密碼保護(hù)功能

打開系統(tǒng)主操控臺電源開關(guān)，人機(jī)界面被點亮，進(jìn)入歡迎畫面，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，自動彈出一個數(shù)字輸入鍵盤。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

觸按操控面板上對應(yīng)熏蒸床號下方的設(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)定時間

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

4.4 自動恒溫控制

按下對應(yīng)床號下方的“啟動/停止”按鈕，按鈕形狀變?yōu)榘枷荩@示為“啟動”狀態(tài)時，對應(yīng)的熏蒸床開始加熱。PT100溫度傳感器檢測到的藥液當(dāng)前溫度為電阻信號，經(jīng)溫度采集模塊信號處理后轉(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，從而自動控制加熱管的加熱時間，實現(xiàn)自動恒溫控制的目的[11]。操控面板上對應(yīng)床號的當(dāng)前溫度顯示窗實時顯示當(dāng)前檢測到的藥液溫度。

4.5 自動定時和語音播報功能

通過CPU內(nèi)置的定時器和計數(shù)器實現(xiàn)長定時功能，當(dāng)實測當(dāng)前溫度達(dá)到溫度設(shè)定值時開始自動倒計時，操控面板上可顯示對應(yīng)床號剩余時間，如圖6所示。當(dāng)某一路熏蒸床熏蒸結(jié)束時，可編程控制器輸出擴(kuò)展模塊輸出端自動觸發(fā)語音模塊播放語音，提醒對應(yīng)床號熏蒸治療結(jié)束，播放兩遍，當(dāng)播放過程中另一路也熏蒸結(jié)束時，等第一路語音播放完畢后再播放第二路語音[12]。

4.6 超溫保護(hù)功能

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

圖6 時間設(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)中每臺熏蒸床的熏蒸藥槽內(nèi)都安裝有浮球開關(guān)。當(dāng)某臺熏蒸床藥槽液位低于安全液位時，浮球開關(guān)常開點斷開，自動切斷該床加熱回路[15]，蜂鳴器報警，同時觸摸屏上以紅色走馬燈的形式顯示文本信息“某號缺水”，提醒操作人員及時添加藥液如圖8所示。

圖8 防干燒保護(hù)界面

5 產(chǎn)品出廠檢驗

5.1 安全性檢驗

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)用接地阻抗測試儀、GY-2-Y5型醫(yī)用電介質(zhì)強(qiáng)度測試儀、LD-1-YS型醫(yī)用漏電流測試儀對研制出的熏蒸床集中控制系統(tǒng)進(jìn)行安全檢驗，檢驗項目和標(biāo)準(zhǔn)要求[16-18]如表1所示，檢驗結(jié)果如表2所示。

表1 安全要求GB9706.1-2007

表2 安全要求檢驗結(jié)果

5.2 主要性能指標(biāo)和檢驗結(jié)果

采用表面溫度計、計時器、聲級計等檢驗工具依據(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)定和檢驗方法對設(shè)備主要性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗，檢驗結(jié)果如表3所示。

表3 主要性能檢驗結(jié)果

6 實驗和市場情況

本文設(shè)計的熏蒸床集中控制系統(tǒng)最大優(yōu)勢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個治療區(qū)，其中5個治療區(qū)為1個操控臺可同時控制6臺熏蒸床的LZFM-D型熏蒸床集中控制系統(tǒng)，1個治療區(qū)為6臺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)的可同時控制6臺熏蒸床的LZFM-D型熏蒸床集中控制系統(tǒng)為實驗組，熏蒸6區(qū)的6臺LZFM-D型單機(jī)版熏蒸床為對照組。

6.1 實驗方法

為了避免不同操作人員對熏蒸設(shè)備的熟練程度不同導(dǎo)致操作時間不同等人為因素的影響，采用同一名熟練操作護(hù)士先對實驗組設(shè)備進(jìn)行操作，然后對對照組設(shè)備進(jìn)行操作。操作步驟均為：開啟電源、設(shè)定時間、設(shè)定溫度、啟動加熱。

6.2 實驗結(jié)果

用計時器分別記下兩次實驗的累計操作時間，實驗組為1 min 25 s，對照組為4 min 12 s，節(jié)省時間2 min 47 s。

6.3 市場情況

LZFM-D型熏蒸床自獲得醫(yī)療器械注冊證后到2019年年底共銷售40臺，市場銷售收入50.2萬元，每臺設(shè)備成本約0.5萬元，共創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益30.2萬元。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)計了一種熏蒸床集中控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、控制流程、主要功能進(jìn)行了介紹，通過出廠檢驗和現(xiàn)場實驗，得出以下結(jié)論：① 本設(shè)計安全可靠、性能穩(wěn)定；② 本設(shè)計操作方便、智能化程度高，便于統(tǒng)一管理，可節(jié)約操作人員操作時間、提高工作效率。避免了非工作人員誤操作帶來的安全隱患，保護(hù)了患者隱私；③ 本設(shè)計實用性強(qiáng)、效費比較高，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益，可靠性高。