高压氧舱的自动化应用

王海东，张敦晓，李　琳，魏　晓，潘树义

高压氧舱的自动化应用

王海东，张敦晓，李琳，魏晓，潘树义

介绍了氧舱的结构，从自动化控制系统的主要功能、氧舱治疗信息系统的应用等方面阐述了自动化控制系统在高压氧舱运行中的应用，指出了氧舱的自动化控制系统能够实现对高压氧治疗过程中的设备状况、操控流程、运行数据等的监测与自动控制。氧舱自动化控制系统的应用，提高了操舱效率，改善了氧舱的安全性，为高压氧治疗提供了更加完善的设备保障。

高压氧舱；自动化控制；信息系统

0　引言

随着高压氧舱设备的发展与进步，氧舱的自动化应用越来越重要，精细化、智能化是未来氧舱的发展方向。我科高压氧舱自1998年开始使用计算机自动控制系统以来，根据本科具体情况，对自动化控制系统进行持续改进，开发新的功能，目前运行状况良好，现将我科的氧舱自动化控制系统介绍如下。

1　氧舱自动化控制系统的结构

1.1组成

氧舱的自动化控制系统主要由工业控制计算机（以下简称工控机）、A/D多路接口板、D/A多路接口板、变送器配置系统、执行阀配置系统等组成[1]。根据各部分功能的不同，氧舱自动化控制系统可分为采集单元、控制单元、执行单元等。

1.1.1采集单元

采集单元包含压力变送器、温度变送器、流量变送器、测氧仪、A/D多路接口板等。其功能是进行氧舱的实时状态采集，将氧舱的实时状态模拟信号转化为计算机系统可识别的数字信号，并传送至控制单元。

1.1.2控制单元

氧舱自动化控制系统的控制单元包括工控机、D/A多路接口板等。工控机是控制系统的核心部件，它对高压氧治疗过程中的设备状况、操控流程、运行数据等进行全程监测与控制。控制单元接收到采集单元传送的数字信号，通过识别、判断，经由D/A多路接口板生成模拟信号，向执行单元发出动作指令。

1.1.3执行单元

执行单元主要为执行阀配置系统，即加压调节阀、减压调节阀、排氧调节阀等。执行单元是控制单元发出动作指令的最终执行者，主要完成加压、稳压、减压、排氧、通风换气等任务。

1.2原理

氧舱的自动化控制系统结构图如图1所示。氧舱内的压力变送器、温度变送器、流量变送器信号，氧气体积分数信号以及音频信号传输到工控机内的A/D多路接口板，并将其模拟信息转换成数字信息，氧舱控制系统软件加以识别、判断后，将当前的压力、温度、氧气体积分数等信息呈现到控制显示器上；同时，按照预先设定的治疗方案，发出下一步指令，再通过D/A多路接口板将数字信息转换成模拟信息，输出到执行机构，从而实现高压氧治疗过程中的全程自动控制。

图1　氧舱自动化控制系统结构图

2　氧舱自动化控制系统的主要功能

2.1加减压过程的自动控制

氧舱自动化系统能够预先设置多个治疗方案，按照选择的某治疗方案自动运行，实现对加压、稳压、减压过程压力的全程自动控制[2]，并可以实现多舱不同控制方案的同时操舱。当压力超限时，可以自动报警、紧急减压。在安全限度内严格控制压力变化速率，实现压力曲线的平滑过渡，避免因手动操作不当引起的压力骤升骤降给患者带来的不适。

2.2“运行时间修正”功能

系统运行过程中，可能会出现特殊情况，比如计算机死机、误操作导致氧舱控制程序关闭、临时调整治疗时间等。一般情况下，此时只能终止计算机自动控制，改为手动操舱。为此，我科对原有氧舱控制系统程序进行改进，增加了“运行时间修正”功能模块，通过此模块可以继续实施全程自动控制。当出现上述情况时，首先立即查看操舱记录，记录各舱室治疗方案的当前运行时间；当计算机重新启动进入氧舱控制系统后，选定原有治疗方案，通过点击自设的特定功能键，调取“运行时间修正”模块操作界面，参照刚才记录的原治疗方案运行时间，分别输入各舱室当前实际运行时间，点击治疗方案“开始”按钮和“运行时间修正”模块的“执行”按钮，控制程序即可继续自动完成该治疗方案的剩余部分。

2.3氧气体积分数监测

自动化控制系统可实现氧舱各舱室内的吸氧、排氧和环境氧气体积分数的自动监测与过程控制[3]。当加压完成，舱内患者开始吸氧时，氧舱控制系统自动排氧，并根据吸氧人数自动调整排氧阀的开启度。减压时，排氧阀全部打开，既辅助排氧，又利于排除管路中剩余的废氧。当氧气体积分数超标时，测氧仪同时发出声、光报警信号，系统自动开启加压阀和减压阀，并保持舱压，从而实现舱内的通风换气；当舱内氧气体积分数恢复至正常后，声、光报警自动停止。

2.4多路语音、多路视频的自动切换

在高压氧治疗过程的多个节点（如开始治疗、加压完成、中间休息、开始减压、出舱等）自动播放语音提示，不同舱室可独自播放，互不干扰。在监视器上自动切换一屏或多屏的监控画面。

2.5运行曲线、氧气体积分数曲线自动记录

自动化控制系统可实现治疗过程的全程自动记录，自动保存运行曲线和氧气体积分数曲线，以图片和文本文档的形式保存于计算机硬盘上，以电子形式保存取代纸质记录，节约成本、调阅方便、保存期长。

2.6减轻操舱人员的工作量

治疗过程的自动控制，使操舱人员不必对加压、减压、语音提示等过程手动干预，减轻了操舱人员的工作量。操舱人员在治疗过程中主要担负监控工作，处理意外情况。

3　氧舱治疗信息管理系统

氧舱治疗信息管理系统是我科根据实际需求自行开发的软件，它是氧舱重要的辅助性信息软件[4]，可以对患者治疗的信息进行微机化管理，完成信息记录、查询与统计等工作。

3.1结构

氧舱治疗管理系统结构如图2所示。

图2　氧舱治疗管理系统结构图

3.2功能

3.2.1患者信息模块

患者信息模块可详细记录患者的各项治疗信息。（1）基本信息，如姓名、性别、年龄、ID号、费别、临床诊断、联系方式等；（2）吸氧方式，如面罩吸氧、常流量吸氧、气管切开吸氧等；（3）吸氧体位，如坐姿、轮椅、平车等；（4）吸氧环境，如普通舱、单独开舱、常压吸氧等。在患者进行首次高压氧治疗时，逐项录入以上信息，通过条码打印机生成信息条码，粘贴在患者治疗卡上。患者再次治疗时携带此卡，工作人员用条码扫描枪扫描信息条码，即可获取其当前的详细信息。如有患者信息需要更改，可在信息维护子模块中完成。为方便统计查询，将门诊患者和住院患者信息分别设置。

3.2.2缴费计费模块

对于门诊患者，持医生开具的计价单到医院收费处缴费后，凭发票和计价单由氧舱工作人员在此模块以可治疗次数方式录入其缴费信息。每次治疗时，通过扫描治疗卡条码，调取患者缴费信息，并记录当天治疗内容。当实际治疗次数接近缴费次数时，通知患者进行续费，以完成后续疗程。

对于住院患者，由于此管理系统未联入医院信息系统，不能进行直接计价。住院患者治疗时，在此模块记录治疗次数，然后登入医院信息系统完成计价。一般情况下，为减少计价频次、避免漏费，根据医嘱并征得患者或家属同意后，可在治疗前先行批量计价，如一次计价收取5～10次的治疗费用。

3.2.3统计查询模块

可按照多种方式进行统计查询、科研分析。如收入、工作量的统计；按临床诊断、科室、收费方式、吸氧环境等方式查询；查询某患者全部治疗信息；查询某一舱次的具体治疗信息，如某患者某天是在哪一舱吸氧的，某天某舱都有哪些患者同时吸氧等。

3.2.4报表生成模块

在此模块，可将统计查询出的数据内容通过外联打印机生成纸质报表。

3.2.5系统设置模块

信息管理系统的基本设置项在此进行初始设置，如登录系统人员信息、科室信息、计费方式、临床诊断、吸氧方式等内容，并在其他模块中提供便捷的下拉箭头选择方式。

3.3应用效果

氧舱的信息管理系统充分利用了条码技术，优化了治疗流程，提高了工作效率，减轻了工作强度，避免了手工操作的失误或遗漏，实现了氧舱治疗信息的电子化管理[5]，它已成为氧舱不可或缺的重要辅助软件系统。

4　氧舱自动化发展展望

我科氧舱自动化系统已应用多年，但仍有需要改进的地方，以下是我们对氧舱自动化发展的一些展望。

4.1控制软件具有自动修正功能

控制软件应具有自动学习、自动修正功能，真正实现智能化。目前，氧舱的气动薄膜调节阀控制系统为开环控制，优点是结构简单，缺点为系统无反馈环节、出现干扰需手工消除、无法实现高精度控制等，如气动薄膜阀出现零点漂移，表现为治疗运行曲线出现锯齿状，此时只能通过反复调节修正气动薄膜阀的零点，费时费力。若气动薄膜调节阀控制系统改进为闭环控制，即可发挥出其具有负反馈环节、出现干扰可自动应用反馈减弱其影响等优点[6-7]。当气动薄膜阀出现零点漂移时，无需手动调节，系统会根据反馈信息自动计算误差并进行修正，将误差逐步减小或消除。

4.2控制方式自动转换

当计算机出现故障时，系统自动由计算机控制转为电动控制，并保持当前的压力状态，使操舱人员可从容分析原因、排除故障，避免因突发情况而导致慌张，出现错误操舱动作，甚至威胁到舱内人员的安全。

4.3自动调节排氧阀开启量

控制软件不用通过手工输入吸氧人数来调节排氧阀开启量，而是利用流量变送器实现自动调节。当患者吸氧时，流量变送器采集数据并传输至控制系统，控制系统根据吸氧流量的大小自动调节排氧阀的开启量。或者，通过摄像头人脸捕捉技术，自动分析并迅速捕获舱内吸氧位置上的患者脸部，对人脸进行数字模型分析，获取人的脸部特征，由此确定吸氧人数，进而根据人数自动调节排氧阀。

4.4工控机采用双机冗余热备的方式

正常情况下，由主机控制氧舱操作系统，备用机时刻监测主机的运行情况，一旦发现主机故障或停止响应，勿需操舱人员干预，备用机立即自动接管整个系统，使治疗过程连续进行不受任何影响，以确保高压氧舱环境的安全性。待此次治疗结束后，再及时修复主机故障。

4.5与工作站联网

系统与高压氧科其他工作站联网，在任何工作站均可实时监控氧舱的运行参数，观察舱内的实时监控画面，远程指导舱内的治疗与抢救。

5　结语

综上所述，我科氧舱自动化应用10余年来，大大地提高了操舱效率，改善了氧舱的安全性。自动化控制系统已成为氧舱不可或缺的重要组成部分，但仍有需要改进的地方。随着自动控制技术的快速发展，氧舱自动控制系统将更加精细化、智能化，为高压氧治疗提供愈加完善的设备保障。

[1]赵建军，胡光，袁胜智.高压氧舱自动监控系统的设计与开发[J].计算机工程与设计，2005，26（1）:227-229.

[5]王海东，潘树义，张敦晓.医用高压氧舱的建设体会[J].医疗卫生装备，2013，34（10）:92-93.

[3]吴嗣洪，刘玉龙.医用高压氧规范管理与临床实践[M].北京:科学出版社，2010:55-56．

[4]吴遵红，毛方琯.氧舱技术与管理[M].武汉:长江出版社，2011: 110.

[5]李小华，刘晓辉，陈穗芬，等.高压氧治疗信息系统的构建[J].医学信息学杂志，2011，32（2）:32-34.

[6]齐红元.控制理论基础[M].北京:北京交通大学出版社，2013: 9-11.

[7]邢春芳.自动控制原理[M].北京:北京大学出版社，2013:5-7.

（收稿：2014-05-06修回：2014-08-08）

Automation of hyperbaric oxygen chamber

WANG Hai-dong,ZHANG Dun-xiao,LI Lin,WEI Xiao,PAN Shu-yi
(Department of Hyperbaric Oxygen Therapy,Navy General Hospital,Beijing 100048,China)

The structure of the hyperbaric oxygen chamber was introduced,and the application of automatic control system to the chamber was discussed from the aspects of the function and information system.The automatic control system can be used for monitoring and control of equipment condition,operation flow and performance data during hyperbaric oxygen therapy,which enhances the efficiency and safety of hyperbaric oxygen chamber.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（5）：116-118]

hyperbaric oxygen chamber;automation control;information system

[中国图书资料分类号]R318；R197.39；TP39A

1003-8868（2015）05-0116-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.05.116

王海东（1976—），男，主管技师，主要从事临床高压氧及氧舱维护管理方面的研究工作，E-mail:whd2008@163.com。

100048北京，海军总医院高压氧科（王海东，张敦晓，李琳，魏晓，潘树义）

潘树义，E-mail:psy9992011@163.com