生物組織冷凍包埋機的研究與實現

陳桂蘭　葉紅芳　劉子堅

【摘 要】生物組織冷凍包埋機是對生物組織進行石蠟包埋然后快速冷卻的專用醫療設備。由于技術限制，高端產品目前依賴進口為主。通過對包埋機的結構研究、外形設計以及主控系統的軟硬件設計，完成智能生物組織包埋機的整體設計，使包埋機技術水平得到大幅提高，接近國外同類產品水平，價格卻遠低于進口產品，從而提高性價比、提高國產產品的競爭力。

【關鍵詞】智能控制；STM32；PID控制

1 研究背景

隨著國家經濟的發展，人們對醫療健康方面的需求穩步提高，人口老齡化的速度加快，驅動著醫療器械潛在需求釋放，直接拉動醫療產業快速發展。我國中高端醫療器械目前主要以進口為主，價格昂貴，給國家和患者帶來了沉重的負擔。財經機構分析結果顯示“十二五”期間新增醫療器械中進口占了大部分，可以說目前我國中高端醫療設備依然還是被國外設備所壟斷。

生物組織冷凍包埋機，是各級醫院、公安法醫、衛生防疫等單位的必備設備，它是對生物組織進行石蠟包埋并且快速冷卻的專用醫療設備。目前國內公司生產的包埋機控制系統都采用了多路獨立控溫方式，人機控制界面采用LCD、LED或數碼管等顯示屏，自動化功能相對較高。但由于技術限制，冷凍包埋機還存在一些技術瓶頸，比如，石蠟的溫度不能及時調整，包埋組織時冷卻不夠理想，包埋機的操作對人工依賴，尤其是操作人員的經驗依賴太高等等，新研發的生物組織冷凍包埋機不僅能有效解決上述問題，而且提升醫療設備國產化裝備能力，為我國醫療衛生事業提供高品質設備具有重大的社會和經濟意義。

2 生物組織冷凍包埋機智能控制系統的結構及外形設計

生物組織冷凍包埋機三維效果圖如圖1所示，包埋機結構設計分7個工作區，分別是：工作臺、冷凍臺、小冰臺、蠟缸、左右保存盒、蠟嘴、儲鑷臺，這7個工作區相互獨立，各自控制溫度，互不影響。采用可單體組織的冷凍臺和包埋機，冷凍臺則人性化設計，可隨意組合在左邊或右邊，滿足不同操作習慣的用戶需求。流蠟嘴設計成可調節的出蠟流量形式，采用柔性加熱器以及多重過熱保護裝置，不僅加溫快，受熱均衡，而且更節能可靠，溫度變得更平穩。冷凍臺采用純綠數碼顯示屏，顯示實際工作溫度，制冷溫度自動恒溫，并且也可獨立使用。隨機再設置小冷臺，可隨時冷凍包埋好的組織。工作臺還被設計了廢蠟盒抽屜系統，可及時處理廢蠟，其中，包埋機主工作臺包括：工作臺、小冰臺、蠟缸、左右保存盒、蠟嘴、儲鑷臺6個工作區，其設計結構如圖2所示。大冷卻臺選用直流變頻冷卻裝置，其設計結構如圖3所示。

3 包埋機控制系統的研究

3.1 大冷凍臺控制系統設計

無傳感器變頻無刷直流壓縮機具有壓縮機穩定運行、體積小、重量輕、抗震強、效率高、噪音低、可靠性好、控制簡單等優點，本次研究將其作為制冷設備，不僅使得本機能夠快速高效地制冷，而且能使用在低電壓直流供電的移動環境中，在振動強烈的應用場合中，啟動平穩、無級平滑調速，成本更低、更節能。

3.2 人機控制界面設計

OLED即有機發光二極管，它具有響應速度快、無角度盲點、發光率高、能耗低、更輕更薄、低溫特性好等優點。

包埋機的輸出即采用 OLED人機接口電路，還設計了7個獨立式按鍵，可根據用戶需要輸入請求。

3.3 包埋機控制系統的軟件設計

依據包埋機的功能需求，構建軟件的整體框架，實現具體的各功能子模塊。主要包括包埋機過程控制模塊，溫度控制算法處理模塊、壓縮機控制處理模塊、數據采集模塊、鍵盤處理及參數設置模塊、包埋機過程控制模塊、故障檢測與處理模塊等。

4 小結

根據以上設計完成的生物組織冷凍包埋機智能的程度高，石蠟溫度控制理想，有效解決人工依賴強的缺點，而且結構合理，外形美觀，產品性能好，性價比高，與國外同類產品相比，具有其本身不可比擬的優勢。

【參考文獻】

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