智能创面灌注-负压治疗仪的研制

侯　强，张文俊，张建光，付振山，韩　童，易　竞，郭　荣，张　瑛，江　华

智能创面灌注-负压治疗仪的研制

侯强，张文俊，张建光，付振山，韩童，易竞，郭荣，张瑛，江华

目的：为解决传统创面灌注-负压治疗装置存在的不足，研制一种具有创面主动灌注-负压吸引功能的智能创面治疗装置。方法：通过单片机控制蠕动泵、电磁阀和压力感受器协调运转，使灌注液定量输注至创面并保留特定时间，随后通过负压清除创面灌注液并保持创面负压状态。当创面密闭不良、压力过高或者负压管道堵塞发生时，治疗仪可自动报警。结果：该治疗仪利用蠕动泵和病房中心负压完成创面灌注-冲洗的全过程，实现了创面灌注液精确定量和负压压力稳定可靠；通过压力感受器实时监测创面及管道压力，达到了意外情况及时预警的功能。结论：该智能创面灌注-负压治疗装置提高了创面灌注-负压治疗的自动化、智能化及安全性水平，有助于创面主动灌注-负压治疗技术的临床推广。

创面；灌注；负压治疗；蠕动泵

0　引言

如何快速、高效、优质地修复软组织缺损，一直是整形外科领域的研究热点之一。传统创面修复方法可概括为“彻底清创—敷料覆盖—组织移植”，但这种方法对于组织缺损大、渗出液多、合并细菌感染的创面修复效果不理想。1993年，德国Fleischmann发现创面密闭并保持负压状态可降低创面细菌负荷，缩短创面愈合时间[1]。1995年，负压创面治疗技术（negativepressure wound therapy，NPWT）正式被美国食品和药品监督管理局批准用于软组织缺损的临床治疗[2]。经过近20 a的临床应用，证实负压创面治疗技术对于急慢性创面具有良好的治疗效果[3-4]。但研究人员也发现，负压创面治疗技术存在创面清洁效果差、长期治疗可靠性下降、创面治疗方法单一的缺陷[5]。有学者认为，将创面灌注与负压创面治疗技术相结合，有助于弥补负压创面治疗技术的不足，促进创面愈合[6-7]。

目前，创面灌注-负压治疗装置多采用重力灌注-主动负压方式，即利用重力作用使灌注液滴入创面中，同时利用治疗装置所提供的负压将灌注液自创面排出。此类装置存在创面清洁效率低、装置体积大、工作噪声高、创面压力无法周期变化的弊端，限制了创面灌注-负压治疗技术的临床推广和使用。为了解决上述问题，我们研制了智能创面灌注-负压治疗仪（以下简称治疗仪），已获得1项国家专利（ZL01320029949.5）。

1　治疗仪整体设计

1.1设计思路

根据创面治疗需要，利用单片机控制蠕动泵和负压源的工作状态，可实现创面持续灌注-负压吸引、间断灌注-负压吸引、持续负压吸引和间断负压吸引4种治疗模式。通过蠕动泵将灌注液主动输注至创面，以主动灌注取代重力滴灌，便于精确控制灌注容量，提高灌注效率，减小装置体积。借助病房中央负压系统进行负压吸引，有助于保证创面压力稳定，减少装置运行的噪声。预设管道压力感受器实时监测创面和管道压力，可及时预警创面无法密闭、负压引流不畅等情况。

1.2治疗仪基本组成

治疗仪由STC12C5A60S2型单片机、蠕动泵、电磁阀、LCD12864型液晶显示器、MPS20N0100D-D型压力传感器、报警器、锂电池、储液瓶和废液瓶等部件组成（如图1所示）。

图1　智能创面灌注-负压治疗仪结构图

1.3治疗仪工作原理

治疗仪通过单片机控制蠕动泵和负压源工作，将创面灌注液定量输入创面中，随后通过负压抽吸作用排出创面灌注液。具体而言，治疗仪共具有创面持续灌注-负压吸引、间断灌注-负压吸引、持续负压吸引和间断负压吸引4种治疗模式。

1.3.1创面持续灌注-负压治疗模式

选择治疗仪至创面持续灌注-负压治疗模式，设定治疗仪运行时间、蠕动泵流量和创面负压值。单片机控制蠕动泵以预设速度进行创面灌流，同时电磁阀开放，中央负压将创面分泌物及灌注液引流至废液瓶并保持设定压力。治疗仪运行时间截止后，单片机控制蠕动泵及电磁阀关闭。

1.3.2创面间断灌注-负压治疗模式

选择治疗仪至创面间断灌注-负压治疗模式，设定治疗仪运行时间、蠕动泵流量、负压源开放时间、创面负压值和创面灌注/浸泡时间。单片机对负压开放时间进行计时并控制电磁阀开放负压管道，利用中央负压将创面渗出液排至废液瓶中，保持创面负压状态。负压开放时间截止后，治疗仪进入创面灌注模式，单片机计时创面灌注/浸泡时间，通过电磁阀关闭负压管道，启动蠕动泵向创面输注定量液体，液体输注完毕后，蠕动泵停止工作，电磁阀仍保持关闭。创面灌注时间截止后，治疗仪再次进入创面负压状态。重复上述周期，直至治疗仪运行时间截止。

1.3.3创面持续负压吸引模式

选择治疗仪至创面持续负压吸引模式，设定治疗仪运行时间和创面负压值。单片机控制电磁阀开放，中央负压将创面分泌物引流至废液瓶并保持设定压力。在此种治疗模式下，蠕动泵始终保持关闭状态。

1.3.4创面间断负压吸引模式

选择治疗仪至创面间断负压吸引模式，设定治疗仪运行时间、创面负压值、电磁阀开放及关闭时间。单片机控制电磁阀开放并计时，中央负压将创面分泌物引流至废液瓶并保持设定压力。当电磁阀开放时间截止，单片机控制电磁阀关闭并对关闭时间计时。随后重复上述周期，直至治疗仪运行时间截止。在此种治疗模式下，蠕动泵始终保持关闭状态。

1.4报警功能

治疗仪处于运行状态时，若电磁阀开放3 min后，负压端压力传感器测得的创面压力仍高于0 kPa时，单片机启动报警器，发出警报信号，提示创面密闭不良；治疗仪处于创面持续灌注-负压模式或间断灌注-负压模式时，灌注端压力传感器测得的创面压力高于-20 kPa时，中央控制器启动报警器，发出警报信号，提示创面压力过高；当负压端压力传感器测得的负压吸引管道压力超过-20 kPa时，中央控制器启动报警器，发出警报信号，提示负压管道堵塞。

2　结构设计

如图1所示，治疗仪壳体内安装有单片机、液晶屏、蠕动泵、电磁阀、传感器、锂电池、稳压器、报警器。STC12C5A60S2型单片机工作频率达35 MHz，具有8通道10位A/D、2路PWM/PCA和1路高速计数通道[8]。因治疗仪设定参数较多，选用可显示8×4行汉字的LCD12864型显示器[9]。蠕动泵采用直流电动机，利用脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM），将微处理器P1.3接口设为PWM接口，采用查表设计法进行流量控制[10]。MPS20N0100D-D型传感器输出的信号经AD620放大，具有良好的可重复性和长时间工作的稳定性[10]。壳体左右两侧分别安装有可活动的储液瓶和废液瓶，废液瓶与壳体内的负压管道相通，储液瓶有管道与蠕动泵相连。储液瓶内的液体通过蠕动泵、创面敷料、负压管道流入废液瓶中，此过程密闭无渗漏。

3　电路设计

（1）显示器设计。显示器电路设计如图2所示。LCD12864型液晶显示器VCC端电压为4.8～5 V；V0端连接电阻R90，用以调节显示器亮度；PST端赋值为1，设置显示器以8位并行工作模式运行[10]。

图2　显示器接线图

（2）蠕动泵设计。蠕动泵电动机电路设计如图3所示。蠕动泵采用直流电动机式，设置单片机STC12C5A60S2的P1.3端为PWM接口，利用PWM脉宽调节蠕动泵直流电动机的转速，达到精确调节灌注液体容量的目的。驱动电路加载光电耦合器TLP521，可有效减少电动机启动的干扰[10]。

图3　蠕动泵电动机接线图

（3）真空压力测量。真空压力测量部分电路设计如图4所示。MPS20N0100D-D型传感器信号（1、2）经滤波器（R3、R4）滤波后送入放大器+3、-2信号输入端；信号放大倍数通过调节电阻RG调整；5端设置为信号参考端，电压为VCC/2；信号放大后输出到单片机的A/D接口[10]。

图4　传感器及放大器接线图

4　使用方法

使储液瓶和废液瓶与治疗仪相连接，根据治疗需要设定治疗模式、创面灌注量、创面灌注/浸泡时间和创面负压时间，同时设定中心负压吸引源压力为-16 kPa。将预制灌注及负压管道的海绵敷料放置于清创止血后的创面上，被覆半透膜，使创面保持密闭状态。治疗仪灌注接口与负压吸引接口分别与敷料对应接口相连接。启动治疗仪，进行创面治疗。

5　应用效果

（1）加快创面愈合速度。将创面灌注与创面周期性负压治疗相结合，在提升创面清洁效率的同时，保证创面压力的周期性变化，有助于创面肉芽组织生长，加快创面愈合[11]。

（2）提高治疗安全性。通过压力传感器实时监测创面及管道压力的变化，及时预警创面密闭不良、灌注过高及负压管道堵塞等紧急情况，保证治疗安全性。

（3）缩小治疗仪体积。以蠕动泵主动灌注的方式取代创面重力滴灌，无需将储液瓶居高悬挂，改善了治疗仪的便携性，方便其进一步推广。

（4）提升患者生活质量。充分利用中央负压源进行负压吸引，消除真空泵运行噪声，为患者创造更加舒适的修养环境，提升患者生活质量。

6　结语

目前，国内外创面灌注-负压治疗研究主要集中于重力滴灌-负压治疗领域，主动灌注-负压治疗设备研发鲜有报道[12]。创面重力滴灌-负压治疗装置存在无法实现灌注液精确调节、缺少管道压力报警指示等弊端，限制了其在临床的进一步推广应用。我们研制的智能创面灌注-负压治疗装置利用单片机智能控制创面灌注、负压和预警诸模块工作，借助国内病房广泛设置的中心负压源，简化了治疗仪内部结构，提高了创面主动灌注-负压治疗的自动化、智能化及安全性水平，有助于创面主动灌注-负压治疗技术的临床推广。

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（收稿：2014-11-26修回：2015-02-15）

Development of intelligent wound instillation-negative pressure therapeutic instrument

HOU Qiang1,ZHANG Wen-jun1,ZHANG Jian-guang2,FU Zhen-shan3,HAN Tong1, YI Jing4,GUO Rong1,ZHANG Ying1,JIANG Hua1
(1.Department of Plastic Surgery,Shanghai Changzheng Hospital,the Second Military Medical University,Shanghai 200003,China;2.Department of Plastic Surgery,Doctor Sha's Hospital of Cosmetic Plastics,Dalian 116000,Liaoning Province,China;3.Weihai Vocational College,Weihai 264210,Shandong Province,China;4.Department of Burn Plastics, Navy General Hospital,Beijing 100048,China)

Objective To develop an intelligent wound therapeutic instrument based on active instillation and negative pressure suction.Methods SCM coordinated peristaltic pumps,solenoid valves and pressure receptor to infuse perfusate into the wound and retained it for a period of time.The perfusate then was eliminated by negative pressure and the wound was kept in the state of negative pressure.The instrument could give out alarm in case of bad tightness,over-high pressure and blocked negative-pressure pipeline.Results Peristaltic pump and central negative pressure were involved in to complete wound perfusion and irrigation,with perfusate controlled quantitatively and negative pressure kept reliable. The pressures in the wound and pipeline could be monitored at real time by the pressure receptor,and timely alarm was implemented when unexpected conditions occurred.Conclusion The instrument behaves well in automation,intelligence and safety,and thus is worth popularizing clinically.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（5）：41-43，121]

wound;instillation;negative pressure therapy;peristaltic pump

[中国图书资料分类号]R318.6；TH772.1A

1003-8868（2015）05-0041-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.05.041

全军医药卫生项目（08G069）；上海科委产学研项目（12DZ1941905）

专利：国家实用新型专利（ZL 01320029949.5）

侯强（1979—），男，博士研究生，主治医师，研究方向为体表器官再造与整复，E-mail:houqiangcn@126.com。

200003上海，第二军医大学长征医院整形外科（侯强，张文俊，韩童，郭荣，张瑛，江华）；116000辽宁大连,大连沙医生整形美容医院整形外科（张建光）；264210山东威海，威海职业技术学院（付振山）；100048北京，海军总医院烧伤整形科（易竞）

江华，E-mail:552900670@qq.com