耿向南，彭澎，許翔，劉亞文

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 臨床工程處，江蘇 南京 210029

引言

電子內(nèi)窺鏡是臨床檢查、診斷、治療的主要設(shè)備，結(jié)構(gòu)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(yī)護(hù)人員不斷研究的課題[3-5]。在臨床使用統(tǒng)計中，多數(shù)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(yǎng)引起的。因此，內(nèi)窺鏡的正確操作和日常維護(hù)都至關(guān)重要[6-7]。

內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)是與外界密封絕緣的，外界的水氣不允許進(jìn)入鏡體內(nèi)部，一旦內(nèi)鏡密閉腔體發(fā)生破損，診療時人體腔內(nèi)的分泌物、粘液，或者清洗消毒時液體進(jìn)入鏡子內(nèi)部，則會腐蝕內(nèi)鏡結(jié)構(gòu)，造成角度鋼絲腐蝕、易斷，角度活動受限，導(dǎo)光束變硬變脆，更嚴(yán)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(yī)院不僅需要承擔(dān)高額的維修費用，同時也降低了內(nèi)鏡的使用率及使用壽命[8-10]。

現(xiàn)今使用內(nèi)鏡進(jìn)行診療及手術(shù)非常普遍。許多醫(yī)院由于病人量過大，內(nèi)窺鏡數(shù)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(nèi)鏡的使用風(fēng)險及故障率。據(jù)調(diào)查，我院內(nèi)窺鏡測漏工作與規(guī)程所要求的每次清洗消毒前都必須測漏相距甚遠(yuǎn)，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(nèi)鏡中注氣，浸泡在水中觀察內(nèi)鏡氣泡，并且要轉(zhuǎn)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(yīng)的監(jiān)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(shè)計的自動測漏器能夠較好地對內(nèi)鏡進(jìn)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(zhuǎn)動。本文旨在設(shè)計一款全自動的內(nèi)鏡自動測漏裝置，整個測漏過程嚴(yán)格按照規(guī)程。該測漏器不僅可以在鏡子直角度下進(jìn)行測漏，也可以根據(jù)測漏規(guī)程利用設(shè)計的抓手自動轉(zhuǎn)動角度旋鈕，測漏過程更加符合規(guī)范，結(jié)果更加準(zhǔn)確。

1 系統(tǒng)設(shè)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(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)分為鏡身外部層和內(nèi)部組件結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(xiàn)象。這兩種方法都可以較為直觀準(zhǔn)確地判斷出內(nèi)鏡是否有漏點。

根據(jù)規(guī)程，不管是氣壓測漏法還是浸泡測漏法，都需要人工轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動角度旋鈕，這也是本文設(shè)計的重點。

1.2 硬件設(shè)計

測漏器由幾部分組成：MCU及其外設(shè)、氣泵、氣壓傳感器、角度旋鈕手、外接電源。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，見圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

MCU采用MSP430F149，MSP430F149是TI公司設(shè)計生產(chǎn)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(nèi)比較器等特點，自帶A/D變換，因此在進(jìn)行壓力檢測時不需要額外增加A/D電路，被廣泛用于醫(yī)療設(shè)備設(shè)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(guān)系為UOUT=S×(0.018×P+0.04)，P為檢測氣壓值，單位為kPa。內(nèi)鏡測漏的氣壓在24 kPa左右，其壓力值在傳感器線性范圍內(nèi)，當(dāng)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(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，不需要增加放大電路。

電子內(nèi)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(nèi)鏡操作者分別通過控制這兩個旋鈕旋轉(zhuǎn)，通過內(nèi)鏡角度鋼絲控制內(nèi)鏡先端部的彎曲。旋鈕的設(shè)計根據(jù)人體工程學(xué)設(shè)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(jìn)電機及減速器提供旋轉(zhuǎn)動力。本文根據(jù)內(nèi)鏡旋鈕的工程學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)實現(xiàn)[15-16]。角度旋鈕抓手，見圖3。左右角度旋鈕抓手設(shè)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(shè)計則可與上下角度旋鈕齒配合，在電機的帶動下，一起進(jìn)行轉(zhuǎn)動?？紤]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(shè)計的抓手正轉(zhuǎn)時同時打右下角度，反轉(zhuǎn)時同時打左上角度。各保持30 s進(jìn)行測漏，在滿足拉開彎曲橡皮、露出微小破口的同時也節(jié)約了時間。根據(jù)不同內(nèi)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(nèi)鏡不會因角度旋鈕受力過大而損壞。

圖2 內(nèi)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(nèi)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(nèi)部活動，抓手可以根據(jù)角度旋鈕的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，彈簧起到緊固調(diào)節(jié)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(nèi)鏡測漏連接器（型號：MB-155），連接測漏器和內(nèi)鏡，按下開始按鈕后，MCU驅(qū)動氣泵向內(nèi)鏡充氣。在壓力達(dá)到預(yù)設(shè)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(yù)設(shè)壓差，則認(rèn)定在直角度情況下未檢測出內(nèi)鏡漏氣。然后MCU驅(qū)動電機帶動抓手正轉(zhuǎn)打角度，對應(yīng)同時向左，向上打角度，打到預(yù)設(shè)角度后，電機停止并等待30 s，測定壓差，如果壓差小于設(shè)定，再進(jìn)行正轉(zhuǎn)打角度，如果3次檢測均小于設(shè)定壓差，那么認(rèn)定內(nèi)鏡測漏通過。如果有任意一次檢測壓力差大于預(yù)設(shè)值，則認(rèn)為內(nèi)鏡有漏氣，需要進(jìn)一步判斷漏氣點。工作流程圖，見圖5。

圖5 系統(tǒng)流程圖

2 結(jié)果

對我院消化內(nèi)鏡中心的奧林巴斯電子胃鏡、電子腸鏡進(jìn)行檢測，與浸泡測漏法進(jìn)行對比，測漏結(jié)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(fā)現(xiàn)內(nèi)鏡存在很微小的漏點，在水中產(chǎn)生的氣泡量很小。故在使用本文設(shè)計的測漏器時，在全程90 s的測漏過程中，氣壓的下降未達(dá)到所設(shè)置的閾值。當(dāng)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(shè)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(jié)果對比表，見表1。

表1 測漏結(jié)果對比表

3 結(jié)論

該測漏器可以準(zhǔn)確快速對內(nèi)鏡漏氣情況進(jìn)行檢測，無須人員干預(yù)，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(nèi)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(xiàn)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(jìn)行其它內(nèi)鏡的清洗消毒工作，在不影響工作效率的同時對內(nèi)鏡的測漏有一個直觀的結(jié)果。減少了內(nèi)鏡由于漏水未被及時發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致大修的可能性，節(jié)省了科室維修經(jīng)費的同時也延長了內(nèi)鏡的使用壽命，提高科室的經(jīng)濟(jì)效益，也能夠更好的為患者服務(wù)。