王恒桓，于良軍

1.泰安市中醫(yī)醫(yī)院 設(shè)備科，山東 泰安271000；2.泰安市醫(yī)療器械維修管理站，山東 泰安 271000

0 前言

目前，人們對(duì)紫外線(Ultra Violet Ray，UVR)的危害已形成共識(shí)，人類長(zhǎng)期暴露于紫外線輻射之中，可能對(duì)皮膚、眼睛和免疫系統(tǒng)造成實(shí)際的和持續(xù)的影響[1]。通過(guò)“中國(guó)知網(wǎng)”跨庫(kù)檢索1979～2010年“紫外線”數(shù)據(jù)庫(kù)，共有文章2973篇，其中1994～2010年涉及紫外線輻射損傷的文章有99篇。紫外線對(duì)眼睛的傷害主要是引起急性角膜炎和結(jié)膜炎、慢性白內(nèi)障等眼疾，而對(duì)皮膚的影響則會(huì)引起肌膚提前衰老,如角質(zhì)過(guò)厚、表皮粗糙、有皺紋和斑點(diǎn)、肌肉松弛或下垂；射線照射過(guò)量,可能會(huì)引起細(xì)胞DNA突變,導(dǎo)致皮膚癌，國(guó)際癌癥研究署已經(jīng)確認(rèn)UVR是一個(gè)完全的致癌因子[2]。為此，世界各國(guó)的科學(xué)家都提醒人們，應(yīng)該十分注意紫外線輻射對(duì)人體的危害并采取必要的預(yù)防措施。

UVR的波長(zhǎng)范圍為100～400 nm，一般分為3個(gè)波段，即UVA（315～400 nm）、UVB（280～315 nm）和UVC（100～280 nm）[3],3個(gè)波段的紫外線均有各自特點(diǎn)。根據(jù)紫外線的特性，人們充分利用紫外線的生物效應(yīng)，在醫(yī)療機(jī)構(gòu)、賓館、飯店、學(xué)校、幼兒園將紫外線用于室內(nèi)空氣和物體表面消毒，紫外線輻射消毒有良好的作用，且具有使用方便、作用快速、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、無(wú)殘留污染、無(wú)毒副作用等優(yōu)點(diǎn)[4]。

2002年版中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部《消毒技術(shù)規(guī)范》[5]明確指出了“紫外線滅菌法”的定義、消毒原理及效果驗(yàn)證。紫外線滅菌法是指用紫外線（能量）照射殺滅微生物的方法，紫外線不僅能使核酸蛋白變性，而且能使空氣中氧氣產(chǎn)生微量臭氧，從而達(dá)到共同殺菌作用。用于紫外線滅菌的波長(zhǎng)一般為200～300 nm，滅菌用最強(qiáng)的為254 nm。該方法適于照射物體表面滅菌、無(wú)菌室空氣及蒸餾水的滅菌。

消毒效果驗(yàn)證則采用了細(xì)菌培養(yǎng)的方法，雖然準(zhǔn)確，但屬于事后評(píng)價(jià)，且時(shí)間長(zhǎng)，使用較少?！断炯夹g(shù)規(guī)范》要求主要采用檢測(cè)紫外線強(qiáng)度的方法，以保證消毒效果。紫外線燈管輻射強(qiáng)度檢測(cè)，是保證醫(yī)院消毒效果的重要工作環(huán)節(jié)，關(guān)系到醫(yī)院隱性質(zhì)量[6]。

目前，醫(yī)院對(duì)紫外線強(qiáng)度的檢測(cè)方法主要有兩類：物理學(xué)檢測(cè)方法，即使用紫外線強(qiáng)度測(cè)定儀；生物學(xué)檢測(cè)方法，即采用載體（試紙）檢測(cè)。但兩類方法均存在以下缺陷：① 檢測(cè)的同時(shí)，檢測(cè)人員即受到輻射危害，無(wú)良好的防護(hù)措施致使監(jiān)測(cè)人員的眼睛、皮膚受到不同程度損傷[7]；② 檢測(cè)數(shù)據(jù)的重復(fù)性差，生物學(xué)檢測(cè)方法還只是停留在定性的水平；③ 檢測(cè)具有局限性，還沒(méi)有做到對(duì)所有消毒房間的紫外線進(jìn)行全面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；④ 紫外線光源通常用紫外輻照計(jì)測(cè)量某一表面的輻射照度（W/m2）來(lái)表示紫外線光源的紫外線強(qiáng)度大小，而在空氣殺菌方面的應(yīng)用，更重要的是要知道紫外線光源外空間一定范圍，甚至整個(gè)空間紫外線輻射的強(qiáng)度大小。

雖然有很多業(yè)內(nèi)外人士對(duì)上述缺陷也進(jìn)行了各種研究和改進(jìn)，但均沒(méi)有徹底解決上述問(wèn)題。

本課題對(duì)消毒過(guò)程中存在的問(wèn)題，在當(dāng)前缺乏理想的測(cè)量紫外線消毒燈的殺菌紫外線輸出能量的情況下[8]，設(shè)計(jì)了醫(yī)用紫外線消毒無(wú)損傷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可確?？諝庀举|(zhì)量，減少交叉感染，又可節(jié)約大量資金。對(duì)確保廣大醫(yī)務(wù)人員和病患免受輻射傷害和整個(gè)醫(yī)院的紫外線消毒的有效實(shí)行和管理具有重要意義。

1 方案設(shè)計(jì)依據(jù)

本系統(tǒng)依據(jù)中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部《消毒技術(shù)規(guī)范》，2002年版第3.1.4 紫外線消毒規(guī)范設(shè)計(jì)。

1.1 照射劑量和時(shí)間

不同種類的微生物對(duì)紫外線的敏感性不同，用紫外線消毒時(shí)必須使用照射劑量達(dá)到殺滅目標(biāo)微生物所需的照射劑量。殺滅一般細(xì)菌繁殖體時(shí)，應(yīng)使照射劑量達(dá)到10000 μW·s/cm2；殺滅細(xì)菌芽孢時(shí)應(yīng)達(dá)到100000 μW·s/cm2。病毒對(duì)紫外線的抵抗力介于細(xì)菌繁殖體和芽胞之間，真菌孢子的抵抗力比細(xì)菌芽孢更強(qiáng)，有時(shí)需要照射到600000 μW·s/cm2。但一般致病性真菌對(duì)紫外線的抵抗力比細(xì)菌芽胞弱，在消毒的目標(biāo)微生物不詳時(shí)，照射劑量應(yīng)≥100000 μW·s/cm2。輻照劑量是所用紫外線燈在照射物品表面處的輻照強(qiáng)度和照射時(shí)間的乘積。

1.2 對(duì)室內(nèi)空氣的消毒

1.2.1 間接照射法

首選高強(qiáng)度紫外線空氣消毒器，不僅消毒效果可靠，而且可在室內(nèi)有人活動(dòng)時(shí)使用，一般開(kāi)機(jī)消毒 30 min 即可達(dá)到消毒合格。

1.2.2 直接照射法

在室內(nèi)無(wú)人條件下，可采取紫外線燈懸吊式或移動(dòng)式直接照射。采用室內(nèi)懸吊式紫外線消毒裝置時(shí)，室內(nèi)安裝紫外線消毒燈（30W紫外燈，在1.0 m 處的強(qiáng)度>70μW/cm2）的數(shù)量為平均每m3≥1.5 W，照射時(shí)間≥30 min。

紫外線對(duì)細(xì)菌和病毒的殺滅與紫外線照射劑量有關(guān)，照射劑量=照射時(shí)間（s）×照射強(qiáng)度（μW/cm2）。照射劑量理論上一般設(shè)計(jì)要求>30000μW·/cm2， 如果紫外線強(qiáng)度低，只要時(shí)間長(zhǎng)，可與強(qiáng)度稍高時(shí)達(dá)到同樣的效果，如果在時(shí)間不允許的情況下，需選擇高強(qiáng)度大功率的紫外線燈。一般情況各種細(xì)菌和病毒所需殺滅的照射劑量不同，在被殺滅點(diǎn)測(cè)出照射強(qiáng)度就可計(jì)算出照射時(shí)間，對(duì)被消毒的對(duì)象不了解的情況下，一般需延長(zhǎng)照射時(shí)間來(lái)確保殺菌效率。 由于紫外線會(huì)殺死細(xì)胞，因此紫外線消毒時(shí)要注意不能直接照射到人的皮膚，尤其是人的眼睛，紫外線殺菌燈點(diǎn)亮?xí)r不要直視燈管，由于短波紫外線不透過(guò)普通玻璃，戴眼鏡可避免眼睛受傷害。

兩種消毒方法的消毒效果評(píng)價(jià)僅限于醫(yī)院感染人員在消毒后做細(xì)菌培養(yǎng)。雖然方法可靠，但醫(yī)院空氣消毒的房間極多，且都屬事后評(píng)價(jià)，難以做到對(duì)每一個(gè)消毒房間進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)。本研究可對(duì)紫外線消毒房間進(jìn)行無(wú)損傷動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，按照紫外線劑量監(jiān)測(cè)要求，及時(shí)更換紫外線燈管，保證消毒效果。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)紫外線強(qiáng)度的采集，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)可有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)院中紫外線消毒過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)包括紫外線強(qiáng)度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、照射劑量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)管理、定時(shí)開(kāi)關(guān)、人員無(wú)損傷監(jiān)測(cè)、人員誤入和消毒失效報(bào)警及功能。系統(tǒng)總體功能框圖，見(jiàn)圖1。

（1）紫外線強(qiáng)度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?？蓪?duì)各消毒房間及物品接受的紫外線強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并顯示，供操作人員觀察。

（2）照射劑量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)照射強(qiáng)度和照射時(shí)間來(lái)統(tǒng)計(jì)房間或物品接受的照射劑量。

（3）動(dòng)態(tài)管理?？蓪?shí)現(xiàn)多消毒地點(diǎn)同時(shí)監(jiān)控。

（4）定時(shí)開(kāi)關(guān)。根據(jù)消毒照射劑量自動(dòng)關(guān)斷紫外線消毒燈。

（5）人員無(wú)損傷監(jiān)測(cè)。紫外線強(qiáng)度檢測(cè)人員，不用在紫外線照射下進(jìn)行檢測(cè)，免受了紫外線傷害。

（6）人員誤入報(bào)警。非檢測(cè)人員一旦誤入消毒房間，可報(bào)警提示，使周圍人群免受紫外線傷害。

（7）失效報(bào)警。如果消毒燈老化，達(dá)不到一定的強(qiáng)度，即使增加照射時(shí)間也不能達(dá)到消毒效果時(shí)，根據(jù)需要可設(shè)置100000 μW·s/cm2、300000 μW·s/cm2，甚至 600000 μW·s/cm2的報(bào)警劑量。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由紫外線強(qiáng)度檢測(cè)單元、中心監(jiān)控工作站及網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)組成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，見(jiàn)圖2。

2.2.1 紫外線強(qiáng)度檢測(cè)單元

由紫外線傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)主控單元和數(shù)據(jù)通訊電路組成，完成紫外線強(qiáng)度的采集、發(fā)送和顯示功能。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

系統(tǒng)由星形網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)、網(wǎng)線組成，完成紫外線強(qiáng)度實(shí)時(shí)值、定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)信號(hào)、報(bào)警信號(hào)的傳輸。

2.2.3 中心監(jiān)控工作站

由計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)監(jiān)控軟件、網(wǎng)絡(luò)適配卡等組成，完成紫外線強(qiáng)度、時(shí)間、劑量及報(bào)警功能。

3 系統(tǒng)各單元設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 紫外線強(qiáng)度檢測(cè)單元

3.1.1 紫外線傳感器單元

主要由紫外線傳感器和放大電路組成。傳感器采用紫外探測(cè)器UV10T2E10F，能很好地探測(cè)200～400 nm光譜范圍的紫外線輻射，并產(chǎn)生光電流。它的高靈敏度、寬響應(yīng)光譜范圍、密封封裝、小尺寸、低價(jià)格、寬工作溫度范圍以及能長(zhǎng)期暴露在紫外光輻射的環(huán)境，很適合工業(yè)和消費(fèi)類紫外線探測(cè)應(yīng)用。其主要參數(shù)如下：

高靈敏度：140 mA/W峰值；

低溫度系數(shù)：TO-5、TO-18、TO-46等微小標(biāo)準(zhǔn)封裝；

光敏面尺寸：0.25 mm×0.25 mm、0.5 mm× 0.5 mm (NEW)、1 mm×1 mm和2 mm×2mm，還有14.8 mm2、37.7 mm2，最大可達(dá)100 mm2光敏面積。

各種濾波器窗口可選，能提供：UV-A、UV-B、UV-C和 UV-BC(包括B&C波段)濾波器的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

放大電路采用集成單運(yùn)放電路，見(jiàn)圖3。傳感器采集的紫外線轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，由放大電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，傳至數(shù)據(jù)采集單元。

3.1.2 紫外線強(qiáng)度檢測(cè)主控單元

由紫外線傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、89C52單片機(jī)主控單元和數(shù)據(jù)通訊電路組成。電路工作時(shí)，紫外線傳感器將采集紫外線轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，經(jīng)SGM8521單運(yùn)算放大器經(jīng)線纜送至單片機(jī)主控單元，經(jīng)由放大器TLE2022組成的絕對(duì)值放大器將采集到強(qiáng)度交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成絕對(duì)值電壓值送入89C52的P1.0口進(jìn)行模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量由輸出到89C52，經(jīng)軟件處理后，將測(cè)量的輻射值經(jīng)P2.0-P2.7輸出到液晶顯示單元，用數(shù)字形式顯示出當(dāng)前的輻射值，同時(shí)經(jīng)RXD串行口上傳至網(wǎng)絡(luò)傳輸控制單元。

3.1.3 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)

本軟件系統(tǒng)采用KeilC集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括1個(gè)主程序、6個(gè)子程序。6個(gè)子程序?yàn)檠訒r(shí)子程序、輻射值采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序、輻射值計(jì)算子程序、液晶顯示子程序、驅(qū)動(dòng)控制子程序和串行輸出子程序。

（1）主程序。主程序進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作，主要是進(jìn)行定時(shí)/計(jì)數(shù)器和A/D采集口的初始化。

（2）延時(shí)子程序。應(yīng)用定時(shí)/計(jì)數(shù)器延時(shí)的目的是產(chǎn)生一定的時(shí)間間隔，定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測(cè)和發(fā)送。

（3）輻射值采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序。輻射值采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序按照延時(shí)程序產(chǎn)生的時(shí)間間隔采集輸入到單片機(jī)A/D口的電壓值轉(zhuǎn)換數(shù)字量，并保存在內(nèi)存中。

（4）輻射值計(jì)算子程序。根據(jù)輻射值的分度值和電路參數(shù)計(jì)算出一張輻射值表，存放在DATATAB數(shù)據(jù)表中。根據(jù)采樣值，通過(guò)查表及比較的方法計(jì)算出當(dāng)前的輻射值。采用查表法計(jì)算輻射值是為了克服紫外線傳感器特性曲線的非線性，提高測(cè)量精度。

（5）驅(qū)動(dòng)控制子程序。該子程序用于保護(hù)人員，當(dāng)有人員進(jìn)入時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，關(guān)閉消毒設(shè)備；當(dāng)幅度值下降到下限值時(shí)，發(fā)送信號(hào)至主控端，顯示報(bào)警。

（6）串行輸出子程序。將采集、轉(zhuǎn)化成為數(shù)字量的信號(hào)經(jīng)串行輸出子程序由串行口傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)傳輸單元，至中心監(jiān)控端。

3.2 通訊

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為網(wǎng)絡(luò)通訊，使用232通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)和單片機(jī)使用MODBUS-RTU協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊，以太網(wǎng)絡(luò)模塊采用了RTL8019AS，CAN總線控制器接口采用了PCA82C00。

3.3 中心監(jiān)控工作站的設(shè)計(jì)

中心監(jiān)控工作站采用VB語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，由主界面、房間選擇界面、紫外線強(qiáng)度監(jiān)控界面組成。

（1）主界面設(shè)計(jì)。窗體背景采用醫(yī)院圖片，添加兩個(gè)命令按鈕，用于進(jìn)入房間選擇界面和退出程序代碼。

（2）房間選擇界面設(shè)計(jì)。添加16個(gè)命令按鈕，并添加代碼，分別進(jìn)入不同房間的監(jiān)控界面。

（3）監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。添加窗體控件、形狀控件、MSCOMM控件及定時(shí)器控件。

4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果及分析

測(cè)試項(xiàng)目包括用戶界面及性能測(cè)試，見(jiàn)圖4、表1～2。

表1 用戶界面測(cè)試

表2 監(jiān)控系統(tǒng)總體功能測(cè)試

進(jìn)入紫外線強(qiáng)度監(jiān)控界面，見(jiàn)圖5，此界面可實(shí)時(shí)監(jiān)控所選擇房間內(nèi)的動(dòng)態(tài)紫外線強(qiáng)度，顯示累計(jì)照射劑量，可實(shí)現(xiàn)人員誤入報(bào)警和消毒失效報(bào)警等功能。

目前，國(guó)內(nèi)很多醫(yī)院正在使用中國(guó)建材研究所石英玻璃科學(xué)研究所生產(chǎn)的UVR-254 nm紫外輻照儀（量字京字5000217，編號(hào)4900）用于紫外線強(qiáng)度的檢測(cè)。我們對(duì)該儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)和本文研制的紫外線檢測(cè)單元實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)結(jié)果

由表3可見(jiàn)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀檢測(cè)有較高的一致性，可達(dá)到實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的測(cè)試方法比較，本系統(tǒng)除具有準(zhǔn)確實(shí)時(shí)顯示功能外，還具備實(shí)時(shí)紀(jì)錄功能。

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