便携式负压校准装置的研制*

刘晓雯 葛 毅 张玉霞

便携式负压校准装置的研制*

刘晓雯①葛 毅①张玉霞②*

目的：通过负压校准装置的实现方法和结构设计，研制一种便携式负压校准装置。方法：利用负压传感器和气体流量传感器的工作原理，实现负压吸引器的压力与流量的校准功能及其稳定性的监测功能。结果：从设计理念出发，研制的便携式负压校准装置能满足负压吸引器质量控制检测工作的基本需求。结论：在医院临床急救和野战应急使用时能够保障负压吸引器的准确性和高效性，避免吸引器因负压失准导致的医源性损伤事故。

负压校准器；医学计量测试；便携式

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

负压吸引器常用于各医院科室对急、危重患者的抢救，是解决患者咽喉部分泌物滞留、改善通气功能，提高血氧饱和度、减轻患者痛苦的重要手段，是手术室的常用医疗设备。近年来，因医用负压吸引力不准确所导致的医源性损伤越来越受到重视，为此，研制一种便携式负压校准装置，以满足便携式设备小型化、便于携带的要求，同时可满足野战医疗救治时快速地进行负压校准检测，以保证输出负压的准确性，有效避免因负压失准引起的医源性损伤。

1 便携式负压校准装置研制意义

医院若在负压吸引器的负压计量测试环节上略有忽视，将未经检测且失去原有准确度的负压吸引器在临床中使用时，会因压力失准而未能及时吸出患者咽喉处的分泌物，严重时可能威胁到患者生命。因此，检测负压吸引器工作参数的准确性以及分析其工作的稳定性至关重要。准确的负压吸引器工作参数可在很大程度上避免由于负压吸引器自身的原因所导致的医源性损伤，同时也为有关负压吸引器的临床研究提供标准有效的研究辅助工具[1-2]。

2 便携式负压校准装置设计

2.1 负压校准装置工作原理

负压即所说的真空度，正常环境为常压，低于常压的气体压力状态称为负压[3]。负压吸引器的负压调节结构简单，由调压器、集液瓶及软管等组成。集液瓶上有两个软管接口，一个接负压终端，一个接入腔体。当负压终端接通时集液瓶内将产生空气负压，该负压将引导体内液体污物从另一个软管流入集液瓶内。野战医疗所常用的是简易负压吸引器，尤其是在野战环境下，由于输出负压的准确性和稳定性均较差，操作人员难以精确把握其负压输出值。当负压过大时导致损伤气管黏膜加重呼吸道感染；而负压过低时其负压吸引器的吸力不够，则不能达到清理呼吸道的目的[4]。气管内吸痰是一种侵入性操作，可能引起肺泡萎缩，肺容量减小，顺应性降低，吸痰负压越大、时间越长，对气体交换和呼吸力学的影响越明显，患者容易发生低血氧症[5]。

2.2 负压校准装置设计思路

负压吸引器结构简单，许多单位在其发生故障后均自行修理，修理完成后简单测试有无负压则直接返回临床使用，而尚未进行示值准确性和工作稳定性的测试，导致许多负压吸引器由于压力不准确或不稳定而引起严重操作伤发生[6]。本研究通过研制精度和稳定性均高于负压吸引器自身真力表和流量表的检测装置，用来检测负压吸引器工作参数的准确性。按照相关检定规程“标准器基本误差绝对值不应超过被检负压表的基本误差绝对值，不应超过被检负压表基本误差绝对值的1/3”的要求，即负压标准校准装置应高于被检表的3倍，对精度等级进行选择，并通过连续采样分析和波形显示分析负压吸引器工作的稳定性。

3 便携式负压校准装置的结构与功能

3.1 负压校准装置的结构

将负压吸引器输出端口通过三通阀连接校准装置，在运作状态下负压气体通过压力和(或)电信号转换模块、流量和(或)电信号转换模块，经过滤波、放大及比较电路等功能实现将流量与压力等测试数据由模拟信号换算成数字信号显示于校准装置上。流量值和压力值经过波形显示电路将其波形显示于校准装置上，可实现监测其负压输出的稳定性，其电路设计思路如图1所示。

图1 负压校准装置电路模块框图

本研究负压校准装置由精度压力传感器、高精度流量传感器、负压调节阀、示波器、储气罐以及真空泵等部件组成，其外部硬件展示如2图所示[7]。

图2 负压校准装置硬件展示图

3.2 负压校准装置的功能

3.2.1 检测压力-电信号转换模块

针对负压吸引器的工作负压值范围(0～0.1 MPa)和调节精度(0.005 MPa)，选择高于负压吸引器调节精度和工作范围覆盖负压吸引器工作负压值范围的负压传感器，将负压吸引器产生的负压转换为电信号，并设计电路对传感器转换信号进行滤波、放大、采样和模数转换[8-9]。

压力信号转换为电信号的原理是：从压力传感器出来的电信号与其测量的压力量程是一个线性的关系[10-11]。如传感器输出的电压信号为0～10 V，测量范围是0～1 MPa；即0～1 MPa的压力变化对应0～10 V的电压信号，其数字负压传感器如图3所示。

图3 数字负压传感器示意图

3.2.2 检测流量-电信号转换模块

针对负压吸引器选择高精度和工作范围合适的流量传感器(测量流速范围应覆盖10～60 L/min)，将负压吸引器产生的流量转换为电信号，并设计电路对传感器转换信号进行滤波、放大、采样和模数转换[12]。当气体经过流量传感器时，其检测的微弱电信号经过电路处理，即可输出与流速成正比的标准信号，从而测得流量的大小，将测试得到的流量值与标准气体的流量值进行比对，可判断所得误差是否在正常范围内[13-14]。气体流量计如图4所示。

图4 气体流量计示意图

3.2.3 建立标准压力-电压对应表和流量-电压对应表

通过标准压力和流量测试负压转换模块和流量转换模块，得出测试范围内的负压值与流量值各自与转换电信号之间的对应关系，同时分析其稳定性和精度分辨率，如果未达到设计参数要求则重复检查转换模块设计电路，直至达到设计参数要求为止，并将两种标准对应表存入寄存器。

3.2.4 比较电路模块

设计对比电路，将输入端产生的转换信号与寄存器标准值逐一对比，对照标准对应表产生测量值。此环节，在将转换信号与寄存器标准值逐一对比时，应选择合适的算法，尽可能缩短比对时间。

3.2.5 设计采样、存储和显示部件

除显示测得负压值和流量外，对测量值采样、存储，同时显示波形，判断负压吸引器工作的稳定性。

4 结语

有研究表明，此类负压校准装置可用于负压吸引器的校准与检测，其精度高，满足便携式设备小型化、便于携带的要求，同时满足野战时快速进行负压校准检测，以保证输出负压的准确性。该装置不仅能测量负压吸引器的压力值和流量值，而且还能对负压吸引器压力和流量值连续采样，判断其运行的稳定性，能够有效避免因负压失准引起的医源性损伤[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

刘晓雯,女,(1986- ),本科学历，助理工程师。上海长征医院仪器设备科，从事医疗设备计量与质量控制检测与管理工作。

1672-8270(2015)06-0019-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.06.006

2014-10-20

军事医学计量科研专项课题(2012-JL1-019)“一种便携式负压校准器的研制”

①上海长征医院仪器设备科 上海 200003

②第二军医大学训练部 上海 200433

*通讯作者：zhangyuxia@smmu.edu.cn