卢海龙,柳晓云,连翠玲,赵 旭
(河北省自动化研究所,河北石家庄 050081)
摘 要:超声波清洗技术是利用超声波发生器和换能器产生的空化效应对物体进行清洗,可以有效解决手术器械中器械关节、管腔内壁等不方便用毛刷刷洗部位的清洗问题。利用超声波清洗这一特点,结合先进的机、光、液、声、电一体化技术,研发出全自动超声波手术器械清洗机,经医院临床实际应用,较好地解决了手术器械清洗难题。
关键词:超声波;手术器械;清洗
中图分类号:R187 文献标识码:A
医疗器械清洗大部分是通过人工清洗方式,主要是利用毛刷刷和用水冲洗,比较费时费力,同时由于医疗器械使用患者不同(尤其是手术器械),容易造成病毒交叉感染,对操作者健康形成很大威胁。从20世纪90年代起,中国开始重视医疗器械清洗这一问题,国内一些大医院陆续从芬兰、美国等国家进口了相应的清洗设备,但这些设备造价昂贵,操作习惯也很不适合中国国情。国内有一些厂家生产超声波医疗器械清洗机,但各个功能槽是分开使用的,在转移过程中依然存在交叉感染的危险。针对这种情况,为适应市场需求,笔者研发了全自动超声波手术器械清洗机。经实践检验,基本能够代替人工操作,而且具有可连续化清洗、效率高、操作方便、安全卫生等特点。
1 超声波清洗原理
超声波清洗的原理是由超声波发生器发出高频振荡信号,通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质中。清洗溶剂中,超声波在清洗液中疏密相间向前辐射,使液体流动而产生数以万计微小气泡,存在于液体中的微小气泡(空化核)在声场作用下振动,当声压达到一定值时,气泡迅速增长,然后突然闭合,产生空化效应,在气泡闭合时产生冲击波,在其周围产生上千个大气压力,压力可达490~4 900Pa,具有很大的能量,使水分子以超过10 N/s2的加速度撞击被清洗的物体,破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中,当固体粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面时,油被乳化,固体粒子即脱离,从而达到使清洗件表面净化的目的[1] 。
2 清洗工艺流程
根据目前中国医院手术室和供应室的实际情况,并参考国内外类似清洗设备的清洗工艺流程,笔者制定出全自动超声波手术器械清洗机清洗工艺流程:常温水喷淋、45℃中温水喷淋、超声波清洗、93℃高温水喷淋、烘干、上油等6个工序(详见图1)。
遵循可靠与优化原则,将以上清洗工艺流程分别安置在3个清洗槽中,加上待洗暂放区和完成暂放区,全自动超声波手术器械清洗机共有5个工位,分别为1#,2#,3#,4#,5#工位。如图2所示。
1#工位为待洗暂放区,待清洗器械包放于1#工位清洗筐内。
2#工位为常温、中温水喷淋及超声波清洗工位。首先使用常温水冲洗医疗器械,将大部分血渍、污物冲洗掉,同时防止血渍凝固。冲洗一段时间后改用45℃的中温水进行冲洗,这样将剩余部分血渍、污物冲洗掉。过一段时间后,将温水蓄到一定水位后,开始使用超声波将剩余较顽固污渍清洗下来。
3#工位为用高温水喷淋清洗及烘干工位。3#工位采用高温水进行一段时间的喷淋清洗并达到初步灭菌的目的后,再进行烘干。
4#工位为上油工位,防锈油经雾化后喷至清洗槽内,完成对医疗器械表面上油的功能。
5#工位为清洁的医疗器械暂存区,清洗完成的医疗器械在此工位等待取走[2] 。
3 系统设计
3.1 机械系统设计
全自动超声波手术器械清洗机主要由机械系统和控制系统组成。机械系统主要采用龙门式侧挂天车实现器械在各个工位之间的转移;喷淋机构采用较先进的液力推动自旋转机构,使喷淋时清洗槽内任何地方都可以能够喷到;超声波系统主要由超声波发生器、电源装置和控制装置等组成。
机械系统中的龙门侧挂天车采用双侧双吊钩结构,容错能力达到±35 mm,可以有效解决电控系统控制精度差导致的定位精度不高问题。
3.2 控制系统设计
系统采用2套51系列单片机系统进行控制和管理,2套单片机系统协调工作,所有扩展均以这2个单片机系统为核心,形成2个独立的核心单元。一个单片机系统负责对系统的运动进行控制,另一个负责系统的人机界面。
2个单片机系统之间进行通信以取得数据。因为运算工作由2个单片机系统承担,所以单个单片机系统的运算负载比较轻,可缩短系统的反应时间,提高控制的精度,即使人机界面做得稍微复杂一些,也不会影响运动系统的反应时间;而且这样程序编制容易分工,调试相对容易。详见图3。
系统运动控制的单片机系统如图3上半部分,系统扩展了8 KB的随机存储器,64 KB的程序存储器,8 KB的电可擦写存储器和时间芯片。系统的输入、输出扩展经过光隔离后,再与输入信号和输出驱动连接。由驱动电路驱动外界的执行机构。系统人机界面的单片机系统如图3下半部分,系统扩展了8 KB的随机存储器,64 KB的程序存储器,24 KB的电可擦写存储器和时间芯片。为进行人机交互,还扩展了240×64点阵的液晶屏、13个按键和4个LED指示灯。
3.3 抗干扰设计
由于系统中存在功率较大的设备,而且具有一定的电磁干扰,为减少干扰产生的影响,笔者采用了以下抗干扰技术。
1)控制系统的输入、输出部分进行光电隔离,避免外界的干扰信号进入控制系统。
2)控制系统的单片机设计有看门狗电路,预防单片机复位。
3)控制系统设计有金属屏蔽,屏蔽掉外界的辐射电磁干扰,并且不使内部的辐射电磁干扰发射出去,从而不会干扰其他相邻设备。
4)设备内部分为强电区和弱电区,把易受干扰的部分摆放在弱电区。强电区和弱电区相距较远,减少了强电区设备对弱电区设备的干扰。
5)单片机系统的通信采用RS-485进行传输,由于RS-485为差分信号,抗干扰能力相对RS-232等较强,可以有力地减少外界对通信的影响。通过以上措施的实施,使系统的抗干扰能力大大加强。
4 结 语
经过在医院手术室的使用实践证明,本清洗机性能稳定,操作简便,很好地实现了对器械的清洗功能。全自动超声波手术器械清洗机可完全代替手工清洗器械,大大减轻了手术室护士的劳动强度,实现了器械清洗的机械化、自动化,彻底改变了多年来手工清洗器械的落后面貌,解决了手术器械清洗时间长、周转慢、器械储备量增加等诸多难题,受到了医护人员的普遍欢迎。
参考文献:
[1] 孟祥龙,黄细彬.超声清洗技术原理及其应用[J].科技信息,2008(22):39-40.
[2] 耿淑琴,何 谓,陶仁海,等.全自动超声波手术器械清洗机的研制[J].中国医疗器械杂志,2005(6):454-455.
