一种自助式慢性阻塞性肺疾病辅助治疗仪

顾文超，栾丽娜，周海，孙万驹，朱兆丰

上海健康医学院上海市浦东新区人民医院，上海 201299

引言

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一种以气流受限为特征的肺部慢性支气管炎和（或）肺气肿，在全世界有极高的发病率及致残率，是致死率排第四位的常见疾病，给患者带来较大的痛苦，也给社会带来沉重的经济负担[1]。COPD主要的临床症状是咳嗽、咳痰，伴活动后气促。敲击COPD患者胸背部进行排痰是缓解患者临床症状、减少肺部感染的重要方法和措施[2]。从20世纪60年代，人们开始采用高频胸壁震荡仪来帮助患者排痰，然而单纯的高频胸壁震荡仪存在操作不人性化、作用比较单一等缺点，对于反复发作、进行性进展的慢阻肺患者疗效欠佳[3-4]。基于此，我们设计了一种自助式辅助治疗慢性阻塞性肺疾病的系统，该系统整合了高频胸壁震荡以及中医艾灸两大功能，同时兼备雾化和腧穴滚筒按摩作用。该系统基于医院信息系统（Hospital Information System，HIS）导入的患者数据，可智能选择科学、合理的治疗程序，操作简单，方便患者自主操作，有望对COPD能进行有效、综合性的治疗。

1 总体设计

本文设计的自助式辅助治疗系统（图1）包括：① 录入信息的HIS，可将患者的信息进行记录和保存；② 与HIS相连的中央处理单元，可根据患者的病情分级智能选择治疗程序；③ 控制高频胸壁震荡治疗仪及药物雾化吸入治疗仪的第一执行机构；④ 控制艾灸治疗仪及腧穴滚筒按摩仪的第二执行机构。

图1 自助式辅助治疗COPD的系统模块示意图

该系统的总体工作流程（图2）如下：① 患者通过医院的信息系统 HIS录入自己的信息，通常是在治疗室门口的信息读卡器输入设备上通过刷卡（插卡或者射频感应多种方法选择其一输入自己的信息）后，进入到治疗室，坐在由高频胸壁震荡治疗仪和艾灸治疗仪共同组成的治疗椅上，程序通过后台工作站链接到相应的由中央处理器控制的治疗模块并启动与患者信息对应的第一执行机构的治疗程序；② 控制系统在接收到第一执行机构的指令进入Ready状态之后自动运行初始化，由主治医师事先根据患者病情制定相应治疗程序在患者刷卡后程序按照系统指令选定治疗步骤，高频胸壁震荡治疗仪接受第一执行机构中设定的治疗模式按照程序设定的步骤和时序对患者进行气道清理以及高频胸壁震荡；③ 系统根据患者实际病情确定是否开启雾化功能；④ 完成第一阶段治疗后，系统通过患者治疗椅前面的大屏幕发出运行指令的显示，提示做好进入第二阶段的治疗的准备，紧接着系统自动开启第二执行机构，机构初始化完成后开始进入第二治疗模式，（在第一治疗阶段艾灸气雾熏蒸治疗仪处在预热状态）设备在接受指令后迅速提高加热温度，按照规定的时序对患者心俞、肺俞穴位进行艾灸气雾熏蒸，同时开启腧穴滚筒按摩仪，采取按摩熏蒸同步工作来提高治疗效果。通过对设定穴位的按摩和熏蒸双重功力来促进对COPD的治疗。一般情况下，第二阶段治疗设定在25～30 min之间。治疗结束后，系统发出提示并自动进入下一个患者治疗的准备状态。

2 系统模块设计

2.1 高频胸壁震荡治疗仪和药物雾化治疗仪

经医生接诊后，需要治疗的病人刷好医保卡或就诊卡[5-6]，躺在治疗椅上。经HIS确认缴费后，患者穿上高频胸壁震荡治疗仪背心，中央处理单元根据预设的程序控制第一执行机构工作，打开高频胸壁震荡治疗仪，胸壁震荡的频率和时间根据患者肺功能分级来设定（表1）。与此同时，根据患者需要启动药物雾化治疗仪。雾化吸入疗法是用雾化装置将药物（溶液或粉末）分散成微小的雾滴或微粒，使其悬浮于气体中，并进入呼吸道及肺内，达到洁净气道，进行局部治疗（解痉、消炎、祛痰）及全身治疗的目的。胸壁震荡配合雾化吸入，可提高排痰的效果。

图2 自助式辅助治疗COPD系统运行流程图

表1 高频胸壁震荡治疗仪评估不同肺功能分级后的震动频率

2.2 艾灸治疗仪和腧穴滚筒按摩仪

经医生接诊后，病人刷好医保卡或就诊卡，躺在治疗椅上，经HIS确认缴费后，病人准备接受艾灸治疗。艾灸治疗仪设有若干治疗终端，治疗仪设有若干孔，每一孔对应病人的心俞、肺俞穴位，在孔的下方设置上述治疗终端。每一治疗终端实际上就是一个小型的艾灸治疗仪，它的内部设有艾灸盒（市场上可以买到），艾灸盒内可放置艾药，在艾灸治疗仪的每一终端的内壁设有红外线加热器，可以对艾药进行加热，加热后会产生艾药的烟或气。每一终端与压力气体相连，压力气体会将上述艾药的烟或气向上压至人体的心俞、肺俞穴位，对病人进行治疗。每一终端的端面还设有红外线发射装置，它在艾灸治疗时可发射红外线电磁波对人体的穴位进行刺激（表2）。

表2 艾灸治疗仪评估不同肺功能分级后的刺激穴位

2.3 中央处理单元的智能控制

该系统为自助式设计，这就要求控制系统具有智能化治疗的功能。整机工作的可靠性、安全性、稳定性是必须考虑的主要因素。既要保证整机各个部件的稳定可靠，又要考虑部件间相互匹配协调达到最佳状态。我们采用了89C2051单片机实现对自助治疗过程的科学管理[7]。内部程序存储器为Flash，配备一个可以编程89C2051的编程器，即可方便快捷地修改其内部程序。我们编写了自助治疗应用的服务程序，用N个传感器将治疗过程的状态（位置、温度、压力、时间）传输到可编程的接口，在接收到信号的瞬间，电路自动翻转进入下一个控制的序列，安装在治疗设备上的多条LED灯光开始闪烁提示着治疗的进程。患者前面的屏幕同步以活泼的界面显示出整个治疗动态的时间进度。程序中设置的多个定时电路确保了治疗时间的准确性。由于设备工作为自助服务状态[8]。为了确保治疗过程的安全性，设置了双重安全措施，并且在患者方便操作的位置，设置了紧急停机按键，用以保证意外情况发生时的快速处理[9]。同时，通过治疗仪正前方的摄像头将治疗过程中患者的状态实时的传输到监控中心。

3 治疗效果观察

该研究通过了上海市浦东新区人民医院伦理委员会的审核，每个入组患者均签署了知情同意书。通过对90例COPD患者进行随机分组研究，使用本辅助系统治疗30例，使用单一高频胸壁震荡治疗仪治疗30例，使用单一艾灸治疗仪治疗30例。研究结果显示，与使用单一高频胸壁震荡治疗仪比较，肺功能第一秒用力呼气容积FEV1（%Pre）以及COPD评估测试（CAT）均得到了一定的改善，差异有统计学意义（P＜0.05）；同样与单一使用艾灸治疗仪治疗比较，其肺功能FEV1（%Pre）以及CAT也得到了一定的改善，差异有统计学意义（P＜0.05）。具体结果，见表3。

表3 治疗效果观察（s）

表3 治疗效果观察（s）

images/BZ_85_1284_894_2237_948.png本辅助系统治疗 30 42.12±3.86 26.30±7.76 341.80±46.26高频胸壁震荡治疗仪 30 40.20±4.39 28.40±6.83 317.93±43.44艾灸治疗仪治疗 30 39.86±7.68 29.25±4.37 320.44±51.85

4 总结

本设计已获得国家发明专利证书。我们设计的综合式的治疗系统基于中西医结合的原则进行了初步的尝试。

COPD是以气流受限、不完全可逆为主要特征的慢性呼吸系统疾病，其病情呈现进行性进展。长期的慢性缺氧累及机体多个组织器官，后期可导致肺源性心脏病、呼吸衰竭等严重并发症，给患者带来了极大痛苦，同时也给家庭和社会带来沉重的经济负担。因此，对于COPD的治疗主要以控制病情、减轻症状以及延缓疾病进展为主。促进排痰是减轻COPD患者临床症状的重要手段，也是预防肺部感染的有效措施。为此，我们设计了一种基于HIS的自助式辅助治疗COPD的系统，该系统能够根据患者肺功能不同分级而启动不同工作程序，有针对性地对患者进行高频胸壁震荡，促进排痰。此外，近年来研究表明艾灸对COPD的治疗具有良好的效果，是中医学在COPD治疗上的新突破[10]。尤其对心俞、肺俞进行艾灸和按摩，可达到驱除肺中寒痰、温肺利气、补益人体阳气、扶正固本的重要作用[11]。因此，该系统科学地整合了艾灸治疗仪和腧穴滚筒按摩治疗仪，运用中医学的方法加强对COPD患者的综合治疗。通过与HIS结合，患者可进行自助式操作[12]，从而增加了患者治疗的安全性，有效性和便捷性，同时减轻了医护人员的工作强度。另外，我们通过该系统对90例COPD患者进行辅助治疗，观察显示使用本系统能较其他单独治疗（单独高频胸壁震荡或单独艾灸治疗）具有更好的效果，显示出本系统在实际应用中的价值。