便攜式負壓校準裝置的研制*

劉曉雯 葛 毅 張玉霞

便攜式負壓校準裝置的研制*

劉曉雯①葛 毅①張玉霞②*

目的：通過負壓校準裝置的實現(xiàn)方法和結(jié)構設計，研制一種便攜式負壓校準裝置。方法：利用負壓傳感器和氣體流量傳感器的工作原理，實現(xiàn)負壓吸引器的壓力與流量的校準功能及其穩(wěn)定性的監(jiān)測功能。結(jié)果：從設計理念出發(fā)，研制的便攜式負壓校準裝置能滿足負壓吸引器質(zhì)量控制檢測工作的基本需求。結(jié)論：在醫(yī)院臨床急救和野戰(zhàn)應急使用時能夠保障負壓吸引器的準確性和高效性，避免吸引器因負壓失準導致的醫(yī)源性損傷事故。

負壓校準器；醫(yī)學計量測試；便攜式

[First-author’s address] Shanghai ChangZheng Hospital, Shanghai 200003, China.

負壓吸引器常用于各醫(yī)院科室對急、危重患者的搶救，是解決患者咽喉部分泌物滯留、改善通氣功能，提高血氧飽和度、減輕患者痛苦的重要手段，是手術室的常用醫(yī)療設備。近年來，因醫(yī)用負壓吸引力不準確所導致的醫(yī)源性損傷越來越受到重視，為此，研制一種便攜式負壓校準裝置，以滿足便攜式設備小型化、便于攜帶的要求，同時可滿足野戰(zhàn)醫(yī)療救治時快速地進行負壓校準檢測，以保證輸出負壓的準確性，有效避免因負壓失準引起的醫(yī)源性損傷。

1 便攜式負壓校準裝置研制意義

醫(yī)院若在負壓吸引器的負壓計量測試環(huán)節(jié)上略有忽視，將未經(jīng)檢測且失去原有準確度的負壓吸引器在臨床中使用時，會因壓力失準而未能及時吸出患者咽喉處的分泌物，嚴重時可能威脅到患者生命。因此，檢測負壓吸引器工作參數(shù)的準確性以及分析其工作的穩(wěn)定性至關重要。準確的負壓吸引器工作參數(shù)可在很大程度上避免由于負壓吸引器自身的原因所導致的醫(yī)源性損傷，同時也為有關負壓吸引器的臨床研究提供標準有效的研究輔助工具[1-2]。

2 便攜式負壓校準裝置設計

2.1 負壓校準裝置工作原理

負壓即所說的真空度，正常環(huán)境為常壓，低于常壓的氣體壓力狀態(tài)稱為負壓[3]。負壓吸引器的負壓調(diào)節(jié)結(jié)構簡單，由調(diào)壓器、集液瓶及軟管等組成。集液瓶上有兩個軟管接口，一個接負壓終端，一個接入腔體。當負壓終端接通時集液瓶內(nèi)將產(chǎn)生空氣負壓，該負壓將引導體內(nèi)液體污物從另一個軟管流入集液瓶內(nèi)。野戰(zhàn)醫(yī)療所常用的是簡易負壓吸引器，尤其是在野戰(zhàn)環(huán)境下，由于輸出負壓的準確性和穩(wěn)定性均較差，操作人員難以精確把握其負壓輸出值。當負壓過大時導致?lián)p傷氣管黏膜加重呼吸道感染；而負壓過低時其負壓吸引器的吸力不夠，則不能達到清理呼吸道的目的[4]。氣管內(nèi)吸痰是一種侵入性操作，可能引起肺泡萎縮，肺容量減小，順應性降低，吸痰負壓越大、時間越長，對氣體交換和呼吸力學的影響越明顯，患者容易發(fā)生低血氧癥[5]。

2.2 負壓校準裝置設計思路

負壓吸引器結(jié)構簡單，許多單位在其發(fā)生故障后均自行修理，修理完成后簡單測試有無負壓則直接返回臨床使用，而尚未進行示值準確性和工作穩(wěn)定性的測試，導致許多負壓吸引器由于壓力不準確或不穩(wěn)定而引起嚴重操作傷發(fā)生[6]。本研究通過研制精度和穩(wěn)定性均高于負壓吸引器自身真力表和流量表的檢測裝置，用來檢測負壓吸引器工作參數(shù)的準確性。按照相關檢定規(guī)程“標準器基本誤差絕對值不應超過被檢負壓表的基本誤差絕對值，不應超過被檢負壓表基本誤差絕對值的1/3”的要求，即負壓標準校準裝置應高于被檢表的3倍，對精度等級進行選擇，并通過連續(xù)采樣分析和波形顯示分析負壓吸引器工作的穩(wěn)定性。

3 便攜式負壓校準裝置的結(jié)構與功能

3.1 負壓校準裝置的結(jié)構

將負壓吸引器輸出端口通過三通閥連接校準裝置，在運作狀態(tài)下負壓氣體通過壓力和(或)電信號轉(zhuǎn)換模塊、流量和(或)電信號轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過濾波、放大及比較電路等功能實現(xiàn)將流量與壓力等測試數(shù)據(jù)由模擬信號換算成數(shù)字信號顯示于校準裝置上。流量值和壓力值經(jīng)過波形顯示電路將其波形顯示于校準裝置上，可實現(xiàn)監(jiān)測其負壓輸出的穩(wěn)定性，其電路設計思路如圖1所示。

圖1 負壓校準裝置電路模塊框圖

本研究負壓校準裝置由精度壓力傳感器、高精度流量傳感器、負壓調(diào)節(jié)閥、示波器、儲氣罐以及真空泵等部件組成，其外部硬件展示如2圖所示[7]。

圖2 負壓校準裝置硬件展示圖

3.2 負壓校準裝置的功能

3.2.1 檢測壓力-電信號轉(zhuǎn)換模塊

針對負壓吸引器的工作負壓值范圍(0～0.1 MPa)和調(diào)節(jié)精度(0.005 MPa)，選擇高于負壓吸引器調(diào)節(jié)精度和工作范圍覆蓋負壓吸引器工作負壓值范圍的負壓傳感器，將負壓吸引器產(chǎn)生的負壓轉(zhuǎn)換為電信號，并設計電路對傳感器轉(zhuǎn)換信號進行濾波、放大、采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換[8-9]。

壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號的原理是：從壓力傳感器出來的電信號與其測量的壓力量程是一個線性的關系[10-11]。如傳感器輸出的電壓信號為0～10 V，測量范圍是0～1 MPa；即0～1 MPa的壓力變化對應0～10 V的電壓信號，其數(shù)字負壓傳感器如圖3所示。

圖3 數(shù)字負壓傳感器示意圖

3.2.2 檢測流量-電信號轉(zhuǎn)換模塊

針對負壓吸引器選擇高精度和工作范圍合適的流量傳感器(測量流速范圍應覆蓋10～60 L/min)，將負壓吸引器產(chǎn)生的流量轉(zhuǎn)換為電信號，并設計電路對傳感器轉(zhuǎn)換信號進行濾波、放大、采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換[12]。當氣體經(jīng)過流量傳感器時，其檢測的微弱電信號經(jīng)過電路處理，即可輸出與流速成正比的標準信號，從而測得流量的大小，將測試得到的流量值與標準氣體的流量值進行比對，可判斷所得誤差是否在正常范圍內(nèi)[13-14]。氣體流量計如圖4所示。

圖4 氣體流量計示意圖

3.2.3 建立標準壓力-電壓對應表和流量-電壓對應表

通過標準壓力和流量測試負壓轉(zhuǎn)換模塊和流量轉(zhuǎn)換模塊，得出測試范圍內(nèi)的負壓值與流量值各自與轉(zhuǎn)換電信號之間的對應關系，同時分析其穩(wěn)定性和精度分辨率，如果未達到設計參數(shù)要求則重復檢查轉(zhuǎn)換模塊設計電路，直至達到設計參數(shù)要求為止，并將兩種標準對應表存入寄存器。

3.2.4 比較電路模塊

設計對比電路，將輸入端產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換信號與寄存器標準值逐一對比，對照標準對應表產(chǎn)生測量值。此環(huán)節(jié)，在將轉(zhuǎn)換信號與寄存器標準值逐一對比時，應選擇合適的算法，盡可能縮短比對時間。

3.2.5 設計采樣、存儲和顯示部件

除顯示測得負壓值和流量外，對測量值采樣、存儲，同時顯示波形，判斷負壓吸引器工作的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

有研究表明，此類負壓校準裝置可用于負壓吸引器的校準與檢測，其精度高，滿足便攜式設備小型化、便于攜帶的要求，同時滿足野戰(zhàn)時快速進行負壓校準檢測，以保證輸出負壓的準確性。該裝置不僅能測量負壓吸引器的壓力值和流量值，而且還能對負壓吸引器壓力和流量值連續(xù)采樣，判斷其運行的穩(wěn)定性，能夠有效避免因負壓失準引起的醫(yī)源性損傷[15]。

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Development of portable negative pressure calibrator

LIU Xiao-wen, GE Yi, ZHANG Yu-xia

China Medical Equipment,2015,12(6):19-21.

Objective: Develop a kind of portable negative pressure calibrator by the design and implement of method. Methods: By the working principle of negative pressure sensor and gas flow sensor, the negative pressure aspirator realizes the calibration function and stability of the monitoring function of the pressure and flow. Results: Stating from the design concept, this portable negative pressure can satisfy the requirement of the quality control and test work. Conclusion: Guarantee the accuracy and efficiency in the clinical first aid and field battle when using attractor. This avoids attractor of iatrogenic injury accident caused by negative pressure fall off.

Negative pressure calibrator; Medical metrology testing; Portable of

劉曉雯,女,(1986- ),本科學歷，助理工程師。上海長征醫(yī)院儀器設備科，從事醫(yī)療設備計量與質(zhì)量控制檢測與管理工作。

1672-8270(2015)06-0019-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.006

2014-10-20

軍事醫(yī)學計量科研專項課題(2012-JL1-019)“一種便攜式負壓校準器的研制”

①上海長征醫(yī)院儀器設備科 上海 200003

②第二軍醫(yī)大學訓練部 上海 200433

*通訊作者：zhangyuxia@smmu.edu.cn