生物組織冷凍包埋機(jī)的研究與實(shí)現(xiàn)

陳桂蘭　葉紅芳　劉子堅(jiān)

【摘 要】生物組織冷凍包埋機(jī)是對(duì)生物組織進(jìn)行石蠟包埋然后快速冷卻的專(zhuān)用醫(yī)療設(shè)備。由于技術(shù)限制，高端產(chǎn)品目前依賴(lài)進(jìn)口為主。通過(guò)對(duì)包埋機(jī)的結(jié)構(gòu)研究、外形設(shè)計(jì)以及主控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，完成智能生物組織包埋機(jī)的整體設(shè)計(jì)，使包埋機(jī)技術(shù)水平得到大幅提高，接近國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平，價(jià)格卻遠(yuǎn)低于進(jìn)口產(chǎn)品，從而提高性?xún)r(jià)比、提高國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

【關(guān)鍵詞】智能控制；STM32；PID控制

1 研究背景

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)醫(yī)療健康方面的需求穩(wěn)步提高，人口老齡化的速度加快，驅(qū)動(dòng)著醫(yī)療器械潛在需求釋放，直接拉動(dòng)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。我國(guó)中高端醫(yī)療器械目前主要以進(jìn)口為主，價(jià)格昂貴，給國(guó)家和患者帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。財(cái)經(jīng)機(jī)構(gòu)分析結(jié)果顯示“十二五”期間新增醫(yī)療器械中進(jìn)口占了大部分，可以說(shuō)目前我國(guó)中高端醫(yī)療設(shè)備依然還是被國(guó)外設(shè)備所壟斷。

生物組織冷凍包埋機(jī)，是各級(jí)醫(yī)院、公安法醫(yī)、衛(wèi)生防疫等單位的必備設(shè)備，它是對(duì)生物組織進(jìn)行石蠟包埋并且快速冷卻的專(zhuān)用醫(yī)療設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)公司生產(chǎn)的包埋機(jī)控制系統(tǒng)都采用了多路獨(dú)立控溫方式，人機(jī)控制界面采用LCD、LED或數(shù)碼管等顯示屏，自動(dòng)化功能相對(duì)較高。但由于技術(shù)限制，冷凍包埋機(jī)還存在一些技術(shù)瓶頸，比如，石蠟的溫度不能及時(shí)調(diào)整，包埋組織時(shí)冷卻不夠理想，包埋機(jī)的操作對(duì)人工依賴(lài)，尤其是操作人員的經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)太高等等，新研發(fā)的生物組織冷凍包埋機(jī)不僅能有效解決上述問(wèn)題，而且提升醫(yī)療設(shè)備國(guó)產(chǎn)化裝備能力，為我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)提供高品質(zhì)設(shè)備具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

2 生物組織冷凍包埋機(jī)智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及外形設(shè)計(jì)

生物組織冷凍包埋機(jī)三維效果圖如圖1所示，包埋機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分7個(gè)工作區(qū)，分別是：工作臺(tái)、冷凍臺(tái)、小冰臺(tái)、蠟缸、左右保存盒、蠟嘴、儲(chǔ)鑷臺(tái)，這7個(gè)工作區(qū)相互獨(dú)立，各自控制溫度，互不影響。采用可單體組織的冷凍臺(tái)和包埋機(jī)，冷凍臺(tái)則人性化設(shè)計(jì)，可隨意組合在左邊或右邊，滿(mǎn)足不同操作習(xí)慣的用戶(hù)需求。流蠟嘴設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)的出蠟流量形式，采用柔性加熱器以及多重過(guò)熱保護(hù)裝置，不僅加溫快，受熱均衡，而且更節(jié)能可靠，溫度變得更平穩(wěn)。冷凍臺(tái)采用純綠數(shù)碼顯示屏，顯示實(shí)際工作溫度，制冷溫度自動(dòng)恒溫，并且也可獨(dú)立使用。隨機(jī)再設(shè)置小冷臺(tái)，可隨時(shí)冷凍包埋好的組織。工作臺(tái)還被設(shè)計(jì)了廢蠟盒抽屜系統(tǒng)，可及時(shí)處理廢蠟，其中，包埋機(jī)主工作臺(tái)包括：工作臺(tái)、小冰臺(tái)、蠟缸、左右保存盒、蠟嘴、儲(chǔ)鑷臺(tái)6個(gè)工作區(qū)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。大冷卻臺(tái)選用直流變頻冷卻裝置，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 包埋機(jī)控制系統(tǒng)的研究

3.1 大冷凍臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)傳感器變頻無(wú)刷直流壓縮機(jī)具有壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、體積小、重量輕、抗震強(qiáng)、效率高、噪音低、可靠性好、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，本次研究將其作為制冷設(shè)備，不僅使得本機(jī)能夠快速高效地制冷，而且能使用在低電壓直流供電的移動(dòng)環(huán)境中，在振動(dòng)強(qiáng)烈的應(yīng)用場(chǎng)合中，啟動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，成本更低、更節(jié)能。

3.2 人機(jī)控制界面設(shè)計(jì)

OLED即有機(jī)發(fā)光二極管，它具有響應(yīng)速度快、無(wú)角度盲點(diǎn)、發(fā)光率高、能耗低、更輕更薄、低溫特性好等優(yōu)點(diǎn)。

包埋機(jī)的輸出即采用 OLED人機(jī)接口電路，還設(shè)計(jì)了7個(gè)獨(dú)立式按鍵，可根據(jù)用戶(hù)需要輸入請(qǐng)求。

3.3 包埋機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

依據(jù)包埋機(jī)的功能需求，構(gòu)建軟件的整體框架，實(shí)現(xiàn)具體的各功能子模塊。主要包括包埋機(jī)過(guò)程控制模塊，溫度控制算法處理模塊、壓縮機(jī)控制處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤(pán)處理及參數(shù)設(shè)置模塊、包埋機(jī)過(guò)程控制模塊、故障檢測(cè)與處理模塊等。

4 小結(jié)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)完成的生物組織冷凍包埋機(jī)智能的程度高，石蠟溫度控制理想，有效解決人工依賴(lài)強(qiáng)的缺點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)合理，外形美觀，產(chǎn)品性能好，性?xún)r(jià)比高，與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，具有其本身不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]何娟，胥維勇.石蠟包埋的應(yīng)用體會(huì)[J].實(shí)用醫(yī)技雜志.2016年；7：780-781.

[2]李淵.智能PID控制器優(yōu)化仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真.2012；29（12）：180-183.

[3]莊志紅.石蠟包埋機(jī)系統(tǒng)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備.2008，23（2）：20-22.endprint