全自動電子內窺鏡測漏器的設計

耿向南，彭澎，許翔，劉亞文

南京醫科大學第一附屬醫院 臨床工程處，江蘇 南京 210029

引言

電子內窺鏡是臨床檢查、診斷、治療的主要設備，結構精密，造價昂貴[1-2]。盡可能的延長其使用壽命，減少故障率則是臨床工程師及醫護人員不斷研究的課題[3-5]。在臨床使用統計中，多數故障都是由于不正確的操作、未按流程的清洗消毒或者不到位的保養引起的。因此，內窺鏡的正確操作和日常維護都至關重要[6-7]。

內窺鏡結構是與外界密封絕緣的，外界的水氣不允許進入鏡體內部，一旦內鏡密閉腔體發生破損，診療時人體腔內的分泌物、粘液，或者清洗消毒時液體進入鏡子內部，則會腐蝕內鏡結構，造成角度鋼絲腐蝕、易斷，角度活動受限，導光束變硬變脆，更嚴重時有可能造成電荷耦合器件（CCD）燒壞。鏡體組件大修更換，醫院不僅需要承擔高額的維修費用，同時也降低了內鏡的使用率及使用壽命[8-10]。

現今使用內鏡進行診療及手術非常普遍。許多醫院由于病人量過大，內窺鏡數量配比率較低，同時清洗消毒人員配備不夠，漏水測試則是最容易被忽略的步驟。雖然減少了漏水測試的步驟從表面上減少了清洗消毒的時間，但是卻大大增加了內鏡的使用風險及故障率。據調查，我院內窺鏡測漏工作與規程所要求的每次清洗消毒前都必須測漏相距甚遠，主要原因在于測漏時間耗時較長。我院使用浸泡測漏法，利用氣泵向內鏡中注氣，浸泡在水中觀察內鏡氣泡，并且要轉動角度旋鈕，在水中每個角度打彎靜止30 s觀察漏水情況。該過程需要清洗消毒人員全程觀察氣泡漏氣情況，而且檢出陽性率較低，讓清洗消毒人員覺得是在做“無用功”。同時缺乏相應的監管機制，所以測漏這一工作并未能夠做到盡善盡美[11]。

黃建勛等[12]設計的自動測漏器能夠較好地對內鏡進行測漏工作，正確率高。但不足之處在于角度旋鈕仍需要人工轉動。本文旨在設計一款全自動的內鏡自動測漏裝置，整個測漏過程嚴格按照規程。該測漏器不僅可以在鏡子直角度下進行測漏，也可以根據測漏規程利用設計的抓手自動轉動角度旋鈕，測漏過程更加符合規范，結果更加準確。

1 系統設計

1.1 測漏原理

常用的測漏法有氣壓測漏法（干測漏）和浸泡測漏法。電子內窺鏡結構分為鏡身外部層和內部組件結構，兩者之間有一密閉腔，測漏就是往這一密閉腔中注入空氣。氣壓測漏法通過檢測氣壓，觀察氣壓的變化情況判斷是否有泄漏。浸泡法則是把內鏡浸泡在水中，觀察是否有氣泡冒出從而判斷是否有漏水現象。這兩種方法都可以較為直觀準確地判斷出內鏡是否有漏點。

根據規程，不管是氣壓測漏法還是浸泡測漏法，都需要人工轉動角度旋鈕，而自動測漏就是需要在沒有人工介入的情況下自動轉動角度旋鈕，這也是本文設計的重點。

1.2 硬件設計

測漏器由幾部分組成：MCU及其外設、氣泵、氣壓傳感器、角度旋鈕手、外接電源。系統硬件結構圖，見圖1。

圖1 系統硬件結構圖

MCU采用MSP430F149，MSP430F149是TI公司設計生產的一款超低功耗的16位單片機，具有低電壓、超低功耗、快速蘇醒、具有片內比較器等特點，自帶A/D變換，因此在進行壓力檢測時不需要額外增加A/D電路，被廣泛用于醫療設備設計中[13-14]。氣壓傳感器選擇MP3V5050，該傳感器工作范圍為0～50 kPa。氣壓值與輸出電壓關系為UOUT=S×(0.018×P+0.04)，P為檢測氣壓值，單位為kPa。內鏡測漏的氣壓在24 kPa左右，其壓力值在傳感器線性范圍內，當工作壓力24 kPa時，氣壓傳感器的輸出為1 V左右，可以直接進行A/D轉換，不需要增加放大電路。

電子內窺鏡的角度旋鈕一般由兩部分組成。以奧林巴斯電子胃鏡GIF-260為例（圖2），角度旋鈕由上下角度旋鈕（U、D）及左右角度旋鈕（L、R）組成。內鏡操作者分別通過控制這兩個旋鈕旋轉，通過內鏡角度鋼絲控制內鏡先端部的彎曲。旋鈕的設計根據人體工程學設計，左右角度旋鈕由5個齒組成，上下角度旋鈕則位于上下角度旋鈕下方，由6個齒組成。

角度旋鈕抓手由左右角度旋鈕抓手、上下角度旋鈕抓手組成，利用步進電機及減速器提供旋轉動力。本文根據內鏡旋鈕的工程學結構設計旋鈕抓手，可同時鎖定上下角度旋鈕及左右角度旋鈕，利用3D打印技術實現[15-16]。角度旋鈕抓手，見圖3。左右角度旋鈕抓手設有凸臺，在與左右角度旋鈕配合時可卡在其凹槽中，上下角度抓手“門”字型的設計則可與上下角度旋鈕齒配合，在電機的帶動下，一起進行轉動。考慮到左右、上下角度分開操作一方面費時，另一方面也需要更多的部件。所以設計的抓手正轉時同時打右下角度，反轉時同時打左上角度。各保持30 s進行測漏，在滿足拉開彎曲橡皮、露出微小破口的同時也節約了時間。根據不同內鏡所能彎曲的角度的最大值，將角度值限制在一個安全范圍，檢出彎曲橡皮上微小破損口的同時也能保障內鏡不會因角度旋鈕受力過大而損壞。

圖2 內窺鏡角度旋鈕

圖3 角度旋鈕抓手

上下角度旋鈕抓手的分解圖，見圖4。由抓手兩個部分、連桿、彈簧及彈簧堵頭組成。連桿與抓手部分1固定連接，連桿右端有外螺紋攻絲，彈簧堵頭內螺紋攻絲，兩者通過螺紋連接。抓手部分2中A孔的直徑略大于連桿直徑，小于彈簧直徑，而彈簧堵頭及彈簧的直徑小于B孔直徑，因此彈簧在抓手部分2中的管腔內部活動，抓手可以根據角度旋鈕的大小進行調節，彈簧起到緊固調節的作用。

圖4 角度旋鈕抓手分解圖

1.3 工作流程

使用奧林巴斯專用的內鏡測漏連接器（型號：MB-155），連接測漏器和內鏡，按下開始按鈕后，MCU驅動氣泵向內鏡充氣。在壓力達到預設值后（24 kPa），氣泵停止，MCU檢測氣壓值，等待30 s后，如果壓力下降值小于預設壓差，則認定在直角度情況下未檢測出內鏡漏氣。然后MCU驅動電機帶動抓手正轉打角度，對應同時向左，向上打角度，打到預設角度后，電機停止并等待30 s，測定壓差，如果壓差小于設定，再進行正轉打角度，如果3次檢測均小于設定壓差，那么認定內鏡測漏通過。如果有任意一次檢測壓力差大于預設值，則認為內鏡有漏氣，需要進一步判斷漏氣點。工作流程圖，見圖5。

圖5 系統流程圖

2 結果

對我院消化內鏡中心的奧林巴斯電子胃鏡、電子腸鏡進行檢測，與浸泡測漏法進行對比，測漏結果為陰性的均保持一致。但在檢測GIF-260Z（放大電子胃鏡）存在一例假陰性。在氣泡法測漏中發現內鏡存在很微小的漏點，在水中產生的氣泡量很小。故在使用本文設計的測漏器時，在全程90 s的測漏過程中，氣壓的下降未達到所設置的閾值。當把測漏過程每個周期時間延長至2 min（全程測漏6 min）時則可檢出陽性。故本文設計的測漏器在提高檢測速度的同時也會一定程度地影響正確率，這需要在不斷的臨床試驗中選出最合適的閾值及檢測時間。測漏結果對比表，見表1。

表1 測漏結果對比表

3 結論

該測漏器可以準確快速對內鏡漏氣情況進行檢測，無須人員干預，極大簡化了清洗消毒人員的工作量。角度旋鈕抓手也能夠較好的匹配不同型號的內鏡。清洗消毒人員只需要連接好管路，并將抓手固定在操作旋鈕上，即可實現一鍵測漏。相比于浸泡測漏法更加令清洗消毒人員接受，在測漏的同時也可以進行其它內鏡的清洗消毒工作，在不影響工作效率的同時對內鏡的測漏有一個直觀的結果。減少了內鏡由于漏水未被及時發現而導致大修的可能性，節省了科室維修經費的同時也延長了內鏡的使用壽命，提高科室的經濟效益，也能夠更好的為患者服務。