STERRAD 100S低温过氧化氢气体等离子灭菌系统的运行维护与故障处置

闫世文 徐辉煌

摘  要：过氧化氢气体等离子灭菌技术较好地解决了热敏材料的医疗器械灭菌和消毒的难题，从而能够很好地被应用在手术室器械的消毒环境中。因此，为了保障等离子灭菌设备的质量与性能，医疗器械工程师应该安排好此类设备的维护与维修。该文通过阐述强生STERRAD 100S过氧化氢气体等离子灭菌系统的工作原理，并对设备维护、维修相关方法进行探讨，以期对工程师解决相似故障时做出参考。

关键词：过氧化氢  等离子灭菌  维护维修  故障处理

Abstract：The hydrogen peroxide gas plasma sterilization technology better solves the problem of sterilization and disinfection of heat-sensitive materials for medical devices， so that it can be well applied to the disinfection environment of instruments in operating room. Therefore， in order to ensure the quality and performance of plasma sterilization equipment， medical device engineers should arrange the maintenance and repair of such equipment. This article explains the working principle of Johnson's STERRAD 100S hydrogen peroxide gas plasma sterilization system， and discusses related methods of equipment maintenance and repair， so as to make reference to the engineers when solving similar problems.

Key Words： Hydrogen peroxide; Plasma sterilization; Maintenance; Troubleshooting

随着医学技术的飞速发展，越来越多的医疗器械应用到手术当中，做好手术器械的消毒与灭菌工作是医院感染控制[1]的重要手段。手术室常用到的湿热敏感类器械、精密器械、腔镜器械和锐利器械等无法耐受高温高压，对这些器械的消毒灭菌变得尤为重要。过氧化氢等离子灭菌器具有低温低压等优点，很好地满足此类器械的灭菌要求[2]。低温过氧化氢等离子灭菌主要通过分解H2O2释放出原子态氧来灭菌，H2O2在高频电场作用下进行电离，在真空环境中形成了大量等离子，这些等离子具有极高的热能，能使微生物、蛋白质、核酸等物质氧化，击穿物质的外壁，短时间内达到较好的灭菌效果[3]。

该医院于2015年购入该套设备，并于2019年进行首次维保，该设备已成为该医院手术室器械灭菌的重要辅助设备之一。该文以STERRAD 100S低温过氧化氢气体等离子灭菌系统为例，介绍其工作原理和系统相关维护，并就使用过程中产生的问题以及文献检索进行汇总分析。

1  工作原理

STERRAD 100S低温过氧化氢气体等离子灭菌系统（下文简称灭菌系统）利用双循环保证灭菌效果，过程主要为4阶段：预等离子期、第一灭菌期、第二灭菌期和通风期。

预等离子期分为预等离子、通风、真空这3个步骤。首先，系统抽空灭菌舱内空气，舱内压力从大气压逐渐降至500 mtorr，在舱压降至700 mtorr时输出等离子能量。等离子输出时，舱压被真空阀控制到500 mtorr左右，此时将舱内物品预热并去除少量水分。预等离子结束后，通风阀打开，舱压恢复到大气压后，真空泵再次打开，将舱压降至400 mtorr，然后进入第一灭菌期。

第一灭菌期包括注射期、扩散期、等离子期。当舱压达到400 mtorr时，开始注射浓度为58%的过氧化氢溶液到蒸发器中[4]，H2O2溶液在蒸发器中形成气体进入灭菌舱。H2O2装在卡匣胶囊当中，注射期舱压必须介于6～14 torr之间。其次，空气经过通风阀（HEPA）进入舱内，压力恢复至大气压，短循环2 min，长循环10 min，通过气压使H2O2能够进入细长管腔和铰合面进行灭菌。此时进入等离子阶段，舱压从大气压降至500 mtorr，持续5 min。每次舱压达到要求时，持续发生射频，射频促进H2O2的分解有助于杀死微生物，射频持续2 min，H2O2的分解最终产物是水和氧气，为了加强灭菌与分解H2O2效果，等离子期发生器的输出功率为380～420 W，阻抗为25 Ω。最后，等离子电源关闭，舱压从500 mtorr降至400 mtorr，降压时间小于5 min。

第二灭菌期与第一灭菌期完全一致，等离子期结束后即进入通风期。此时，通风阀打开，空气经过HEPA进入舱内，舱内压力逐渐恢复至大气压，通风时间小于30 s。打印机开始打印循环数据，整个灭菌循环结束，灭菌物品可以取出。整个消毒过程短循环持续51 min，长循环持续72 min[5]。

2  系统与维护

该节介绍灭菌系统结构和维护方法。灭菌系统结构包括AC电源模块、控制模块、操作面板、门感应器控制板、气动控制组件、气动控制板、灭菌舱门、灭菌舱、注射系统、注射系统控制板、真空系统和等离子系统。

2.1 电源模块

AC电源模块输入是380～415 V、50 Hz的三相五线电源，该模块为整个灭菌系统提供工作电源。模块具有斷路器（过流保护开关）、热动继电器（1.8 A额定电流）、电机启动器、电流分配板。断路器指示状态有助于判断灭菌系统故障，依次为CB-1（主开关断路器）、CB-2（蒸发器与电流安全，额定电压24 V断路器）、CB-3（控制模块断路器）、CB-4（门加热器断路器）、CB-5（空气压缩泵及通风阀断路器）、CB-6（舱体加热器断路器）、CB-7（等离子电源断路器）。电流分配板则是对各子系统供电的接口板，分别有舱体及门加热器、真空泵、通风阀、蒸发器（注射阀）加热等。电源板上的CR-2代表电机启动继电器，CR-3代表热动继电器。

2.2 控制与操作模块

控制模块由主控制板（CPU PWA）、输入及输出板和模数转换板组成，输入是220 V，输出+5 V、+12 V与-12 V。其中，+12 V，6.5 A供给多路阀、步进马达、打印机、注射系统驱动马达等。该模块控制着电流分配板、等离子系统、多路阀及真空阀、气动控制板、控制面板、注射系统、门位置感应器、压力表与热敏感应电阻等部件的工作状态。

操作面板控制操作按键、灭菌阶段指示灯、LCD显示屏、打印組件、打印控制板。门感应器控制板利用光学传输感应器来探测门移动情况，监测舱门是否到达顶部。

2.3 气动控制模块

气动控制组件控制储气瓶、空气压缩泵、压力开关、排水阀、气压表和4通道气压分配阀、速度控制阀、注射密封底座、门移动活塞等组件;气动控制板控制着门位置感应器、门移动阀、注射动力阀、真空开关、卡匣收集盒、回油阀等。

2.4 灭菌舱模块

灭菌舱是圆桶形密封圈舱体，内部有等离子电极网并通过双芯铜线连到等离子模块，下部和真空模块相连，通过环绕在外部的加热条加热到42 ℃～50 ℃，并且顶部安装有注射阀。灭菌舱门的门位置感应器探测门闭合与移动，移动受到储气瓶内气压的影响。

2.5 注射模块

注射模块包括注射泵、注射阀。在卡匣放入后，被自动移到第一个胶囊，注射阀主要控制针头刺穿胶囊，使H2O2溶液气化进入舱体。注射系统控制板能对卡匣定位，控制注射系统、卡匣入口和条码阅读器，与蒸发器感应器和舱门顶部位置感应器相连接。

2.6 真空与等离子模块

真空模块由真空泵、通风阀、排气过滤器、油气分离器、多路阀及真空阀、HEPA过滤器、灭菌舱、真空压力表组成。真空泵真空度最低可达1 mtorr，多路阀在等离子期控制舱内压保持在500 mtorr左右，真空压力表通过12 V直流供电，最大量程可达15 torr。低频等离子系统通过110V AC供电，能够输出400 V、50 kHz电源。

对该套设备的定期维护有助于灭菌系统的稳定运行，工程师需按期检查系统的回油过滤器、通风过滤器、多路阀、通风阀和连接软管等部件并且进行相应的电气测试。电气测试一般分为电压测试、温度测试、负压表零点测试、等离子及泄露测试、注射系统测试等。

电压测试中，主要测量各个位置的加热器确认电阻或输入电压是否正常，以及分别测量门、舱体、蒸发器的电阻和加热电流。温度测试中，需测试两个点即门和机器后侧灭菌舱体的温度，确保温度在要求范围内。负压表零点测试中，把校准过的电子负压表接到机器，进入维修菜单的“BARATRON ZERO TEST”项，等待舱压到达100 mtorr时，确认负压表的读数与机器屏幕的读数差别应在30 mtorr内。等离子及泄露测试中，连接好等离子测试盒，进入维修模式的“RF/LEAK TEST”，选择无须注射模式。当等离子发生器工作，读取机器屏幕与万用表的读数，确保其在正常范围内，等离子测试结束后机器自动进行泄露测试，结束即自动打印结果。注射系统测试中，先用薄插片检查卡匣轨道宽度，接着进入维修菜单，选择“CASSETE TEST”项，依提示放好卡匣，使用电表频率档测试注射泵控制板上的STEPS与GND两针脚间的频率，调整注射系统右侧电路板上的可调电阻，确保卡匣速度频率在400 Hz。其次，选择测试菜单“SLOT TEST”，更改定位点至10，插入卡匣进行测试，确保卡匣胶囊走位正常。正压系统测试中，观察正压泵是否在60 Psi启动，在80 Psi停止工作。根据机器的使用频率，还应定期清洁H2O2气阀和蒸发托盘，系统维护完毕后，需进行一次空载循环。

3  故障汇总及分析

灭菌系统在使用中如果操作不当或者系统自身发生故障，均会造成灭菌循环取消。针对系统在使用中循环取消的现象，该文汇总了该系统常见故障的成因，对不同阶段的循环取消原因进行小结，以期对医学工程人员在处置类似故障时提供参考，具体见表1。

真空期中的①型循环取消原因的前3种情况主要判断为装载物的水分过多，取消时间约为8 min左右。用手触摸物品，如果温度较冷则湿度较高，有明显水分的应加强干燥。②型取消原因多为装载物品过多导致系统无法在规定时间达到设置的真空度，取消时间多为25 min以后，应减少装载物后重新启动灭菌程序。③型取消原因鉴别方法为：首先，检查设备右侧下方电源控制终端器，若绿色按钮已跳出，则按下按钮使之复位。其次，检查装载物是否触碰舱门或舱壁，如是应调整后重新灭菌。

注射期取消有以下情况：（1）灭菌物品中含布、纸等吸附性的材质;（2）H2O2注射孔长期未清洁，喷射孔堵塞;（3）装载物过载，有过量的电钻和电池;（4）注射针可能堵塞、断针或卡匣错位，此时打印信息显示“pressure<1 torr”。对于“Injection stage press>15 torr cycle cancelled”的报错，文献[5]指出故障核心点在于针头断裂和腐蚀严重，无法准确插入胶囊，因此需要更换注射针。

扩散期中的①型取消原因是扩散器压力低，文献[6]指出核心故障点在于I/O数字电路板未能成功发出控制信号指令，导致设备参数正常却无法执行多项指令。等离子期中的①型取消原因为：（1）灭菌舱和电极间有异物;（2）系统断电或是电源缺相等。通风期报错“Vent timeout”，文献[7]指出核心故障点是空气压缩泵长时工作导致组件磨损严重，因此通风超时。

对于其他问题中的①型中无法开、关门，有两种处置方法：（1）按“Cancel”键后稍等片刻，设备可自行开关门;（2）检查侧面的终端器，将CB-5键重新复位，再主控复位，设备可自行开关门。如故障不解除，应该检查空气压缩泵。针对②型提示的信息，由于灭菌系统每年需2次保养，时间间隔为半年期和一年期，设备会在需保养时前一个月打印红色提醒信息，保养完毕后自动取消提醒。

4  结语

为了确保灭菌系统的稳定运行，医学工程人员应该熟悉设备运行原理，要定期做好设备的维护和保养工作，将仪器维持在良好的工作状态中。遇到系统故障时，要利用好相关资料和结合仪器原理，仔细、快速地准确判断故障所在并能正确处理，使仪器及时恢复正常运转。

参考文献

[1] 刘新.腔镜器械清洗不彻底所致过氧化氢低温等离子灭菌系统循环取消的原因及对策分析[J].蛇志，2018，30（4）：733-734.

[2] 崔倩倩.强生STERRAD100S过氧化氢低温等离子灭菌器的维护与故障处理[J].中国医疗设备，2015，30（6）：166-168.

[3] 庄敏，郑蕴欣，陈颖，等.过氧化氢低温等离子体灭菌器在医院临床应用现状和发展趋势[J].中国医疗器械杂志，2016，40（1）：55-57.

[4] 孙伟.3例STERRAD100S低温等离子灭菌系统的原理与维修[J].中国医疗设备，2011，26（10）：127-129.

[5] 王慧，李枫，陈晓萍.STERRAD100S低温过氧化氢等离子灭菌器的操作使用体会[J].福州总医院学报，2005（3）：210-211.

[6] 于杰，张琳.STERRAD100S低温等离子灭菌器常见故障及维修[J].中国医疗设备，2016，31（1）：180-181.

[7] 雷兴菊，雷子镇，张秀香，等.强生STERRAD100S低温等离子灭菌器的维修[J].医疗装备，2018，31（3）：163-164.

[8] 李学省.强生STERRAD100S低温等离子灭菌器常见故障维修[J].医疗卫生装备，2015，36（9）：153-154.