干式生化分析仪孵育盘系统改造分析

罗华生 伍康振 廖建宇

肇庆市第一人民医院于2011年1月购入1台VITROS Fusion 5.1型全自动干式生化分析仪(美国强生公司)，用于急诊检验。该仪器采用MicroSlide干化学技术[1]无需试剂制备，无需水路，具有污染小、结果稳定、速度快等优点[2]。可为临床提供快速、准确的检测结果，解决了湿式生化测试时间长的问题。该仪器机械运动结构多，且全天不间断运行，容易因机械磨损或传感器积尘而产生故障[3]。孵育盘系统故障是常见故障，一旦发生所有在测项目均会中断，需要重新测试，影响临床对检验结果的获取，而且会增加生化干片耗材及试剂的非正常损耗[4]。为了降低孵育盘系统的故障率，通过分析该仪器孵育盘系统的结构原理以及故障，对孵育盘系统存在的问题进行技术改造，并对改造后的效果进行统计分析。

表1 2011-2014年孵育盘维护周期

表2 2011-2014年孵育盘故障发生次数

1 孵育盘系统的结构原理

孵育盘系统是该仪器的核心部件，干片和样本的孵育及结果判读均通过该系统完成。孵育盘系统采用CM/RT环和PM环形成三个同心位置，外层PM环用来孵育电位测定干片，内层CM/RT环用来孵育CM、免疫率和IR微型干片，两个环可分别单独旋转。PM环外周为齿轮状，由加热底盘上的5个凸轮固定，依靠其驱动电机齿轮与外周咬合进行旋转；CM/RT环由加热底盘上的3个硬胶垫片支撑、2个导轮机构固定，通过其驱动电机带动皮带牵动旋转。孵育盘系统转动的每个位置均由光耦传感器监测，其故障表现为转动不到位。由孵育盘系统结构可知，孵育盘转动不到位包括M环转动不到位和CM/RT环转动不到位[5]。孵育盘系统结构见图1。

图1 孵育盘结构

2 孵育盘系统的故障分析

孵育盘系统转动不到位多为位置传感器积尘或机械磨损引起，做好仪器的日常保养并定期更换容易磨损的配件，可有效降低故障发生的概率[6]。对改造前的孵育盘系统维护周期及故障发生次数进行统计见表1和表2，提示孵育盘系统转动不到位的原因为CM/RT环转动不到位。因此，为降低孵育盘系统的故障率，应避免CM/RT环转动不到位的情况发生。

3 CM/RT环运动系统结构及运动力学分析

CM/RT环运动系统由CM/RT环、加热底盘、硬胶垫片、导轮机构、驱动电机以及皮带组成。CM/RT环的重力点均在3个硬胶垫片上，转动时会造成垫片磨损；CM/RT环由导轮机构固定，在皮带牵引下会与导轮机构形成一个相对作用力，且与导轮同步转动，转动时摩擦力的大小与皮带的张力(记为F0)成正比；CM/RT环与皮带接触部分为平滑弧面，依靠与皮带的摩擦力转动[7]。

CM/RT环转动时会受到3个摩擦力的作用:①与垫片的滑动摩擦力(记为F1)，F1=µ1×G1(µ1为垫片与CM/RT环的滑动摩擦系数，G1为CM/RT环的重力)；②与滑轮的滚动摩擦力(记为F2)，F2=µ2×F0(µ2为滑轮与CM/RT环的摩擦系数)；③与皮带的摩擦力(记为F3)，F3=µ3×F0(µ3为皮带与CM/RT环的摩擦系数)。CM/RT环的正常转动，要满足F3=F1+F2，此时F3为静摩擦力。若F3＜F1+F2时F3为滑动摩擦力，即皮带打滑，致CM/RT环转动不到位[8-10]。

随着仪器的日常使用，其垫片、导轮机构和皮带均会受到相应磨损。垫片磨损后µ1增大；滑轮磨损后µ2增大；皮带磨损后µ3减少。G1的大小为恒定，若皮带张力不变，则F1和F2相应增大，F3则减少。CM/RT环和皮带出现滑动摩擦概率增大，进而加快皮带磨损。若皮带张力减少，可减少导轮磨损，但易引起滑动摩擦。若皮带张力增大，可减少滑动摩擦，但会加快导轮和皮带的磨损[11]。

表3 2011-2017年CM/RT环维护周期

表4 2011-2017年CM/RT环故障发生情况

4 CM/RT环运动系统改造

降低CM/RT环和皮带出现滑动摩擦概率有两种方法:①减小垫片、导轮和皮带的磨损；②增大F3。因CM/RT环的重量大小不变，垫片的磨损只与其使用时间的长短有关，而导轮和皮带的磨损不仅和使用时间长短有关，还和皮带张力(即皮带的松紧度)有关。皮带张力大小的调节则十分重要，由F3=F1+F2=µ1×G1+µ2×F0可得F0=µ1×G1/(µ3-µ2)，当皮带张力大小满足该条件时，可将导轮和皮带的磨损降到最低。因此，要增大CM/RT环与皮带的摩擦力F3，可从增大µ3入手[12-13]。

4.1 改造方法

将CM/RT环与皮带接触部分的平滑面改为齿状面。使用PVC硬塑做成的外表面为齿状面，内表面为平滑面的圆环粘套在与皮带接触的圆环上，齿状面可与皮带刚好咬合(图2)。

图2 CM/RT环改造前后对比

将CM/RT驱动电机的固定方式由螺丝固定改为悬挂可活动方式。在CM/RT电机机架上增设一个可活动的电机座和两根牵引弹簧，电机通过活动机座悬挂在机架上，弹簧牵拉机座和电机的弹力与皮带张力形成一对大小相等、方向相反的相互作用力(图3)[14]。

图3 CM/RT环电机和支架改造前后对比

4.2 改造后效果分析

通过将CM/RT环上的平滑面改为齿状面，再通过皮带咬合转动，增大了摩擦力，有效防止了皮带打滑；CM/RT环驱动电机的固定方式改为弹簧悬挂可活动方式，皮带松紧度可由弹簧自动调整，无需再手动调节电机机架位置。因手动调节电机机架位置较难把握牵引力度，易造成滑轮和皮带磨损，改用弹簧自动调整方式后可使皮带张力度控制在合适范围，有效降低导轮和皮带磨损。自2015年5月对孵育盘系统进行改造后，CM/RT环转动不到位的故障率明显降低，其维护周期及故障发生次数统计见表3和表4。

5 小结

针对孵育盘系统的改造是在仪器生产厂商指导下进行，并已通过了校准和验证，是在不改变仪器技术性能指标和确保检测分析结果准确性的前提下，对仪器孵育盘系统的机械结构进行的改进[15-16]。经过近年实验验证和效果观察，改造后可有效降低仪器孵育盘系统发生故障的概率，从而减少了生化干片试剂耗材的非正常损耗，提高了仪器的使用效率，更好地服务于临床。