间歇式雾化控制器的研制

徐小普，朱显

武温州医学院附属第二医院，浙江， 温州， 325027

对哮喘等呼吸道疾病的治疗，常常采用将液态药品雾化，随病人呼吸吸入直接到达治疗部位的治疗方法。雾化治疗对儿童病人疗效显著，已成为儿童医院常规治疗方法。目前有两种雾化方式，一种采用超声雾化治疗仪的超声雾化方法，另一种采用一定压力的空气作为动力的喷射雾化方法。两种方法雾化治疗的效果都很好，但是存在着共同的缺点，即都是持续雾化方式，在治疗过程中，病人在呼气时雾化器还在持续给药。这样造成的影响有两个，一是浪费药品，按呼吸比为1:1计算的话，浪费药品为50%；二是雾化药品进入治疗室空间，增加空气中药品成份的含量，对在同一房间治疗的其他病人和陪同的家属造成影响。 采用间歇雾化的方式，虽不能完全消除这两种影响，但可以把影响减少到最小，在提倡环保的当今社会，是非常有意义的。所以，我们设计研制了这款间歇雾化控制器，对超声雾化器和喷射雾化器略做改造，即可实现间歇雾化的功能。

1 系统设计

1.1 工作原理

间歇雾化的目的是实现病人吸气时给雾化药物，在呼气时停止，即实现间歇雾化与病人呼吸的同步。由于不同的病人的呼吸频率和吸呼比不同，要实现理想的间歇雾化，必须有病人呼吸信号检测装置，这样的控制器较复杂，使用也不方便。但是在雾化治疗的短时间内，同一个病人的呼吸频率和吸呼比是容易保持基本不变的。所以，只要设计一种可以调节和显示间歇频率和占空比的控制电路，对不同的雾化器电路进行控制，即可达到目的。由于正常人的呼吸频率在16～20次/min，吸呼比在1:1～1:5，所以控制器的设计可调间歇频率范围在10～40次/min，吸呼比范围在1:1～1:6，即可满足不同病人不同生理状况下的要求。

超声雾化器一般由电源、高频振荡电路、超声换能器、水位限制开关和送风电机组成。高频振荡电路驱动超声换能器实现雾化，由送风电机向病人端送雾。虽然控制雾化器的电源可以方便地实现间歇雾化控制，但是控制的电压较高，电流较大，容易对电路产生干扰和冲击。高频振荡电路的核心是晶体三极管，在三极管的基极和地之间接入受控的继电器开关，当继电器闭合时起振条件被破坏，振荡电路不起振，无雾化；当继电器打开时，振荡电路恢复原状，可正常起雾。这样就可在低压和小电流下实现超声雾化的间歇控制。

喷射式雾化器都采用高压空气流产生雾化，只需切断气源，就可停止雾化。所以设计一个电磁阀，接到雾化装置的供气回路。通过控制电磁阀的开或关，即可实现间歇雾化。

1.2 控制器电路设计

根据间歇控制器的原理分析，设计了控制器电路图（见图1）。

图1 间歇控制器电路图Fig.1 Circuit of Nebulizer Controller

该电路采用AT89C2051单片机作为核心。该单片机是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机，功能强大的单片机，只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器。采用单片机设计，使得电路非常简单，外围只有显示部分、控制开关和输出部分。

图2 间歇控制信号波形图Fig.2 Waveform of Nebulizer Controller

通过单片机编程，设定间歇频率（10～40次/min）和吸呼比（1:1～1:6）的范围；频率控制开关S1和S2接到单片机的P1.5和P1.6，分别用于控制间歇频率的增减，增减幅度为1次/min；吸呼比控制开关S3和S4接到单片机的P1.4和P1.3，分别用于控制吸呼比的增减，增减幅度为1：1；数码管DS1和DS2用于显示间歇频率，DS3和DS4显示吸呼比。间歇控制信号从单片机P1.7（即20脚）输出，信号波形如图2所示。吸呼比（即方波的占空比）等于t1与t2的比值。间歇控制信号通过三极管Q1控制继电器或电磁阀同步工作。继电器与超声雾化器的电路连接就不在此赘述了。

1.3 控制器使用方法

首先将控制器与经过改造的雾化器连接，超声雾化和喷射雾化的连接方式不同；将雾量控制旋钮调至最低开机，然后根据病人的呼吸频率和吸呼比，通过S1-S4控制开关调节合适的间歇频率和停顿时间，增加雾量即可看到间歇喷雾输出。其余使用方法与原雾化器使用方法相同。在治疗过程中可以随时根据病人呼吸情况调节间歇频率和吸呼比，以达到病人与设备的最佳配合。

2 总结

该间歇雾化控制器带有频率和呼吸比的显示功能，使用非常方便。由于病人的呼吸自主控制能力较强，病人很容易与经过改造的间歇式雾化器同步呼吸，达到节约雾化用药和环保的目的，经试验节约药物的量达60%左右。对超声雾化器进行间歇控制，减少了治疗过程中超声换能器的工作时间，减少了功耗，相对延长了超声换能器的使用寿命。同时由于单片机的成本很低，该控制器的成本也低，非常适合对各种医用雾化器的改造，有一定的推广应用价值。

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