本研究通過(guò)案例介紹PLC技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用，并分析PLC技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域中的作用和發(fā)展。

可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一種以微處理器為核心的新型數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，其采用可編程序的存儲(chǔ)器，利用內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。如果控制需求改變，只需要修改存儲(chǔ)器內(nèi)的相關(guān)程序即可改變電氣系統(tǒng)的控制要求。PLC技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，本研究通過(guò)3個(gè)案例敘述PLC在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用，以供同行參考。

1 PLC技術(shù)的主要功能

PLC技術(shù)主要有開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、通信控制與數(shù)據(jù)處理5大功能。其中開關(guān)量的邏輯控制功能實(shí)現(xiàn)了邏輯控制和順序控制，摒棄了傳統(tǒng)龐大結(jié)構(gòu)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)了電路的小型化、集成化設(shè)計(jì)。模擬量控制功能通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換D/A模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、流量、壓力等模擬量的控制。

運(yùn)動(dòng)控制功能是通過(guò)位置控制模塊控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)。過(guò)程控制功能是對(duì)上述模擬量的閉環(huán)控制。通信與數(shù)據(jù)處理功能可實(shí)現(xiàn)

相關(guān)的操作、運(yùn)算、傳輸和聯(lián)網(wǎng)等。

2 PLC技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 在醫(yī)院手術(shù)室凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用

根據(jù)2014年6月1日起實(shí)施的《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》（GB50333-2013）以及醫(yī)院院感與質(zhì)控要求，不同類型的臨床手術(shù)需在相應(yīng)的手術(shù)室內(nèi)進(jìn)行。臨床手術(shù)對(duì)手術(shù)室的潔凈度、正負(fù)壓、溫濕度等有特殊要求。來(lái)自室外的新風(fēng)與來(lái)自潔凈室內(nèi)的回風(fēng)混合后，通過(guò)初、中效過(guò)濾器過(guò)濾，再分別通過(guò)表冷段、加熱段進(jìn)行恒溫除濕處理，依次經(jīng)過(guò)中效過(guò)濾器過(guò)濾、加濕段加濕后進(jìn)入送風(fēng)管道；通過(guò)送風(fēng)管道上的消聲器降噪處理后送入管道最末端的高效過(guò)濾器，然后進(jìn)入手術(shù)室天花板；手術(shù)室設(shè)有排風(fēng)口，由排風(fēng)口排出室外，其余通過(guò)回風(fēng)口及回風(fēng)管道與新風(fēng)混合進(jìn)入初效過(guò)濾器前。如此循環(huán)。

上述循環(huán)中，PLC是整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，其通過(guò)檢測(cè)手術(shù)室內(nèi)的溫濕度來(lái)控制空調(diào)機(jī)組中表冷器、電加熱器、電加濕器等相關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)；通過(guò)檢測(cè)潔凈度來(lái)控制各級(jí)過(guò)濾裝置以及風(fēng)機(jī)變頻器進(jìn)行空氣過(guò)濾；PLC將監(jiān)測(cè)到的參數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較并做出判斷，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象執(zhí)行相應(yīng)操作，使監(jiān)測(cè)參數(shù)符合系統(tǒng)設(shè)定要求。

2.2 在過(guò)氧化氫等離子體滅菌器設(shè)備中的應(yīng)用

過(guò)氧化氫等離子體滅菌器的工作原理是使用過(guò)氧化氫作為滅菌劑，通過(guò)PLC進(jìn)行電氣控制，在低溫環(huán)境下，將滅菌劑按規(guī)定量注入到載有需消毒醫(yī)療器械的真空室內(nèi)。滅菌劑在真空室內(nèi)被汽化并擴(kuò)散，然后被“激發(fā)”成等離子態(tài)，從而對(duì)醫(yī)療器械進(jìn)行滅菌。在該滅菌過(guò)程中，PLC是核心技術(shù)，如圖1所示。PLC根據(jù)消毒規(guī)范要求及流程，按照設(shè)定程序控制各部分部件工作，并進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、反饋。

2.3 在高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)中的應(yīng)用

高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)（high-intensity focused ultrasound，HIFU），又叫聚焦超聲腫瘤消融機(jī)，其是醫(yī)院常見的大型設(shè)備，用于四肢及軀干的骨和軟組織腫瘤、乳腺腫瘤、肝臟腫瘤（肝臟減少移動(dòng)及無(wú)肋骨障礙）患者的治療。該設(shè)備的治療源為超聲波，工作原理是利用超聲波的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)和器械效應(yīng)將超聲波聚焦在一個(gè)靶區(qū)內(nèi)，使靶區(qū)內(nèi)的腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生瞬態(tài)高溫（60℃以上），進(jìn)而殺死靶區(qū)內(nèi)的腫瘤細(xì)胞。

使用HIFU治療必須要有足夠的超聲通道，且機(jī)載超聲可測(cè)出靶區(qū)情況。HIFU是一種不需開刀就可殺滅體內(nèi)腫瘤的技術(shù)，是“無(wú)創(chuàng)手術(shù)”。其對(duì)于不同時(shí)期病變有不同的效果，尤其適用于治療子宮肌瘤患者，且療效顯著。該設(shè)備目前已出口到歐洲、韓國(guó)、日本、澳大利亞等諸多國(guó)家和地區(qū)。

HIFU系統(tǒng)由水處理系統(tǒng)、超聲診斷儀、治療床及龍門架、功率發(fā)生柜、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)5大部分組成。控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)控制軟件、遙控操作臺(tái)組成；定位系統(tǒng)由數(shù)字式B超、雙C臂龍門架、三維運(yùn)動(dòng)治療床組成；治療系統(tǒng)由多元雙聚焦超聲換能器、功率驅(qū)動(dòng)器、真空水處理系統(tǒng)組成。

在聚焦超聲腫瘤消融機(jī)設(shè)備控制應(yīng)用中，PLC技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，俗稱下位機(jī)的PLC和上位機(jī)工作站主導(dǎo)程序形成互通，整體實(shí)現(xiàn)了電腦數(shù)據(jù)指令的傳輸執(zhí)行，是醫(yī)療設(shè)備人機(jī)互動(dòng)的完美示范。圖2中治療床及龍門架機(jī)械傳動(dòng)裝置的輸出與反饋、換能器三維動(dòng)作的精度控制、治療能量輸出的大小調(diào)整和通道選擇以及狀態(tài)反饋、3D-TPS治療計(jì)劃等都是基于PLC發(fā)出指令才得以實(shí)現(xiàn)。

隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，設(shè)備不可避免地會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，而一旦出現(xiàn)問(wèn)題就可通過(guò)控制器信號(hào)指示燈做出快速判斷，提供準(zhǔn)確解決方案，為臨床治療贏得時(shí)間，提高患者的治療滿意度。

3 小結(jié)

隨著科技進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展，5G通信設(shè)備以及AI技術(shù)的普及，PLC的運(yùn)算速度會(huì)更快、存儲(chǔ)容量更大、智能化程度更高，并且抗干擾能力更強(qiáng)，系統(tǒng)更為靈活，使用更方便。與之配套的產(chǎn)品種類也會(huì)更豐富，規(guī)格更齊全，人機(jī)界面更完美，可更好地適應(yīng)各種控制場(chǎng)合的需求。從品牌上來(lái)看，目前以歐美和日本產(chǎn)品為主，國(guó)產(chǎn)PLC還有很長(zhǎng)一段路要走；從應(yīng)用場(chǎng)合看，PLC在傳統(tǒng)的制造業(yè)，如鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡等得到了廣泛應(yīng)用。

近年來(lái)，PLC技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備中的作用逐漸突顯，如純水機(jī)、過(guò)氧化氫等離子體滅菌器、蒸汽滅菌器以及大型醫(yī)用設(shè)備等的電氣控制部分均有PLC控制。不管是《中國(guó)制造2025》，還是《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》以及《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》都明確加強(qiáng)高端醫(yī)療器械創(chuàng)新能力建設(shè)，推進(jìn)醫(yī)療器械國(guó)產(chǎn)化。隨著國(guó)家對(duì)國(guó)產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備的支持，PLC技術(shù)會(huì)越來(lái)越多地在國(guó)產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備上使用，并走向世界。
責(zé)任編輯：YYX