智能化熏蒸床控溫策略及性能優化研究

李娜，趙東亮，陳皓宇

河南省正骨研究院 河南省洛陽正骨醫院（河南省骨科醫院） 生物醫學工程研究室，河南 洛陽 471000

引言

熏蒸療法是根據中醫辨證施治的理論，因病而宜地選擇中草藥對癥配方，進行加熱熏蒸肌膚，通過藥力和熱力的雙重作用，達到溫經散寒、疏通經絡、活血化瘀的目的，對頸肩腰腿痛、骨折術后康復、部分肛腸外科和婦科等多種疾病都有很好的治療效果[1-5]。近年來，隨著中醫藥現代化進程的推進，市場上出現了各種各樣的熏蒸治療設備，按治療部位可分為用于局部的熏蒸治療儀和用于全身的熏蒸床；按治療方式可分為開放式和封閉式熏蒸治療設備[6]。

然而，目前臨床使用的熏蒸治療設備存在諸多弊端，如加熱時間長、控溫不精確、蒸汽溫度的均勻性和穩定性較差、艙體易腐蝕、故障率高、不易清潔消毒等[7]。2010年1月至2014年7月，國家藥品不良反應監測中心共收到涉及熏蒸類設備的可疑不良事件報告223例，其中嚴重傷害事件93例，主要表現為暈厥、燙傷、驚嚇等。暈厥2例，占全部嚴重傷害報告2.1%；不同程度燙傷78例，占83.9%；艙體墜落、爆炸等瀕臨事件13例，占14.0%[8]。2016年原國家食品藥品監督管理總局對熏蒸治療設備抽檢結果顯示，目前市場上在售的熏蒸治療儀產品的行業標準符合率較低[9]。在彭闊[10]的中藥局部熏蒸治療盤源性腰痛的研究中，實驗組和對照組各出現1例輕微頭暈癥狀患者。在趙霞等[11]中藥熏蒸對類風濕關節炎療效的系統評價中，納入的11項研究出現10例輕度頭暈，2例皮疹，9例輕中度胃腸道反應。

由此可見，縮短升溫時間、提高控溫精度、維持熏蒸溫度的均勻性和穩定性、預防燙傷、參考行業新標準是研發改進熏蒸治療設備、保證設備安全有效重點考慮的問題。本研究對我院前期研制注冊的LZFM-B型熏蒸床控溫性能進行檢測，發現結果欠佳，故對其控溫策略進行優化改進。

1 材料與方法

1.1 材料

河南洛陽正骨醫院（河南省骨科醫院）研制、河南省洛正器械廠生產的LZFM-B型熏蒸床；美國福祿克公司生產的Fluke 51-II型接觸式溫度計；日本亞速旺公司生產的6-7154-01型計時器；廈門宇電自動化科技有限公司生產的AI-516型人工智能PID溫度控制器。

1.2 方法

（1）控溫性能檢測方法：參考YY/T 1306-2016行業標準[12]，用接觸式溫度計同時測量液體溫度和蒸汽溫度，自熏蒸床啟動開始每5 min記錄一次溫度計讀數，直到蒸汽溫度相對穩定，繪制升溫曲線，評估升溫速度和控溫精度；當熏蒸床儀表溫度升至設定溫度后，用接觸式溫度計測量熏蒸艙內均勻分布6個點的蒸汽溫度，每5 min記錄一次溫度計讀數，記錄5次，評估熏蒸溫度的均勻性與穩定性。

（2）控溫策略改進方法：LZFM-B型熏蒸床的測溫傳感器和熱保護器設置在藥槽側壁底部，通過監測藥槽中液體溫度達到恒溫控制藥液溫度的目的，但檢測結果發現其對蒸汽溫度的控制效果不理想，為改善控溫效果，把測溫傳感器和熱保護器設置在藥槽側壁上部、液體最大刻度線以上，同時將溫度控制器調整為更加適合監控蒸汽溫度的AI-516型人工智能PID溫度控制器，把改進后的熏蒸床型號定為LZFM-B2型。

2 結果

2.1 兩種控溫策略升溫曲線的比較

如圖1所示，監控液體溫度的LZFM-B型熏蒸床（圖1a）設定液體溫度為臨床常用溫度55.0℃，其液體溫度雖然可在15 min內升至設定值，并恒定維持在（55.2±0.1）℃，但其蒸汽溫度在液體溫度達到設定值時為（41.6±1.0）℃，之后仍持續上升，直到50 min穩定在（47.0±0.1）℃，在使用過程中，蒸汽溫度的最大值與最小值之差大于5℃。改進后直接監控蒸汽溫度的LZFM-B2型熏蒸床（圖1b）設定蒸汽溫度為臨床常用溫度40.0℃，其液體溫度在15 min時升至最高（54.0±0.9）℃，此時蒸汽溫度為（37.8±0.9）℃，隨后液體溫度逐漸下降，而蒸汽溫度繼續上升，在30 min后蒸汽溫度一直穩定在（39.9±0.3）℃。以上結果說明，直接監控蒸汽溫度比通過監控液體溫度間接控制蒸汽溫度的控溫效果更好。

2.2 LZFM-B2型熏蒸床的控溫精度

如圖2所示，LZFM-B2型熏蒸床分別設定蒸汽溫度為38.0℃、40.0℃、42.0℃，用接觸式溫度計測量蒸汽實際溫度，分別為（38.2±0.3）℃、（40.0±0.2）℃、（42.1±0.2）℃，即該控溫方式偏差在0.5℃以內，控溫精度較高。

圖1 兩種控溫策略的升溫曲線

圖2 LZFM-B2型熏蒸床的控溫精度

2.3 LZFM-B2型熏蒸床蒸汽溫度的均勻性與穩定性

LZFM-B2型熏蒸床分別設定蒸汽溫度為38.0℃、40.0℃、42.0℃，儀表溫度升至設定溫度后，用接觸式溫度計連續測量熏蒸艙內均勻分布的A、B、C、D、E、F點的溫度，結果如圖3所示。每個測試點溫度與設定溫度偏差不大于2.0℃，每個測試點最大值與最小值之差不大于1.0℃，均值的最大值與最小值之差不大于2.0℃，最高溫度不超過45.0℃，均勻性與穩定性的各項指標均符合且優于YY/T 1306-2016行業標準。

3 討論

前期研制的LZFM-B型智能熏蒸床通過實時監測液體溫度，并反饋給溫度控制器以調整加熱管功率，從而達到恒溫控制液體溫度的目的[13]。雖然漏斗型的藥槽設計便于蒸汽散出充滿熏蒸艙，但由于空氣熱傳導較慢的物理原因，熏蒸艙內蒸汽溫度的均勻性與穩定性較差，接近皮膚部位的蒸汽溫度在液體溫度穩定后仍然持續上升，直到50 min才逐漸穩定（圖1a）。事實上，在臨床使用中[14-15]，一般熏蒸床的儀表溫度達到設定溫度后便開始熏蒸治療，在治療的30 min內，雖然液體溫度是恒定的，但患者感受到的蒸汽溫度并不穩定，波動范圍甚至超過5.0℃。即使將治療開始時間定為蒸汽溫度穩定后也存在較多問題，一方面熏蒸床設定和顯示溫度均為液體溫度，無法得知蒸汽溫度的實時情況；另一方面從實驗結果看蒸汽溫度達到穩定狀態至少需要50 min，設備預熱、患者等待的時間過長。

圖3 LZFM-B2型熏蒸床蒸汽溫度的均勻性與穩定性

為解決這些問題，對LZFM-B型熏蒸床進行了優化改進，把測溫傳感器和熱保護器設置在藥槽側壁上部、液體最大刻度線以上，直接監測蒸汽溫度，同時將溫度控制器調整為更加適合監控蒸汽溫度的AI-516型人工智能PID溫度控制器。改進后的LZFM-B2型熏蒸床蒸汽溫度達到設定溫度需要30 min，并能穩定維持在設定溫度（圖1b），比LZFM-B型熏蒸床預熱時間縮短了20 min，儀表實時顯示蒸汽設定溫度和當前溫度，患者體感溫度更加穩定。

人體皮膚理論上的燙傷閾值為45.0℃，隨著溫度的升高，損傷逐步加重，49.0℃熱源持續接觸皮膚3 min可致表皮損害，超過51.0℃極短時間即可產生損傷[16-18]。因此，提高熏蒸床的控溫精度是保證設備安全有效的重中之重。LZFM-B2型熏蒸床分別設定38.0℃、40.0℃、42.0℃對其控溫精度進行了檢測，結果顯示偏差在0.5℃以內（圖2），控溫精度較高，可以保證蒸汽溫度在安全范圍內。

熏蒸艙內蒸汽溫度的均勻性和穩定性也是影響熏蒸床安全有效的關鍵因素之一，是YY/T 1306-2016行業標準控溫性能的重要指標。標準要求每個測試點溫度與設定溫度偏差不大于5.0℃，每個測試點最大值與最小值之差不大于5.0℃，均值的最大值與最小值之差不大于5.0℃，最高溫度不超過45.0℃[12]，LZFM-B2型熏蒸床的各項指標均符合且優于標準（圖3），不僅保證了熏蒸艙內蒸汽溫度的均勻性與穩定性，而且也可以提高患者的舒適度和滿意度。

4 結論

LZFM-B2型熏蒸床的優化改進，通過直接監控蒸汽溫度，縮短了升溫預熱時間，提高了控溫精度，維持了蒸汽溫度的均勻性與穩定性，全面改善了智能化熏蒸床的控溫性能，不僅更加符合行業標準，保證設備安全有效，也為患者提供更加舒適的熏蒸環境，值得臨床推廣應用。