一种用于免疫调节的臭氧治疗仪的设计与实现.doc

一种用于免疫调节的臭氧治疗仪的设计与实现1 医用臭氧治疗仪的背景 目前全球约有4亿慢性乙型肝炎病毒感染者，我国慢性乙型肝炎患者约2000万。传统的药物治疗疗程长、疗效低、副作用多，复发率高并且费用大等。在乙肝治疗领域一直在寻找和探索新的治疗方法。臭氧大自血疗法是一种新的治疗慢性乙型病毒性肝炎方法。医用臭氧治疗仪将医用氧气精确而稳定的制成治疗所需臭氧浓度，在免疫激活气血混合器内将血液和臭氧充分混合激活、活化后的血液回输到人体，起到病毒杀灭、提高人体干扰素、免疫调节的作用。 研制一款医用臭氧治疗仪，能够实现血液抽取、臭氧和血液混合和血液回输功能。医用臭氧治疗仪应有臭氧制取、回收功能；血液抽取、回输功能；血液、臭氧混合功能；血液流量调节功能；氧气压力测量、显示功能；管路压力测量、显示、报警保护功能；气泡检测、报警保护功能；臭氧浓度检测、显示功能。 2 产品的工作原理 医用氧气经精密稳压器限压（0.1Mpa）、精密流量计限流（1L、min）后，通过氧气阀的通断来控制氧气是否进入臭氧发生器。臭氧发生器采用电晕法产生氧气和臭氧的混合气体（以下简称臭氧气体），臭氧气体经臭氧检测仪（在线检测臭氧浓度）后分两路，一路经臭氧阀、取气口、制气阀后进入臭氧回收器（降解器）；一路经内部臭氧输出阀、臭氧输出接口后进入气血混合器。混合后多余的臭氧气体经臭氧回收接口、内部臭氧回收阀进入臭氧回收器。治疗仪通过改变血泵和电磁阀的运行状态，分别完成预冲血泵侧管路、预冲循环侧管路、预冲液返回、血液抽取、气血混合、血液回输等功能，实现臭氧自体血疗法。 3 产品设计方案 为了避免国外医用臭氧治疗仪产品在进行臭氧大自血疗法中的不足，利用目前比较成熟的血液体外循环技术。新研制的治疗仪配套自血回输管路通过血泵定量的将血液引出，在自血回输管路气血混合室中与一定浓度的臭氧气体混合，混合后回输到人体，多余的臭氧气体自动回收降解。另外考虑到治疗慢性乙型肝炎病毒患者治疗周期要在三个月以上，每周治疗三次，治疗模式将引血回路与回血回输共用同一通道，在治疗时只需要进行单针穿刺，减少患者穿刺的次数。治疗全过程可选用自动或手动模式，可在操作提示下自动完成自血回输管路的预冲、引血、臭氧与血液的混合、血液回输。治疗过程中血液是在密闭的自血回输管路中自动完成，大大降低了医务人员的工作量，从而避免了交叉感染的可能，极大提升临床使用的安全性。治疗仪在治疗过程中进行气泡、压力检测，确保治疗安全有效。 治疗仪具备以下功能：血液抽取、回输功能；臭氧制取、回收功能；血液流量调节功能；血液、臭氧混合功能；氧气压力测量、显示功能；管路压力测量、显示、报警保护功能；气泡检测、报警保护功能；臭氧浓度检测、显示功能；自血回输管路预充功能； 血泵停泵报警功能；治疗仪断电报警功能； 4 医用臭氧治疗仪解决方案 治疗仪在治疗过程中要实时显示治疗的过程，并要对设置的参数进行设置，所以采用人机交互良好的触摸屏（以下简称HMI）作为上位机。治疗仪要对I/O信号、D/A信号、A/D信号进行处理，以选择抗干扰性能良好的PLC下位机的处理。HMI与PLC通过Modbus协议进行通信。触摸屏能够直观、生动地显示运行参数和运行状态，而且通过触摸屏画面可以直接修改系统运行参数，人机交互性好。PLC广泛应用于工控领域中，具有良好的抗干扰性能。与HMI配合组成良好的人机交互环境，大大降低了产品的制造成本。如图1。 4.1 系统基本结构 HMI作主站，PLC作从站。eView触摸屏和PLC本身支持Modbus通讯协议。 4.2 硬件物理连接关系 电磁阀、气泡检测器、血泵组件都装在治疗仪的前面板，臭氧发生器、臭氧浓度检测装置等装在中间板。为了便于线路的连接增加驱动板和前面板接口板。 4.3 软件实现 软件实现包括：通讯设置、变量定义、功能模块设计、界面设计。，通讯设置包括波特率设置，数据位数、停止数、奇偶校验等，总线上所有的master及slave的以上设置应完全一致。 治疗仪软件分两部分，一部分为HMI软件，是基于步科HMI组态编辑软件Kinco HMIware_v2.0的应用软件，分别由自动治疗模块、手动治疗模块、制臭氧气体模块、制臭氧水模块、测试模块组成。另一部分为PLC软件，分别由数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、血泵流量控制模块、臭氧浓度控制模块。并配合治疗仪硬件系统完成治疗。 4.3.1 HMI与PLC通讯连接 为了能够使HMI与PLC建立稳定的通讯，必需对通讯格式进行规定。其中通讯类型：RS232，波特率：9600，数据位：8位，奇偶校验位：无，停止位：1位。通讯协议：Modbus。 4.3.2 HMI的程序设计 HMI作为上位机并作为主机，要及时将信息送到下位机PLC，将下位送来的信息进行处理，将处理结果送回给下位机。分别由治疗设定模块、预冲阶段模块、引血阶段模块、气血混合阶段模块、血液回输模块组成。 4.3.3 PLC的程序设计 调用执行数字量输入子程序、数字量输出子程序、模拟量输入子程序、血泵流量控制子程序、臭氧浓度控制子程序。 4.4 整机设计 根据临床要求，按引血、混合、回输自动化的要求，对整机布局如图2所示。 5 临床试验 治疗仪经过相关的临床医疗机构对慢性乙型病毒性肝炎患者的试验，对乙肝病毒有抑制作用。治疗各功能正常。随着臭氧基础研究的深入，临床治疗应用广泛开展起来。医用臭氧治疗已应用于慢性乙型肝炎病、糖尿病足、动脉阻塞性疾病（例如间歇性跛行等）椎间盘突出症、创伤、烧伤等领域。 6 总结 医用臭氧治疗仪能够自动实现血液的抽取、混合、回输。在治疗过程中可以分别对医用氧气-臭氧混合气体的浓度、血泵流量进行设定。对氧气压力、壶内压力、回输到人体血液循环管路中的气泡等进行监测。一旦参数偏离设定值，治疗仪将发出声光报警信号，提醒医务人员进行处理。 作者单位 宁波天益医疗器械有限公司 浙江省宁波市 315000