一種自助式慢性阻塞性肺疾病輔助治療儀

顧文超，欒麗娜，周海，孫萬駒，朱兆豐

上海健康醫學院上海市浦東新區人民醫院，上海 201299

引言

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一種以氣流受限為特征的肺部慢性支氣管炎和（或）肺氣腫，在全世界有極高的發病率及致殘率，是致死率排第四位的常見疾病，給患者帶來較大的痛苦，也給社會帶來沉重的經濟負擔[1]。COPD主要的臨床癥狀是咳嗽、咳痰，伴活動后氣促。敲擊COPD患者胸背部進行排痰是緩解患者臨床癥狀、減少肺部感染的重要方法和措施[2]。從20世紀60年代，人們開始采用高頻胸壁震蕩儀來幫助患者排痰，然而單純的高頻胸壁震蕩儀存在操作不人性化、作用比較單一等缺點，對于反復發作、進行性進展的慢阻肺患者療效欠佳[3-4]。基于此，我們設計了一種自助式輔助治療慢性阻塞性肺疾病的系統，該系統整合了高頻胸壁震蕩以及中醫艾灸兩大功能，同時兼備霧化和腧穴滾筒按摩作用。該系統基于醫院信息系統（Hospital Information System，HIS）導入的患者數據，可智能選擇科學、合理的治療程序，操作簡單，方便患者自主操作，有望對COPD能進行有效、綜合性的治療。

1 總體設計

本文設計的自助式輔助治療系統（圖1）包括：① 錄入信息的HIS，可將患者的信息進行記錄和保存；② 與HIS相連的中央處理單元，可根據患者的病情分級智能選擇治療程序；③ 控制高頻胸壁震蕩治療儀及藥物霧化吸入治療儀的第一執行機構；④ 控制艾灸治療儀及腧穴滾筒按摩儀的第二執行機構。

圖1 自助式輔助治療COPD的系統模塊示意圖

該系統的總體工作流程（圖2）如下：① 患者通過醫院的信息系統 HIS錄入自己的信息，通常是在治療室門口的信息讀卡器輸入設備上通過刷卡（插卡或者射頻感應多種方法選擇其一輸入自己的信息）后，進入到治療室，坐在由高頻胸壁震蕩治療儀和艾灸治療儀共同組成的治療椅上，程序通過后臺工作站鏈接到相應的由中央處理器控制的治療模塊并啟動與患者信息對應的第一執行機構的治療程序；② 控制系統在接收到第一執行機構的指令進入Ready狀態之后自動運行初始化，由主治醫師事先根據患者病情制定相應治療程序在患者刷卡后程序按照系統指令選定治療步驟，高頻胸壁震蕩治療儀接受第一執行機構中設定的治療模式按照程序設定的步驟和時序對患者進行氣道清理以及高頻胸壁震蕩；③ 系統根據患者實際病情確定是否開啟霧化功能；④ 完成第一階段治療后，系統通過患者治療椅前面的大屏幕發出運行指令的顯示，提示做好進入第二階段的治療的準備，緊接著系統自動開啟第二執行機構，機構初始化完成后開始進入第二治療模式，（在第一治療階段艾灸氣霧熏蒸治療儀處在預熱狀態）設備在接受指令后迅速提高加熱溫度，按照規定的時序對患者心俞、肺俞穴位進行艾灸氣霧熏蒸，同時開啟腧穴滾筒按摩儀，采取按摩熏蒸同步工作來提高治療效果。通過對設定穴位的按摩和熏蒸雙重功力來促進對COPD的治療。一般情況下，第二階段治療設定在25～30 min之間。治療結束后，系統發出提示并自動進入下一個患者治療的準備狀態。

2 系統模塊設計

2.1 高頻胸壁震蕩治療儀和藥物霧化治療儀

經醫生接診后，需要治療的病人刷好醫保卡或就診卡[5-6]，躺在治療椅上。經HIS確認繳費后，患者穿上高頻胸壁震蕩治療儀背心，中央處理單元根據預設的程序控制第一執行機構工作，打開高頻胸壁震蕩治療儀，胸壁震蕩的頻率和時間根據患者肺功能分級來設定（表1）。與此同時，根據患者需要啟動藥物霧化治療儀。霧化吸入療法是用霧化裝置將藥物（溶液或粉末）分散成微小的霧滴或微粒，使其懸浮于氣體中，并進入呼吸道及肺內，達到潔凈氣道，進行局部治療（解痙、消炎、祛痰）及全身治療的目的。胸壁震蕩配合霧化吸入，可提高排痰的效果。

圖2 自助式輔助治療COPD系統運行流程圖

表1 高頻胸壁震蕩治療儀評估不同肺功能分級后的震動頻率

2.2 艾灸治療儀和腧穴滾筒按摩儀

經醫生接診后，病人刷好醫保卡或就診卡，躺在治療椅上，經HIS確認繳費后，病人準備接受艾灸治療。艾灸治療儀設有若干治療終端，治療儀設有若干孔，每一孔對應病人的心俞、肺俞穴位，在孔的下方設置上述治療終端。每一治療終端實際上就是一個小型的艾灸治療儀，它的內部設有艾灸盒（市場上可以買到），艾灸盒內可放置艾藥，在艾灸治療儀的每一終端的內壁設有紅外線加熱器，可以對艾藥進行加熱，加熱后會產生艾藥的煙或氣。每一終端與壓力氣體相連，壓力氣體會將上述艾藥的煙或氣向上壓至人體的心俞、肺俞穴位，對病人進行治療。每一終端的端面還設有紅外線發射裝置，它在艾灸治療時可發射紅外線電磁波對人體的穴位進行刺激（表2）。

表2 艾灸治療儀評估不同肺功能分級后的刺激穴位

2.3 中央處理單元的智能控制

該系統為自助式設計，這就要求控制系統具有智能化治療的功能。整機工作的可靠性、安全性、穩定性是必須考慮的主要因素。既要保證整機各個部件的穩定可靠，又要考慮部件間相互匹配協調達到最佳狀態。我們采用了89C2051單片機實現對自助治療過程的科學管理[7]。內部程序存儲器為Flash，配備一個可以編程89C2051的編程器，即可方便快捷地修改其內部程序。我們編寫了自助治療應用的服務程序，用N個傳感器將治療過程的狀態（位置、溫度、壓力、時間）傳輸到可編程的接口，在接收到信號的瞬間，電路自動翻轉進入下一個控制的序列，安裝在治療設備上的多條LED燈光開始閃爍提示著治療的進程。患者前面的屏幕同步以活潑的界面顯示出整個治療動態的時間進度。程序中設置的多個定時電路確保了治療時間的準確性。由于設備工作為自助服務狀態[8]。為了確保治療過程的安全性，設置了雙重安全措施，并且在患者方便操作的位置，設置了緊急停機按鍵，用以保證意外情況發生時的快速處理[9]。同時，通過治療儀正前方的攝像頭將治療過程中患者的狀態實時的傳輸到監控中心。

3 治療效果觀察

該研究通過了上海市浦東新區人民醫院倫理委員會的審核，每個入組患者均簽署了知情同意書。通過對90例COPD患者進行隨機分組研究，使用本輔助系統治療30例，使用單一高頻胸壁震蕩治療儀治療30例，使用單一艾灸治療儀治療30例。研究結果顯示，與使用單一高頻胸壁震蕩治療儀比較，肺功能第一秒用力呼氣容積FEV1（%Pre）以及COPD評估測試（CAT）均得到了一定的改善，差異有統計學意義（P＜0.05）；同樣與單一使用艾灸治療儀治療比較，其肺功能FEV1（%Pre）以及CAT也得到了一定的改善，差異有統計學意義（P＜0.05）。具體結果，見表3。

表3 治療效果觀察（s）

表3 治療效果觀察（s）

images/BZ_85_1284_894_2237_948.png本輔助系統治療 30 42.12±3.86 26.30±7.76 341.80±46.26高頻胸壁震蕩治療儀 30 40.20±4.39 28.40±6.83 317.93±43.44艾灸治療儀治療 30 39.86±7.68 29.25±4.37 320.44±51.85

4 總結

本設計已獲得國家發明專利證書。我們設計的綜合式的治療系統基于中西醫結合的原則進行了初步的嘗試。

COPD是以氣流受限、不完全可逆為主要特征的慢性呼吸系統疾病，其病情呈現進行性進展。長期的慢性缺氧累及機體多個組織器官，后期可導致肺源性心臟病、呼吸衰竭等嚴重并發癥，給患者帶來了極大痛苦，同時也給家庭和社會帶來沉重的經濟負擔。因此，對于COPD的治療主要以控制病情、減輕癥狀以及延緩疾病進展為主。促進排痰是減輕COPD患者臨床癥狀的重要手段，也是預防肺部感染的有效措施。為此，我們設計了一種基于HIS的自助式輔助治療COPD的系統，該系統能夠根據患者肺功能不同分級而啟動不同工作程序，有針對性地對患者進行高頻胸壁震蕩，促進排痰。此外，近年來研究表明艾灸對COPD的治療具有良好的效果，是中醫學在COPD治療上的新突破[10]。尤其對心俞、肺俞進行艾灸和按摩，可達到驅除肺中寒痰、溫肺利氣、補益人體陽氣、扶正固本的重要作用[11]。因此，該系統科學地整合了艾灸治療儀和腧穴滾筒按摩治療儀，運用中醫學的方法加強對COPD患者的綜合治療。通過與HIS結合，患者可進行自助式操作[12]，從而增加了患者治療的安全性，有效性和便捷性，同時減輕了醫護人員的工作強度。另外，我們通過該系統對90例COPD患者進行輔助治療，觀察顯示使用本系統能較其他單獨治療（單獨高頻胸壁震蕩或單獨艾灸治療）具有更好的效果，顯示出本系統在實際應用中的價值。