氣腹機(jī)檢測校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)

摘要：氣腹機(jī)在臨床醫(yī)療中起著重要的作用，但不穩(wěn)定的氣腹壓力和流量可能影響手術(shù)或檢查效果，并對(duì)患者的健康造成風(fēng)險(xiǎn)。因此，定期對(duì)氣腹機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)是十分重要的。本文設(shè)計(jì)了一款氣腹機(jī)檢測校準(zhǔn)裝置，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測氣腹內(nèi)的氣體壓力和流量，并對(duì)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有操作簡單便捷、檢測精度高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：氣腹機(jī)；氣壓；計(jì)量檢測；校準(zhǔn)裝置

中圖分類號(hào)：R197.39文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.080

基金項(xiàng)目：江蘇省市場監(jiān)管局科技計(jì)劃項(xiàng)目（KJ2024069）。

0引言

在使用腹腔鏡等醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行手術(shù)或檢查時(shí)，為了得到清晰的視野，通常使用氣腹機(jī)進(jìn)行輔助。氣腹機(jī)可以向腹腔內(nèi)充入CO2，使腹腔膜與各器官組織脫離前腹壁，從而提供充足的空間，以確保手術(shù)或檢查順利進(jìn)行。然而，氣腹機(jī)在使用過程中需要精準(zhǔn)控制氣腹空間壓力。不穩(wěn)定的氣腹空間壓力會(huì)嚴(yán)重干擾醫(yī)護(hù)人員的各項(xiàng)操作，從而影響手術(shù)或檢查效果。氣腹機(jī)輸入的氣體流量也需要嚴(yán)格控制。大量CO2突然充入人體內(nèi)，會(huì)對(duì)患者的呼吸、血液流動(dòng)、胃腸活動(dòng)等產(chǎn)生不同程度的影響，甚至威脅患者的生命安全。因此，氣腹機(jī)的充氣氣壓和流量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

本文根據(jù)現(xiàn)行國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF 1892—2021《氣腹機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》，設(shè)計(jì)了一款能夠滿足現(xiàn)場檢測需求的便攜式氣腹機(jī)檢測校準(zhǔn)裝置。該裝置能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測模擬氣腹內(nèi)的氣體壓力和氣體流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣腹機(jī)的氣壓設(shè)置值誤差、氣壓顯示值誤差、過壓報(bào)警氣壓差、流量設(shè)置值誤差、流量顯示值誤差等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行檢測校準(zhǔn)，防止因氣腹機(jī)超期服役或故障帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

1校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的新型氣腹機(jī)檢測校準(zhǔn)裝置的氣壓測量上限≥5.5 kPa（42 mmHg），最大允許誤差為±66.6 Pa（±0.5 mmHg）；流量測量范圍為0～100 L/min，最大允許誤差為±0.5 L/min（≤10 L/min）或讀數(shù)的±3%（> 10 L/min）；模擬腹腔的充氣比例系數(shù)為1.88 mL/Pa（0.25 L/mmHg），允許偏差為±20%；未充氣前初始體積和初始?xì)鈮壕鶠?。氣腹機(jī)檢測校準(zhǔn)裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)，主體包括壓力傳感器模塊、流量傳感器模塊、模擬氣腹模塊、蠕動(dòng)泵模塊、真空泵模塊和電磁閥模塊等組件。其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該氣腹機(jī)校準(zhǔn)裝置的主體結(jié)構(gòu)和模塊完全放置在外箱框內(nèi)，外箱框安裝在固定底板上。裝置通過模擬氣腹模塊建立模擬腹腔，通過蠕動(dòng)泵模塊和電磁閥模塊控制模擬腹腔內(nèi)的水流流量，通過真空泵模塊控制模擬腹腔內(nèi)的氣壓，通過壓力傳感器模塊和流量傳感器模塊采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)。主控制板總體控制各個(gè)模塊，并對(duì)壓力傳感器和流量傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，最終通過顯示屏實(shí)現(xiàn)顯示和交互。該校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，收起時(shí)可以直接使用把手提起移動(dòng)，適合對(duì)醫(yī)院實(shí)際應(yīng)用的氣腹機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。

模擬氣腹模塊包括兩個(gè)水箱。第一水箱的容積大于第二水箱的容積。校準(zhǔn)時(shí)，在模擬氣腹模塊中建立標(biāo)準(zhǔn)氣腹，通過檢測標(biāo)準(zhǔn)氣腹的波動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣腹機(jī)的檢測校準(zhǔn)。水箱中設(shè)有液位傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測箱內(nèi)水位高度，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至主控制板。主控制板根據(jù)液位情況向蠕動(dòng)泵發(fā)出控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保持模擬氣腹平穩(wěn)運(yùn)行。

蠕動(dòng)泵模塊通過抽放水的過程控制模擬氣腹中的水量。該模塊的運(yùn)轉(zhuǎn)由步進(jìn)電機(jī)控制，通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以控制水流的大小和方向。通過調(diào)節(jié)模擬腹腔內(nèi)的水量來改變內(nèi)部容積，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)空間內(nèi)壓力的控制。當(dāng)向模擬腹腔內(nèi)注水或抽水時(shí)，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)部壓力數(shù)據(jù)。一旦壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值，程序?qū)⒆詣?dòng)停止蠕動(dòng)泵的工作，從而通過調(diào)節(jié)容積來控制內(nèi)部壓力。

電磁閥模塊主要用于在水箱注滿水時(shí)及時(shí)關(guān)閉進(jìn)水口，以防止停止注水時(shí)發(fā)生回流。電磁閥流通口采用不銹鋼材質(zhì)制成，以防止長時(shí)間灌水導(dǎo)致進(jìn)水口銹蝕。在建立氣腹時(shí)，首先啟動(dòng)校準(zhǔn)裝置，并對(duì)第一水箱進(jìn)行注水，當(dāng)?shù)谝凰渥M水后，主控制板控制電磁閥關(guān)閉進(jìn)水口。然后啟動(dòng)蠕動(dòng)泵從第一水箱中抽水至第二水箱，當(dāng)液位傳感器檢測到第二水箱的水注滿后，主控制板控制蠕動(dòng)泵停止。最后，啟動(dòng)氣腹機(jī)并將其連接至水箱，即完成模擬腹腔的建立。

真空泵模塊控制進(jìn)入模擬氣腹單元的中的氣體量，可以在模擬腹腔中產(chǎn)生過壓，從而觸發(fā)待校準(zhǔn)氣腹機(jī)的過壓報(bào)警功能。在建立氣腹后，通過真空泵逐漸增加模擬腹腔內(nèi)的氣壓，直到聽到待校準(zhǔn)的氣腹機(jī)發(fā)出過壓報(bào)警。此時(shí)，主控制板會(huì)記錄壓力傳感器所測量的模擬腹腔內(nèi)壓力值，該值即為實(shí)際的過壓報(bào)警氣壓值。

壓力傳感器模塊用于精確測定模擬腹腔內(nèi)的實(shí)時(shí)氣壓。在設(shè)計(jì)上，該模塊采用了一個(gè)高精度的壓力測量傳感器，該傳感器通過直通氣管與模擬腹腔相連。在氣腹保持過程中，壓力傳感器可以測量模擬腹腔中的實(shí)際氣壓值。同時(shí)，微處理器可以讀取待校氣腹機(jī)的氣壓顯示值，結(jié)合傳感器的回傳數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣壓設(shè)置值誤差、氣壓顯示值誤差、過壓報(bào)警氣壓差等計(jì)量參數(shù)的檢測校準(zhǔn)。

流量傳感器模塊用于精確測定模擬腹腔內(nèi)的實(shí)時(shí)氣體流量。使用連接管路將氣腹管與流量測量模塊連接，在待校氣腹機(jī)運(yùn)行過程中，流量傳感器測量實(shí)際氣體流量，并將數(shù)據(jù)傳輸至主控制板。結(jié)合氣腹機(jī)的流量設(shè)定值，就可以在主控制板分析計(jì)算出流量設(shè)置值誤差和流量顯示值誤差。

主控制板是氣腹機(jī)校準(zhǔn)裝置的核心組件，主要負(fù)責(zé)運(yùn)算與數(shù)據(jù)分析，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。它采用插值算法和限幅濾波法等技術(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算所檢測的數(shù)據(jù)，并通過顯示屏進(jìn)行顯示。這種方法可以有效減少人工計(jì)算帶來的誤差，同時(shí)也降低了工作成本。主控制板在完成數(shù)據(jù)計(jì)算后，通過上位機(jī)軟件將結(jié)果輸出到顯示器上，進(jìn)一步提高了校準(zhǔn)過程的效率和準(zhǔn)確性。

2校準(zhǔn)裝置使用方法

根據(jù)JJF 1892—2021《氣腹機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，需要使用校準(zhǔn)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)的技術(shù)參數(shù)包括氣壓設(shè)置值誤差、氣壓顯示值誤差、過壓報(bào)警氣壓差、流量設(shè)置值誤差、流量顯示值誤差等。在啟動(dòng)氣腹機(jī)前，需要先啟動(dòng)校準(zhǔn)裝置，并使用蠕動(dòng)泵對(duì)水箱進(jìn)行注水。注水完成后將校準(zhǔn)裝置與氣腹機(jī)連接，然后啟動(dòng)氣腹機(jī)。此時(shí)，模擬腹腔內(nèi)的體積和氣壓均為0，達(dá)到校準(zhǔn)狀態(tài)，后續(xù)的校準(zhǔn)過程均基于該校準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行。

在模擬腹腔建立后，蠕動(dòng)泵的注水、抽水過程和氣腹機(jī)的氣體注入過程都會(huì)影響模擬腹腔內(nèi)的壓力。為了保證設(shè)備的檢測準(zhǔn)確性，在單個(gè)計(jì)量參數(shù)的測試過程中，蠕動(dòng)泵將停止工作，即測試同一組參數(shù)時(shí)模擬腹腔內(nèi)的體積會(huì)保持不變，內(nèi)部壓力由待校氣腹機(jī)進(jìn)行控制，而校準(zhǔn)裝置只對(duì)內(nèi)部壓力進(jìn)行監(jiān)控。通過這一設(shè)計(jì)，可有效避免氣腹機(jī)和蠕動(dòng)泵同時(shí)調(diào)節(jié)模擬腹腔內(nèi)氣壓的情況，從而簡化了充氣比例系數(shù)的計(jì)算過程，提高了檢測效率。

3結(jié)束語

該裝置能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測氣腹內(nèi)的氣體壓力和氣體流量，對(duì)氣腹機(jī)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行檢測校準(zhǔn)，保證氣腹機(jī)的安全運(yùn)行。另外，裝置通過模塊化結(jié)構(gòu)組裝，具有檢測精度高、操作便捷、智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于氣腹機(jī)現(xiàn)場計(jì)量校準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張志勇，吳金波，姜紅軍.醫(yī)用CO2氣腹機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與故障維修[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2020，17（7）：200-201.

[2]薛乾.基于PID控制的恒壓氣腹機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2019.

[3]劉海防.婦科腹腔鏡手術(shù)實(shí)踐及CO2氣腹對(duì)機(jī)體影響的臨床和基礎(chǔ)研究[D].上海：第二軍醫(yī)大學(xué)，2009.

[4]氣腹機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范：JJF 1892—2021[S].

[5]吳思圻，洪寶玉，胡志雄，等.氣腹機(jī)計(jì)量檢測裝置[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，2023，44（9）：1473-1478.

[6]任智強(qiáng)，黃榮杰，王劍峰.一種氣腹機(jī)校準(zhǔn)裝置：CN219763421U[P].2023-09-29.

[7]王晨希，劉艷珍，王權(quán)，等.氣腹機(jī)性能檢測試驗(yàn)裝置的研究[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2014，29（8）：112-114.

作者簡介

黃耀森，男，1977年出生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)計(jì)量。

（編輯：李加鵬，收稿日期：2024-04-17）