鼻炎热疗仪嵌入式系统设计

　　0　引　言

　　鼻炎热疗仪是对鼻炎进行物理治疗的专用医疗仪器,该仪器根据诺贝尔医学奖获得者安德烈·勒沃夫教授发明的热疗原理,利用饱和湿热蒸汽对鼻腔进行热疗,无需药物,无任何毒副作用,对急性鼻炎、过敏性鼻炎、鼻塞、鼻息肉有很好的治疗效果。鼻炎热疗仪的工作原理是利用纯净水通过超声波雾化产生直径在5μm以下的细颗粒雾化蒸汽,通过热空气将雾化蒸汽加热到固定温度,然后通过导管从鼻孔下端将雾化蒸汽引入到鼻腔,对鼻腔粘膜进行清洗和热疗,消除病菌加快血液循环,从而达到治疗鼻炎的作用[1]。

　　自上个世纪末以来,国内各大医院应用较多的鼻炎热疗仪是从以色列进口的RHINOTERMULTRA 2型鼻炎热疗仪,该仪器经多年临床应用,治疗效果普遍比较满意。但在长期应用过程中,也暴露出该仪器的一些问题,由于采用PN结作为温度传感器,其输出特性的一致性较差,需要为每只PN结传感器编制不同的线性化软件,替换传感器将导致连同主板一起替换。由于PN结温度传感器的热过载性较差,频繁更换造成维护成本提高。另外一个主要问题是,雾化蒸汽流量是通过调整超声波振荡器电源电流实现,由于该仪器采用线性电源,负载调整率较差,在某些场合,雾化蒸汽流量不能满足需要。受某企业委托,作者研发的鼻炎热疗仪将重点克服RHINOT-ERM ULTRA 2型鼻炎热疗仪存在的上述缺点,同时保留和提高有关性能指标。

　　1　工作流程

　　鼻炎热疗仪的主要工作流程如图1所示。热疗仪内的风机将空气吹入加热器,经加热器加热的热气流吹过水槽的上部。在水槽底部安装了超声波换能器,在嵌入式系统的控制下,换能器将振荡电路的电能转变为超声波声能,超声波发出的能量在常温下将水雾化成直径为1~5μm的雾化蒸汽。在水槽上部,来自加热器的热气流将雾化蒸汽加热,嵌入式系统通过连续控制加热功率,实现将雾化蒸汽控制在(49±1)℃,然后通过导管将恒温的雾化蒸汽引入到鼻孔下端,对鼻腔粘膜进行清洗、热疗。

　　2　硬件组成

　　嵌入式系统硬件组成如图2所示,主要由主机电路、温度检测控制、液位检测报警、超声波产生、人/机接口、电源系统几部分组成。

　　(1)Pt100传感器。此传感器是可靠性高、性能稳定的温度传感器,用于雾化蒸汽的温度检测。为了保证整机的温度控制精度,选用测量滞后小的薄膜式结构,膜厚仅2μm,在水中的热响应时间为0.3 s。

　　(2)温度接口电路。该电路的功能是实现将Pt100传感器输出的阻值信号转变为A/D转换电路需要的2 V电压信号。为了实现这一功能,接口电路由3部分组成:惠斯登电桥、放大电路、放大稳零电路。惠斯登电桥的实现是将阻值信号转变为电压信号,放大电路的实现是将小信号电压放大到2 V,放大稳零电路为了克服放大过程中的温度飘移和时间飘移而设置[2]。