气腹机检测校准装置设计

2025-01-31黄耀森郁希哲钱亚红

品牌与标准化 2025年1期

摘要：气腹机在临床医疗中起着重要的作用，但不稳定的气腹压力和流量可能影响手术或检查效果，并对患者的健康造成风险。因此，定期对气腹机进行校准是十分重要的。本文设计了一款气腹机检测校准装置，能够实时准确监测气腹内的气体压力和流量，并对各项技术参数进行校准。校准装置采用模块化结构，具有操作简单便捷、检测精度高等优点。

关键词：气腹机；气压；计量检测；校准装置

中图分类号：R197.39文献标志码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.080

基金项目：江苏省市场监管局科技计划项目（KJ2024069）。

0引言

在使用腹腔镜等医疗设备进行手术或检查时，为了得到清晰的视野，通常使用气腹机进行辅助。气腹机可以向腹腔内充入CO2，使腹腔膜与各器官组织脱离前腹壁，从而提供充足的空间，以确保手术或检查顺利进行。然而，气腹机在使用过程中需要精准控制气腹空间压力。不稳定的气腹空间压力会严重干扰医护人员的各项操作，从而影响手术或检查效果。气腹机输入的气体流量也需要严格控制。大量CO2突然充入人体内，会对患者的呼吸、血液流动、胃肠活动等产生不同程度的影响，甚至威胁患者的生命安全。因此，气腹机的充气气压和流量的准确性和稳定性至关重要。

本文根据现行国家计量技术规范JJF 1892—2021《气腹机校准规范》，设计了一款能够满足现场检测需求的便携式气腹机检测校准装置。该装置能够实时准确监测模拟气腹内的气体压力和气体流量，实现对气腹机的气压设置值误差、气压显示值误差、过压报警气压差、流量设置值误差、流量显示值误差等技术参数进行检测校准，防止因气腹机超期服役或故障带来的风险。

1校准装置结构设计

本研究设计的新型气腹机检测校准装置的气压测量上限≥5.5 kPa（42 mmHg），最大允许误差为±66.6 Pa（±0.5 mmHg）；流量测量范围为0～100 L/min，最大允许误差为±0.5 L/min（≤10 L/min）或读数的±3%（> 10 L/min）；模拟腹腔的充气比例系数为1.88 mL/Pa（0.25 L/mmHg），允许偏差为±20%；未充气前初始体积和初始气压均为0。气腹机检测校准装置采用模块化结构，主体包括压力传感器模块、流量传感器模块、模拟气腹模块、蠕动泵模块、真空泵模块和电磁阀模块等组件。其整体结构如图1所示。

该气腹机校准装置的主体结构和模块完全放置在外箱框内，外箱框安装在固定底板上。装置通过模拟气腹模块建立模拟腹腔，通过蠕动泵模块和电磁阀模块控制模拟腹腔内的水流流量，通过真空泵模块控制模拟腹腔内的气压，通过压力传感器模块和流量传感器模块采集各项数据。主控制板总体控制各个模块，并对压力传感器和流量传感器采集的数据进行处理和计算，最终通过显示屏实现显示和交互。该校准装置结构设计合理，收起时可以直接使用把手提起移动，适合对医院实际应用的气腹机进行校准。

模拟气腹模块包括两个水箱。第一水箱的容积大于第二水箱的容积。校准时，在模拟气腹模块中建立标准气腹，通过检测标准气腹的波动实现对气腹机的检测校准。水箱中设有液位传感器，可以实时监测箱内水位高度，并将监测数据传输至主控制板。主控制板根据液位情况向蠕动泵发出控制信号进行调节，从而保持模拟气腹平稳运行。

蠕动泵模块通过抽放水的过程控制模拟气腹中的水量。该模块的运转由步进电机控制，通过调节步进电机的转速，可以控制水流的大小和方向。通过调节模拟腹腔内的水量来改变内部容积，间接实现对空间内压力的控制。当向模拟腹腔内注水或抽水时，系统会实时监测内部压力数据。一旦压力达到预设值，程序将自动停止蠕动泵的工作，从而通过调节容积来控制内部压力。

电磁阀模块主要用于在水箱注满水时及时关闭进水口，以防止停止注水时发生回流。电磁阀流通口采用不锈钢材质制成，以防止长时间灌水导致进水口锈蚀。在建立气腹时，首先启动校准装置，并对第一水箱进行注水，当第一水箱注满水后，主控制板控制电磁阀关闭进水口。然后启动蠕动泵从第一水箱中抽水至第二水箱，当液位传感器检测到第二水箱的水注满后，主控制板控制蠕动泵停止。最后，启动气腹机并将其连接至水箱，即完成模拟腹腔的建立。

真空泵模块控制进入模拟气腹单元的中的气体量，可以在模拟腹腔中产生过压，从而触发待校准气腹机的过压报警功能。在建立气腹后，通过真空泵逐渐增加模拟腹腔内的气压，直到听到待校准的气腹机发出过压报警。此时，主控制板会记录压力传感器所测量的模拟腹腔内压力值，该值即为实际的过压报警气压值。

压力传感器模块用于精确测定模拟腹腔内的实时气压。在设计上，该模块采用了一个高精度的压力测量传感器，该传感器通过直通气管与模拟腹腔相连。在气腹保持过程中，压力传感器可以测量模拟腹腔中的实际气压值。同时，微处理器可以读取待校气腹机的气压显示值，结合传感器的回传数据，可以实现对气压设置值误差、气压显示值误差、过压报警气压差等计量参数的检测校准。

流量传感器模块用于精确测定模拟腹腔内的实时气体流量。使用连接管路将气腹管与流量测量模块连接，在待校气腹机运行过程中，流量传感器测量实际气体流量，并将数据传输至主控制板。结合气腹机的流量设定值，就可以在主控制板分析计算出流量设置值误差和流量显示值误差。

主控制板是气腹机校准装置的核心组件，主要负责运算与数据分析，确保计算结果的准确性。它采用插值算法和限幅滤波法等技术，准确计算所检测的数据，并通过显示屏进行显示。这种方法可以有效减少人工计算带来的误差，同时也降低了工作成本。主控制板在完成数据计算后，通过上位机软件将结果输出到显示器上，进一步提高了校准过程的效率和准确性。

2校准装置使用方法

根据JJF 1892—2021《气腹机校准规范》的要求，需要使用校准装置进行校准的技术参数包括气压设置值误差、气压显示值误差、过压报警气压差、流量设置值误差、流量显示值误差等。在启动气腹机前，需要先启动校准装置，并使用蠕动泵对水箱进行注水。注水完成后将校准装置与气腹机连接，然后启动气腹机。此时，模拟腹腔内的体积和气压均为0，达到校准状态，后续的校准过程均基于该校准状态进行。

在模拟腹腔建立后，蠕动泵的注水、抽水过程和气腹机的气体注入过程都会影响模拟腹腔内的压力。为了保证设备的检测准确性，在单个计量参数的测试过程中，蠕动泵将停止工作，即测试同一组参数时模拟腹腔内的体积会保持不变，内部压力由待校气腹机进行控制，而校准装置只对内部压力进行监控。通过这一设计，可有效避免气腹机和蠕动泵同时调节模拟腹腔内气压的情况，从而简化了充气比例系数的计算过程，提高了检测效率。