熏蒸床集中控制系統設計

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 河南省洛陽正骨醫院（河南省骨科醫院） a. 生物醫學工程研究室；b. 醫院辦公室；c. 醫學實驗研究中心；d. 骨關節病非手術療法治療中心；e. 骨關節病科；f. 脊柱外四科，河南 洛陽 471000；2. 河南省洛正醫療器械廠，河南 洛陽 471000

引言

中藥熏蒸療法是根據中醫辯證論治的原則，依據疾病治療的需要，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行熏蒸，可溫經散寒、疏通經絡、活血化淤、通絡止痛，是一種中醫最常用的傳統外治方法[1]。藥物熏蒸治療設備，是指根據中醫理論，利用中藥與熏蒸器的結合，產生并輸送熱藥蒸汽，借熱力和藥力的雙向作用實現“皮膚吃藥”的治療設備。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，然而這些設備普遍為單機版，即單臺設備上配置有控制單元。當一個熏蒸治療區設置有多臺熏蒸床時，操作人員需到每臺熏蒸床前進行操作，不但涉及患者隱私，而且加大了操作人員的勞動強度，非常不方便。在熏蒸治療過程中，當患者感覺不適時，如果設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，國家藥品不良反應監測中心共收到涉及熏蒸類設備的可疑不良事件報告223例，其中嚴重傷害事件93例，主要表現為暈厥、燙傷、驚嚇等。暈厥2例，占全部嚴重傷害報告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，本設計提出一種熏蒸床集中控制系統。既可通過一個操控臺同時控制一個房間內多臺熏蒸床，又可通過以太網技術在上位機實現對多臺熏蒸床的遠程管控，通過了醫療器械檢驗機構的安全檢測。熏蒸床產品獲批《中華人民共和國醫療器械注冊證》，注冊證編號：豫械注準20172260369，熏蒸床集中控制系統被授權實用新型專利1項（專利號：ZL 2018 2 0523852.2）和計算機軟件注冊權1項（登記號：2019SR1035636）。

1 系統構成

熏蒸床集中控制系統主要由多臺熏蒸床、操控臺、連接電纜、485通訊線、上位機組成。每臺熏蒸床上設置有藥槽、控制箱等，藥槽內安裝有加熱管、溫度傳感器、浮球開關、熱保護器；控制箱上安裝有電源指示燈和運行指示燈，每臺熏蒸床都由網電源供電[4]，通過電纜線與操控臺連接在一起。操控臺上設置有人機界面（觸摸屏），用于設置參數、啟停設備、信息顯示等人機交互。操作人員可在操控臺的觸摸屏上同時操控同一治療區內的多臺熏蒸床。觸摸屏通過以太網和上位機實時通訊，可實現對多臺熏蒸床的遠程控制[5]，如圖1所示為系統整體外觀圖，圖2為操控臺外觀圖。

圖1 系統整體外觀圖

圖2 操控臺外觀圖

2 系統流程設計

為了提高系統的可靠性和性價比，采用臺達可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作為整個系統的控制核心，通過人機界面（觸摸屏）實現與PLC的信息交互[6-8]。為了提高系統的安全性，設置有防干燒保護功能和溫度上限保護功能。為了便于對患者在熏蒸治療時的統一管理，提高工作效率，系統具有自動定時和語音播報功能。系統控制流程如圖3所示。

3 操控面板設計

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，可根據熏蒸治療需求設定溫度和時間，數碼框可分別顯示6路熏蒸床的當前溫度、設定溫度、剩余時間、設定時間。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”狀態下觸按按鈕后將變為“啟動”狀態，對應熏蒸床可自動開始工作，在“啟動”狀態下觸按按鈕后將變為“停止”狀態，對應熏蒸床停止工作[9-10]。

圖3 系統控制流程圖

4 主要功能簡介

4.1 密碼保護功能

打開系統主操控臺電源開關，人機界面被點亮，進入歡迎畫面，在歡迎界面下觸按人機界面進入登陸界面，操作人員需輸入登錄密碼才能進入操控面板操控設備。操作人員觸按紅色數字框后，自動彈出一個數字輸入鍵盤。輸入預先設定好的密碼（4位阿拉伯數）后，按下Enter鍵，方可進入操控面板，此功能可防止非專業操作人員誤操作引起的安全隱患。

4.2 設定溫度

觸按操控面板上對應熏蒸床號下方的設定溫度顯示窗，進入圖5所示溫度設置界面，根據患者的皮膚情況及耐受程度輸入溫度設定值，設定范圍為35℃～65℃。觸按Enter鍵，對應設定溫度顯示窗將顯示出溫度設定值。

圖4 操控面板圖

圖5 溫度設置界面

4.3 設定時間

觸按操控面板上對應熏蒸床號下方的設定時間顯示窗，進入圖6所示時間設置界面，根據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定值。設定范圍為0～99 min。觸按Enter鍵，對應設定時間顯示窗將顯示出時間設定值。

4.4 自動恒溫控制

按下對應床號下方的“啟動/停止”按鈕，按鈕形狀變為凹陷，并顯示為“啟動”狀態時，對應的熏蒸床開始加熱。PT100溫度傳感器檢測到的藥液當前溫度為電阻信號，經溫度采集模塊信號處理后轉化為數字量，數據傳送給可編程控制器CPU，CPU根據設定熏蒸溫度，計算出溫度偏差，然后根據內置的PID功能，輸出脈沖寬度可調的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，進而快速精準地控制固態繼電器的通斷，從而自動控制加熱管的加熱時間，實現自動恒溫控制的目的[11]。操控面板上對應床號的當前溫度顯示窗實時顯示當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內置的定時器和計數器實現長定時功能，當實測當前溫度達到溫度設定值時開始自動倒計時，操控面板上可顯示對應床號剩余時間，如圖6所示。當某一路熏蒸床熏蒸結束時，可編程控制器輸出擴展模塊輸出端自動觸發語音模塊播放語音，提醒對應床號熏蒸治療結束，播放兩遍，當播放過程中另一路也熏蒸結束時，等第一路語音播放完畢后再播放第二路語音[12]。

4.6 超溫保護功能

每臺熏蒸床的藥槽內都設置有機械式限溫開關，當某臺熏蒸床藥槽內液體溫度達到（70±3）℃時，該熏蒸床自動斷開加熱回路，不能自動恢復[13-14]。并觸發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象如圖7所示。

圖6 時間設置界面

圖7 超溫保護界面

4.7 防干燒控制

為了防止加熱管干燒損壞加熱管，熏蒸系統中每臺熏蒸床的熏蒸藥槽內都安裝有浮球開關。當某臺熏蒸床藥槽液位低于安全液位時，浮球開關常開點斷開，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 防干燒保護界面

5 產品出廠檢驗

5.1 安全性檢驗

依據GB9706.1-2007《醫用電氣設備第1部分：安全通用要求》標準要求，采用上海衡儀器廠生產的DZ-1-Y3型醫用接地阻抗測試儀、GY-2-Y5型醫用電介質強度測試儀、LD-1-YS型醫用漏電流測試儀對研制出的熏蒸床集中控制系統進行安全檢驗，檢驗項目和標準要求[16-18]如表1所示，檢驗結果如表2所示。

表1 安全要求GB9706.1-2007

表2 安全要求檢驗結果

5.2 主要性能指標和檢驗結果

采用表面溫度計、計時器、聲級計等檢驗工具依據河南省洛正醫療器械廠產品技術要求《熏蒸床》中的規定和檢驗方法對設備主要性能指標進行檢驗，檢驗結果如表3所示。

表3 主要性能檢驗結果

6 實驗和市場情況

本文設計的熏蒸床集中控制系統最大優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置有6個治療區，其中5個治療區為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，1個治療區為6臺LZFM-B型單機版熏蒸床。因此，我們選取離護士站同樣距離的熏蒸5區的可同時控制6臺熏蒸床的LZFM-D型熏蒸床集中控制系統為實驗組，熏蒸6區的6臺LZFM-D型單機版熏蒸床為對照組。

6.1 實驗方法

為了避免不同操作人員對熏蒸設備的熟練程度不同導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士先對實驗組設備進行操作，然后對對照組設備進行操作。操作步驟均為：開啟電源、設定時間、設定溫度、啟動加熱。

6.2 實驗結果

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，節省時間2 min 47 s。

6.3 市場情況

LZFM-D型熏蒸床自獲得醫療器械注冊證后到2019年年底共銷售40臺，市場銷售收入50.2萬元，每臺設備成本約0.5萬元，共創造經濟效益30.2萬元。售出的產品至今出現故障0次。

7 結論

本文研究設計了一種熏蒸床集中控制系統，對系統的硬件構成、控制流程、主要功能進行了介紹，通過出廠檢驗和現場實驗，得出以下結論：① 本設計安全可靠、性能穩定；② 本設計操作方便、智能化程度高，便于統一管理，可節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，保護了患者隱私；③ 本設計實用性強、效費比較高，創造了一定的經濟效益，可靠性高。