清洗籃筐升降法改善超聲清洗空化效應(yīng)分布的研究

鄭偉，謝月，秦英，江慶華

消毒供應(yīng)中心(Central Sterile Supply Department，CSSD)是醫(yī)院內(nèi)承擔(dān)各科室重復(fù)使用醫(yī)療器械清洗、消毒和滅菌及無菌物品供應(yīng)的部門[1]，有效的清洗能減少器械上的生物載荷，是消毒和滅菌合格的重要保證[2]。超聲清洗機(jī)是CSSD最常使用的清洗設(shè)備[3]，它是利用超聲波在水中傳遞引起的空化效應(yīng)達(dá)到使污物剝離脫落的目的[4]，對(duì)普通器械的關(guān)節(jié)和齒牙、精密器械[5]、管腔器械[6]的清洗效果較好。CSSD中大多數(shù)超聲清洗機(jī)的超聲波在水中的傳播方向是自下而上，在遇到液面時(shí)超聲波發(fā)生反射，入射波和反射波疊加會(huì)形成駐波，駐波的波腹(空化效應(yīng)強(qiáng)烈)和波節(jié)(沒有空化效應(yīng))交替排列且位置固定，處在波節(jié)位置的器械得不到有效清洗而形成清洗盲區(qū)[7-8]。目前，國(guó)內(nèi)外研究者采用雙頻[7]、變液面法[9]、改變水槽形狀[10]、改變換能器布陣形式[11]等方法來減少因駐波產(chǎn)生的清洗盲區(qū)。本研究使用清洗籃筐升降法(改變水中器械擺放位置的高度)來改善消毒供應(yīng)中心超聲清洗空化效應(yīng)的分布情況，取得較好效果，報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1一般資料 本研究實(shí)驗(yàn)材料主要包括超聲波清洗機(jī)1臺(tái)、鋁箔1卷和多酶清洗劑220 mL。超聲波清洗機(jī)(德國(guó)艾爾瑪牌，型號(hào)S300H)，換能器位于水槽底部，超聲功率300 W，頻率37 kHz；水槽50 cm×30 cm×20 cm。市售鋁箔，厚度15 μm。美國(guó)3M牌手工專用強(qiáng)效多酶清洗液，規(guī)格為2 L/桶。實(shí)驗(yàn)在CSSD去污區(qū)進(jìn)行，溫度20℃，濕度50%。

1.2方法

1.2.1實(shí)驗(yàn)分組 實(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，對(duì)照組按超聲波清洗標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行操作。實(shí)驗(yàn)組在超聲清洗過程中變換待清洗物品擺放位置的高度，距離為λ/4(λ為超聲波波長(zhǎng))，其余操作與對(duì)照組相同。

1.2.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.2.2.1物品準(zhǔn)備 超聲波清洗機(jī)水槽內(nèi)加水22 L，液面高度約16 cm，加熱至40℃，加入多酶清洗劑110 mL(比例為1∶200)，運(yùn)行脫氣程序10 min，開啟掃頻模式。將鋁箔裁剪成15 cm×15 cm數(shù)十張，盡可能保持鋁箔的平整性。

1.2.2.2液壓升降裝置與鋁箔固定支架的制作 ①制作液壓升降裝置。升降裝置的主體由5個(gè)20 mL注射器組成，注射器通過一次性使用輸液連接管(規(guī)格LB-1)和輸液用三通(規(guī)格394601)連接。4個(gè)注射器分別固定在超聲清洗機(jī)外壁上作為舉升器，注射器的乳頭朝下，活塞柄位于清洗籃筐(超聲波清洗機(jī)自帶部件)把手下方；另1個(gè)注射器作為動(dòng)力源，人工抽吸經(jīng)水質(zhì)硬度檢測(cè)試劑染色后(便于觀察升降裝置的工作情況)的自來水，排盡升降裝置內(nèi)氣體。②制作鋁箔固定支架。由1根橫桿和固定在橫桿上的2個(gè)限位器構(gòu)成。橫桿通過水槽頂部的中心點(diǎn)且與水槽長(zhǎng)邊平行，兩端固定在清洗籃筐的把手上，2個(gè)限位器距離13 cm(因鋁箔寬度為15 cm)，制作該支架是為了減少實(shí)驗(yàn)中鋁箔的位移。見圖1。

1.2.2.3預(yù)實(shí)驗(yàn) 進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)升降裝置的可靠性并確定實(shí)驗(yàn)中鋁箔在超聲中的最佳暴露時(shí)間，暴露時(shí)間90 s的鋁箔腐蝕效果較為滿意(時(shí)間太短會(huì)導(dǎo)致鋁箔腐蝕面積過少不利于結(jié)果觀察，時(shí)間太長(zhǎng)造成鋁箔破損嚴(yán)重不利于后續(xù)操作的進(jìn)行)，故實(shí)驗(yàn)時(shí)間確定為90 s。

1.2.3實(shí)驗(yàn)過程 對(duì)照組：將裁剪好的鋁箔垂直放入超聲清洗機(jī)中，鋁箔上端固定在支架橫桿上，兩側(cè)置入限位器內(nèi)，啟動(dòng)超聲運(yùn)行90 s，取出鋁箔，編號(hào)后放入65℃的熱風(fēng)干燥柜中干燥，最后取出保存。以上步驟重復(fù)30次，實(shí)驗(yàn)完成后清潔水槽，徹底清除脫落的鋁箔碎屑。實(shí)驗(yàn)組：超聲清洗機(jī)重新注水、加熱、加酶和脫氣，固定好鋁箔，實(shí)驗(yàn)人員推動(dòng)動(dòng)力源注射器，驅(qū)動(dòng)4個(gè)舉升用注射器活塞升高，使清洗籃筐抬高1 cm(即λ/4，水中聲速取1 500 m/s[12]，已知超聲頻率37 kHz，根據(jù)波長(zhǎng)=聲速/頻率公式可得λ=4.05 cm，λ/4=1.01 cm，本實(shí)驗(yàn)中取1 cm)，啟動(dòng)超聲，40 s后動(dòng)力源注射器回抽，使清洗籃筐10 s勻速下降至初始位置，繼續(xù)超聲40 s，累計(jì)超聲暴露時(shí)間90 s，取出鋁箔，后續(xù)操作與對(duì)照組相同，重復(fù)實(shí)驗(yàn)30次。

1.3評(píng)價(jià)方法

1.3.1鋁箔腐蝕面積 超聲清洗機(jī)中空化效應(yīng)強(qiáng)烈的地方鋁箔會(huì)腐蝕，鋁箔腐蝕面積代表發(fā)生空化效應(yīng)的區(qū)域。將實(shí)驗(yàn)獲得的鋁箔裁剪成8 cm×8.5 cm規(guī)格(鋁箔底邊中點(diǎn)向兩側(cè)各取4 cm為寬度，底邊向上取8.5 cm為高度，因8 cm約為單個(gè)換能器空化區(qū)域的寬度，8.5 cm約為鋁箔入水的高度)，在暗環(huán)境中，把鋁箔平鋪在白色光源上采集照片，將照片調(diào)整為945像素×1 004像素(與鋁箔尺寸的比例相同，同時(shí)便于后續(xù)的Octave軟件運(yùn)算)，使用Octave的mat2gray函數(shù)矩陣歸一化圖片、rgb2gray函數(shù)灰度化圖片，設(shè)定閾值為0.5[13]二值化圖片，二值化后的圖片中白色代表鋁箔腐蝕的面積，計(jì)算每張圖片白色像素占總像素的百分比。

1.3.2鋁箔腐蝕分布的均勻性 每張二值化后的圖片是一個(gè)包含0和1的大小為945×1 004的矩陣，其中1代表鋁箔發(fā)生了腐蝕，計(jì)算每行鋁箔腐蝕面積的百分比，最后計(jì)算1 004行鋁箔腐蝕面積百分比的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差越小，代表鋁箔腐蝕分布的均勻性越好[14]。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用Excel2016和R4.1.3軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。服從正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，行t檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1兩組鋁箔腐蝕面積比較 對(duì)照組鋁箔腐蝕面積為(4.24±0.48)%，實(shí)驗(yàn)組為(5.16±0.77)%，兩組比較，t=-5.551，P<0.001。實(shí)驗(yàn)組鋁箔腐蝕面積顯著大于對(duì)照組。

2.2兩組鋁箔腐蝕分布的均勻性比較 鋁箔每行腐蝕面積百分比的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差：對(duì)照組為(150.94±7.47)%，實(shí)驗(yàn)組為(82.96±8.20)%，兩組比較，t=33.579，P<0.001。實(shí)驗(yàn)組鋁箔腐蝕分布的均勻性顯著好于對(duì)照組。

3 討論

3.1駐波造成的清洗盲區(qū)是超聲清洗機(jī)必須面對(duì)的問題 超聲波換能器可以將電流轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)(即超聲波)，是超聲清洗機(jī)的主要組成部分，常見的超聲清洗機(jī)的換能器安裝在水槽的底部[8]，此時(shí)溶液中超聲波的傳播方向是自下而上，因?yàn)樗涂諝獾穆暱棺柘嗖詈艽?，超聲波在傳播過程中遇到液面時(shí)會(huì)發(fā)生全反射[15]，入射波和反射波的方向相反、速度和振幅相同，兩列波疊加會(huì)形成駐波(視覺上波形未向前傳遞謂之駐)[14，16]。駐波的波腹處振幅最大，空化效應(yīng)最強(qiáng)烈，駐波的波節(jié)處振幅為0，不發(fā)生空化效應(yīng)，波腹和波節(jié)交替排列[7]，相鄰波腹和波節(jié)的距離為λ/4。超聲頻率和液面高度不變時(shí)，駐波的形態(tài)不會(huì)發(fā)生改變，每個(gè)波節(jié)處因?yàn)闆]有空化效應(yīng)而成為清洗盲區(qū)，使處在這些位置的器械得不到有效清洗，這是使用超聲清洗機(jī)時(shí)不得不考慮的問題[14，17]。

3.2清洗籃筐升降法可以改善超聲清洗空化效應(yīng)的分布情況 本研究中，實(shí)驗(yàn)組鋁箔腐蝕面積的百分比大于對(duì)照組，而且鋁箔腐蝕分布較對(duì)照組更加均勻，表明清洗籃筐升降法可以增加超聲清洗時(shí)發(fā)生空化效應(yīng)的區(qū)域，同時(shí)可以使發(fā)生空化效應(yīng)的區(qū)域分布更加均勻。駐波中相鄰波腹和波節(jié)的距離是λ/4，清洗籃筐升降法使被清洗器械的擺放高度變化λ/4，可以讓器械擺放高度所對(duì)應(yīng)的波腹和波節(jié)位置互換，使開始處在波節(jié)處沒有得到清洗的物品移動(dòng)到鄰近波腹位置，從而得到有效清洗。本研究中，實(shí)驗(yàn)組在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)升降裝置處在最高位置，實(shí)驗(yàn)中再降低到低位，這是考慮了CSSD實(shí)際工作中的情況，如果清洗開始時(shí)升降裝置(待清洗物品)處在最低位置，清洗過程中升降裝置的升高可能導(dǎo)致待清洗物品露出水面而得不到清洗，本研究采用先升高再降低的方法則會(huì)避免該問題的發(fā)生。

3.3清洗籃筐升降法較其他清洗法的優(yōu)勢(shì) 掃頻、主動(dòng)變液面法、雙頻、多頻、改變水槽形狀和改變換能器布陣形式等多種方法可以減少駐波造成的清洗盲區(qū)，但這些方法也存在一些缺陷。掃頻超聲的頻率變化一般是±0.1～0.5 kHz[8]，波長(zhǎng)的變化不明顯，引起的波腹和波節(jié)位置改變很小，對(duì)減少清洗盲區(qū)的作用有限。主動(dòng)變液面法需要排水[9]，如果水直接排放，下個(gè)清洗循環(huán)需要加水和清洗劑，這樣會(huì)造成能源浪費(fèi)，如果排出的水暫存后下個(gè)清洗循環(huán)再次注入清洗水槽，則需要增加輸水管和儲(chǔ)水設(shè)施，這樣會(huì)增加其自身的清潔難度，而且清洗水槽容積越大，主動(dòng)變液面法的排水量就越大、排水時(shí)間就越長(zhǎng)，大大降低了該方法的普及性。雙頻、多頻、改變水槽形狀和改變換能器布陣形式方法需要生產(chǎn)廠商進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和調(diào)試，CSSD難以獨(dú)立采用此類方法。清洗籃筐升降法是通過升降清洗籃筐來帶動(dòng)被清洗器械的位置改變，不需要排水；升降裝置與清洗溶液和醫(yī)療器械完全隔開，不會(huì)污染清洗溶液和器械；升降裝置的升降高度只與超聲清洗機(jī)的頻率有關(guān)，與清洗水槽的容積無關(guān)，故該方法可以適用于任何水槽容積的超聲清洗機(jī)；針對(duì)超聲清洗機(jī)不同的頻率，只需要調(diào)節(jié)升降高度(即動(dòng)力源注射器活塞的運(yùn)動(dòng)距離)，超聲頻率越高波長(zhǎng)越短，CSSD最低的超聲清洗機(jī)頻率是28 kHz，其λ/4=1.34 cm，所以升降裝置最大高度為1.34 cm，使得每次升降的做功較少，時(shí)間較短?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，可以認(rèn)為清洗籃筐升降法是CSSD容易實(shí)現(xiàn)的、效果明顯的用于改善超聲清洗空化效應(yīng)分布的方法。

4 小結(jié)

超聲清洗是CSSD器械再處理過程中重要的步驟，超聲駐波造成的清洗盲區(qū)是CSSD不得不重視的問題，清洗籃筐升降法可以增加發(fā)生空化效應(yīng)的區(qū)域，使空化效應(yīng)分布更加均勻，消除清洗盲區(qū)，同時(shí)避免因空化效應(yīng)集中導(dǎo)致的器械損壞，從而達(dá)到提高清洗質(zhì)量、維護(hù)器械功能、確保醫(yī)療安全、維護(hù)患者健康的目的。本研究?jī)H為實(shí)驗(yàn)研究，今后需要對(duì)醫(yī)療器械進(jìn)行清洗，以驗(yàn)證實(shí)際效果；使用注射器為主體的液壓升降裝置的耐用性較差，后續(xù)計(jì)劃與相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)廠商共同優(yōu)化液壓升降裝置的材質(zhì)、外形和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，提高該裝置的耐用性、實(shí)用性和便捷性，以便其在超聲清洗領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。