生物组织冷冻包埋机的研究与实现

陈桂兰　叶红芳　刘子坚

【摘 要】生物组织冷冻包埋机是对生物组织进行石蜡包埋然后快速冷却的专用医疗设备。由于技术限制，高端产品目前依赖进口为主。通过对包埋机的结构研究、外形设计以及主控系统的软硬件设计，完成智能生物组织包埋机的整体设计，使包埋机技术水平得到大幅提高，接近国外同类产品水平，价格却远低于进口产品，从而提高性价比、提高国产产品的竞争力。

【关键词】智能控制；STM32；PID控制

1 研究背景

随着国家经济的发展，人们对医疗健康方面的需求稳步提高，人口老龄化的速度加快，驱动着医疗器械潜在需求释放，直接拉动医疗产业快速发展。我国中高端医疗器械目前主要以进口为主，价格昂贵，给国家和患者带来了沉重的负担。财经机构分析结果显示“十二五”期间新增医疗器械中进口占了大部分，可以说目前我国中高端医疗设备依然还是被国外设备所垄断。

生物组织冷冻包埋机，是各级医院、公安法医、卫生防疫等单位的必备设备，它是对生物组织进行石蜡包埋并且快速冷却的专用医疗设备。目前国内公司生产的包埋机控制系统都采用了多路独立控温方式，人机控制界面采用LCD、LED或数码管等显示屏，自动化功能相对较高。但由于技术限制，冷冻包埋机还存在一些技术瓶颈，比如，石蜡的温度不能及时调整，包埋组织时冷却不够理想，包埋机的操作对人工依赖，尤其是操作人员的经验依赖太高等等，新研发的生物组织冷冻包埋机不仅能有效解决上述问题，而且提升医疗设备国产化装备能力，为我国医疗卫生事业提供高品质设备具有重大的社会和经济意义。

2 生物组织冷冻包埋机智能控制系统的结构及外形设计

生物组织冷冻包埋机三维效果图如图1所示，包埋机结构设计分7个工作区，分别是：工作台、冷冻台、小冰台、蜡缸、左右保存盒、蜡嘴、储镊台，这7个工作区相互独立，各自控制温度，互不影响。采用可单体组织的冷冻台和包埋机，冷冻台则人性化设计，可随意组合在左边或右边，满足不同操作习惯的用户需求。流蜡嘴设计成可调节的出蜡流量形式，采用柔性加热器以及多重过热保护装置，不仅加温快，受热均衡，而且更节能可靠，温度变得更平稳。冷冻台采用纯绿数码显示屏，显示实际工作温度，制冷温度自动恒温，并且也可独立使用。随机再设置小冷台，可随时冷冻包埋好的组织。工作台还被设计了废蜡盒抽屉系统，可及时处理废蜡，其中，包埋机主工作台包括：工作台、小冰台、蜡缸、左右保存盒、蜡嘴、储镊台6个工作区，其设计结构如图2所示。大冷却台选用直流变频冷却装置，其设计结构如图3所示。

3 包埋机控制系统的研究

3.1 大冷冻台控制系统设计

无传感器变频无刷直流压缩机具有压缩机稳定运行、体积小、重量轻、抗震强、效率高、噪音低、可靠性好、控制简单等优点，本次研究将其作为制冷设备，不仅使得本机能够快速高效地制冷，而且能使用在低电压直流供电的移动环境中，在振动强烈的应用场合中，启动平稳、无级平滑调速，成本更低、更节能。

3.2 人机控制界面设计

OLED即有机发光二极管，它具有响应速度快、无角度盲点、发光率高、能耗低、更轻更薄、低温特性好等优点。

包埋机的输出即采用 OLED人机接口电路，还设计了7个独立式按键，可根据用户需要输入请求。

3.3 包埋機控制系统的软件设计

依据包埋机的功能需求，构建软件的整体框架，实现具体的各功能子模块。主要包括包埋机过程控制模块，温度控制算法处理模块、压缩机控制处理模块、数据采集模块、键盘处理及参数设置模块、包埋机过程控制模块、故障检测与处理模块等。

4 小结

根据以上设计完成的生物组织冷冻包埋机智能的程度高，石蜡温度控制理想，有效解决人工依赖强的缺点，而且结构合理，外形美观，产品性能好，性价比高，与国外同类产品相比，具有其本身不可比拟的优势。

【参考文献】

[1]何娟，胥维勇.石蜡包埋的应用体会[J].实用医技杂志.2016年；7：780-781.

[2]李渊.智能PID控制器优化仿真研究[J].计算机仿真.2012；29（12）：180-183.

[3]庄志红.石蜡包埋机系统[J].中国医疗设备.2008，23（2）：20-22.endprint