智能化熏蒸床控温策略及性能优化研究

2019-01-15李娜赵东亮陈皓宇

中国医疗设备 2019年1期

李娜，赵东亮，陈皓宇

河南省正骨研究院河南省洛阳正骨医院（河南省骨科医院）生物医学工程研究室，河南洛阳 471000

引言

熏蒸疗法是根据中医辨证施治的理论，因病而宜地选择中草药对症配方，进行加热熏蒸肌肤，通过药力和热力的双重作用，达到温经散寒、疏通经络、活血化瘀的目的，对颈肩腰腿痛、骨折术后康复、部分肛肠外科和妇科等多种疾病都有很好的治疗效果[1-5]。近年来，随着中医药现代化进程的推进，市场上出现了各种各样的熏蒸治疗设备，按治疗部位可分为用于局部的熏蒸治疗仪和用于全身的熏蒸床；按治疗方式可分为开放式和封闭式熏蒸治疗设备[6]。

然而，目前临床使用的熏蒸治疗设备存在诸多弊端，如加热时间长、控温不精确、蒸汽温度的均匀性和稳定性较差、舱体易腐蚀、故障率高、不易清洁消毒等[7]。2010年1月至2014年7月，国家药品不良反应监测中心共收到涉及熏蒸类设备的可疑不良事件报告223例，其中严重伤害事件93例，主要表现为晕厥、烫伤、惊吓等。晕厥2例，占全部严重伤害报告2.1%；不同程度烫伤78例，占83.9%；舱体坠落、爆炸等濒临事件13例，占14.0%[8]。2016年原国家食品药品监督管理总局对熏蒸治疗设备抽检结果显示，目前市场上在售的熏蒸治疗仪产品的行业标准符合率较低[9]。在彭阔[10]的中药局部熏蒸治疗盘源性腰痛的研究中，实验组和对照组各出现1例轻微头晕症状患者。在赵霞等[11]中药熏蒸对类风湿关节炎疗效的系统评价中，纳入的11项研究出现10例轻度头晕，2例皮疹，9例轻中度胃肠道反应。

由此可见，缩短升温时间、提高控温精度、维持熏蒸温度的均匀性和稳定性、预防烫伤、参考行业新标准是研发改进熏蒸治疗设备、保证设备安全有效重点考虑的问题。本研究对我院前期研制注册的LZFM-B型熏蒸床控温性能进行检测，发现结果欠佳，故对其控温策略进行优化改进。

1 材料与方法

1.1 材料

河南洛阳正骨医院（河南省骨科医院）研制、河南省洛正器械厂生产的LZFM-B型熏蒸床；美国福禄克公司生产的Fluke 51-II型接触式温度计；日本亚速旺公司生产的6-7154-01型计时器；厦门宇电自动化科技有限公司生产的AI-516型人工智能PID温度控制器。

1.2 方法

（1）控温性能检测方法：参考YY/T 1306-2016行业标准[12]，用接触式温度计同时测量液体温度和蒸汽温度，自熏蒸床启动开始每5 min记录一次温度计读数，直到蒸汽温度相对稳定，绘制升温曲线，评估升温速度和控温精度；当熏蒸床仪表温度升至设定温度后，用接触式温度计测量熏蒸舱内均匀分布6个点的蒸汽温度，每5 min记录一次温度计读数，记录5次，评估熏蒸温度的均匀性与稳定性。

（2）控温策略改进方法：LZFM-B型熏蒸床的测温传感器和热保护器设置在药槽侧壁底部，通过监测药槽中液体温度达到恒温控制药液温度的目的，但检测结果发现其对蒸汽温度的控制效果不理想，为改善控温效果，把测温传感器和热保护器设置在药槽侧壁上部、液体最大刻度线以上，同时将温度控制器调整为更加适合监控蒸汽温度的AI-516型人工智能PID温度控制器，把改进后的熏蒸床型号定为LZFM-B2型。

2 结果

2.1 两种控温策略升温曲线的比较

如图1所示，监控液体温度的LZFM-B型熏蒸床（图1a）设定液体温度为临床常用温度55.0℃，其液体温度虽然可在15 min内升至设定值，并恒定维持在（55.2±0.1）℃，但其蒸汽温度在液体温度达到设定值时为（41.6±1.0）℃，之后仍持续上升，直到50 min稳定在（47.0±0.1）℃，在使用过程中，蒸汽温度的最大值与最小值之差大于5℃。改进后直接监控蒸汽温度的LZFM-B2型熏蒸床（图1b）设定蒸汽温度为临床常用温度40.0℃，其液体温度在15 min时升至最高（54.0±0.9）℃，此时蒸汽温度为（37.8±0.9）℃，随后液体温度逐渐下降，而蒸汽温度继续上升，在30 min后蒸汽温度一直稳定在（39.9±0.3）℃。以上结果说明，直接监控蒸汽温度比通过监控液体温度间接控制蒸汽温度的控温效果更好。

2.2 LZFM-B2型熏蒸床的控温精度

如图2所示，LZFM-B2型熏蒸床分别设定蒸汽温度为38.0℃、40.0℃、42.0℃，用接触式温度计测量蒸汽实际温度，分别为（38.2±0.3）℃、（40.0±0.2）℃、（42.1±0.2）℃，即该控温方式偏差在0.5℃以内，控温精度较高。

图1 两种控温策略的升温曲线

图2 LZFM-B2型熏蒸床的控温精度

2.3 LZFM-B2型熏蒸床蒸汽温度的均匀性与稳定性

LZFM-B2型熏蒸床分别设定蒸汽温度为38.0℃、40.0℃、42.0℃，仪表温度升至设定温度后，用接触式温度计连续测量熏蒸舱内均匀分布的A、B、C、D、E、F点的温度，结果如图3所示。每个测试点温度与设定温度偏差不大于2.0℃，每个测试点最大值与最小值之差不大于1.0℃，均值的最大值与最小值之差不大于2.0℃，最高温度不超过45.0℃，均匀性与稳定性的各项指标均符合且优于YY/T 1306-2016行业标准。

3 讨论

前期研制的LZFM-B型智能熏蒸床通过实时监测液体温度，并反馈给温度控制器以调整加热管功率，从而达到恒温控制液体温度的目的[13]。虽然漏斗型的药槽设计便于蒸汽散出充满熏蒸舱，但由于空气热传导较慢的物理原因，熏蒸舱内蒸汽温度的均匀性与稳定性较差，接近皮肤部位的蒸汽温度在液体温度稳定后仍然持续上升，直到50 min才逐渐稳定（图1a）。事实上，在临床使用中[14-15]，一般熏蒸床的仪表温度达到设定温度后便开始熏蒸治疗，在治疗的30 min内，虽然液体温度是恒定的，但患者感受到的蒸汽温度并不稳定，波动范围甚至超过5.0℃。即使将治疗开始时间定为蒸汽温度稳定后也存在较多问题，一方面熏蒸床设定和显示温度均为液体温度，无法得知蒸汽温度的实时情况；另一方面从实验结果看蒸汽温度达到稳定状态至少需要50 min，设备预热、患者等待的时间过长。

图3 LZFM-B2型熏蒸床蒸汽温度的均匀性与稳定性

为解决这些问题，对LZFM-B型熏蒸床进行了优化改进，把测温传感器和热保护器设置在药槽侧壁上部、液体最大刻度线以上，直接监测蒸汽温度，同时将温度控制器调整为更加适合监控蒸汽温度的AI-516型人工智能PID温度控制器。改进后的LZFM-B2型熏蒸床蒸汽温度达到设定温度需要30 min，并能稳定维持在设定温度（图1b），比LZFM-B型熏蒸床预热时间缩短了20 min，仪表实时显示蒸汽设定温度和当前温度，患者体感温度更加稳定。

人体皮肤理论上的烫伤阈值为45.0℃，随着温度的升高，损伤逐步加重，49.0℃热源持续接触皮肤3 min可致表皮损害，超过51.0℃极短时间即可产生损伤[16-18]。因此，提高熏蒸床的控温精度是保证设备安全有效的重中之重。LZFM-B2型熏蒸床分别设定38.0℃、40.0℃、42.0℃对其控温精度进行了检测，结果显示偏差在0.5℃以内（图2），控温精度较高，可以保证蒸汽温度在安全范围内。

熏蒸舱内蒸汽温度的均匀性和稳定性也是影响熏蒸床安全有效的关键因素之一，是YY/T 1306-2016行业标准控温性能的重要指标。标准要求每个测试点温度与设定温度偏差不大于5.0℃，每个测试点最大值与最小值之差不大于5.0℃，均值的最大值与最小值之差不大于5.0℃，最高温度不超过45.0℃[12]，LZFM-B2型熏蒸床的各项指标均符合且优于标准（图3），不仅保证了熏蒸舱内蒸汽温度的均匀性与稳定性，而且也可以提高患者的舒适度和满意度。