基于預防性維護的手術顯微鏡臨床使用故障分析及對策

李德華 郭大為 劉東巖 王 爽

手術顯微鏡是顯微外科手術的重要設備，可高倍放大并清晰顯現組織的顯微結構，為醫生操作顯微外科器械，開展手術提供精準定位，減輕正常組織損傷，提高手術成功率，有助于患者術后康復[1-4]。該設備具有價格昂貴、光學系統易污染損壞及電子控制系統結構復雜且高度集成等特點[5-6]。2011年起，北京世紀壇醫院手術室陸續引進3臺蔡司Pentaro系列手術顯微鏡，每年開展300余例顯微外科手術，本研究對手術顯微鏡臨床手術中頻發的設備故障和不能準確全面地獲取設備運行信息的原因及解決方案進行探討。

1 手術顯微鏡結構及工作原理

按外觀結構手術顯微鏡可分為光學透鏡系統、機械支臂系統和顯微鏡主機3部分。顯微鏡主機按使用功能分為顯示操作系統、氙燈照明系統、數據控制及存儲系統和不間斷供電系統4個子系統，其手術顯微鏡結構如圖1所示。

圖1 手術顯微鏡結構示圖

1.1 光學透鏡系統

光學透鏡主要由目鏡、物鏡、變倍系統、分光器和棱鏡組成，為術者提供聚焦放大后的手術術野圖像[7-8]。

1.2 機械支臂系統

機械支臂系統由吊臂和支撐臂組成，術者通過操作控制機械支臂系統，控制光學透鏡系統移動至手術區域并進行旋轉、定位及制動等精細動作。

1.3 顯微鏡主機

(1)顯示操作系統。顯示屏可實時顯示手術錄像，其觸屏功能還支持醫護人員對患者信息、手術圖片及視頻資料等進行采集、保存、編輯和輸出等操作。

(2)氙燈照明系統。氙燈照明系統產生冷光，通過導光束傳導至物鏡端以照亮手術區域，其亮度變化可通過調整光圈，限定光通量變化而實現[9]。

(3)數據控制及存儲系統。數據控制及存儲系統是顯微鏡的“大腦”，可將控制信號傳輸至顯微鏡各功能部件，實現光源亮度調節、變倍調節和調整焦距等功能；可將手術錄像存儲在硬盤中，用于后續病例討論和培訓教學[10-12]。

(4)不間斷供電系統。當外接交流電源意外中斷時，供電系統自動切換至不間斷供電系統，為顯微鏡提供3 min緊急供電支持，防止主機突然斷電而燒壞硬盤。

2 手術顯微鏡常見故障

手術顯微鏡由多個系統功能模塊組成，任何一個功能模塊發生故障，均會造成病灶處顯微圖像不清晰甚至不能成像，導致術者不能正常開展手術。為將設備故障對手術影響降至最低，需手術助手能在短時間內對該設備常見故障進行處理。因此，對手術顯微鏡使用中的故障數據進行收集，其常見故障可分為機械支臂系統平衡失調、錄像圖像質量不佳、操作系統故障以及不間斷供電系統故障4種。分析發現4種常見故障不屬于設備設計缺陷或功能異常導致，而源于設備使用問題；前2種故障可歸納為操作錯誤，后2種故障歸納為維護不善。小組成員通過查閱資料及討論，對4種故障進行原因分析并制定解決方案。

2.1 機械支臂系統平衡失調

(1)故障原因分析。手術需改變助手鏡位置或加裝其他光學鏡頭，從而導致光學系統重心或重量變化而造成失衡狀態。

(2)故障解決對策。①術前與主刀醫生溝通，明確患者體位擺放方式和主刀醫生位置，以決定是否更改助手鏡位置；②將光學鏡頭調整到手術范圍內，手術助手進行自動配平操作，機器自動調節支臂內的配重砝碼，使光學系統重新達到平衡狀態，若操作者能用3個手指按住操作手柄隨意移動透鏡系統，表明配平成功。

2.2 錄像圖像質量不佳

(1)故障原因分析。①術者雙眼觀察到的手術區域是圓形，但攝像頭只能拍攝到圓形圖像中的長方形區域，造成攝像圖像缺失；②光信號經攝像頭電荷耦合器件(charged couple device，CCD)轉換成電信號后，傳輸至顯示器顯示錄像圖像，若攝像頭未對焦，則錄像圖像模糊不清晰。

(2)故障解決對策。①助手先將攝像頭移至手術區域，觀察顯示器顯示圖像完整后方開始錄像；②打開激光聚焦功能，當屏幕上2個紅點聚焦于同一點時，表明錄像圖像達到最佳清晰度，方可開始錄像。

2.3 操作系統故障

(1)故障原因分析。顯微鏡在運行過程中產生大量熱量，需內部風扇散熱降溫，從而加速灰塵堆積，使得控制系統內部顯卡或內存條接觸不良，導致主機無法啟動。

(2)故障解決對策。打開顯微鏡外殼取下屏蔽板，清潔內存條“金手指”及顯卡卡槽，并定期對機器進行內部清潔。

圖4 手術顯微鏡運行數據采集與傳輸原理示意圖

2.4 不間斷供電系統故障

(1)故障原因分析。不間斷供電系統內部檢測芯片與主控板連接通信以實時檢測其工作狀態，當檢測到主機關機后，不間斷供電系統會在1 min內自動關機以防止電量耗盡。導致不間斷供電系統電量為零的原因有2個：①內部電池老化導致電容量下降；②檢測芯片存在功能性故障，致使不間斷供電系統一直處于工作狀態，直至電量耗盡。

(2)故障解決對策。①斷開不間斷供電系統連接，將外接電源與機器主板直接連接供電；②手術后檢查電池電容量及檢測程序芯片功能，根據檢查結果更換相應部件。

3 手術顯微鏡預防性維護

(1)預防性維護。為降低手術顯微鏡故障量，需執行預防性維護排除潛在故障點。預防性維護要點包括：①檢查光學透鏡系統光圈調節功能以及光學系統調焦、變倍功能；②通過檢查顯微鏡支架關節運動狀態判斷電磁閥及馬達是否正常；③檢查視頻圖像系統參數設置和圖像顯示；④取下導光束檢查導光纖維的光通量是否能到2/3；⑤檢查氙燈使用小時數；⑥檢查機器主板的清潔程度并除塵；⑦檢查不間斷供電系統電量是否能支持顯微鏡在斷開電源情況下工作3 min。

(2)預防性維護效果。通過執行預防性維護，手術室設立專職手術護士負責該設備日常維護管理，醫學工程處工程師負責執行手術顯微鏡預防性維護。改進后手術顯微鏡各項故障數據均有下降，其中不間斷供電系統故障被徹底解決，但操作系統故障量下降幅度不大，分析其原因是隨著使用年限增加導致電路板老化，增加了操作系統的不穩定性。改進措施實施前后手術顯微鏡故障量對比如圖2所示。

(3)信息化管理。手術顯微鏡為多科室共用設備，每月按使用量扣除使用科室相應成本，因此需要詳細的運行數據進行使用效率分析評價。獲取運行數據的傳統方式是依據使用者手工填寫的紙質記錄，這種方式消耗大量的人力及時間成本，易出現記錄不全或記錄丟失等情況，不能保障數據質量[13-14]。多科室共用設備意味著手術顯微鏡屬不固定手術室設備，手術助手需術前到手術室尋找該設備并將其移至手術間，延誤手術開臺時間。

為更好地解決這些問題，醫院利用信息化手段為手術顯微鏡安裝數據采集器，實時采集工作數據以取代傳統的紙質記錄，對獲取的數據進行數據挖掘，找出制約其使用效率的原因并進行改進。數據采集器能提供設備的實時定位信息，手術助手通過手機應用程序(application program，APP)即可實現實時追蹤和定位，縮短術前查找設備時間。手術顯微鏡數據采集器如圖3所示，運行數據采集與傳輸原理如圖4所示。

圖2 改進措施實施前后手術顯微鏡故障量對比圖

圖3 數據采集器外觀及內部結構示圖

4 結語

通過對手術顯微鏡常見故障歸納總結及故障成因分析，制定相應的故障解決方案及預防性維護措施，可有效降低手術顯微鏡故障量，保障手術順利開展及患者生命安全；安裝數據采集器對運行數據進行提取與分析，可將傳統的設備靜態管理轉化為信息化管理。下步將根據臨床反饋，在APP內加入培訓視頻播放、日常維護保養檢查清單和預防性維護定時提醒等功能，方便臨床使用者對手術顯微鏡進行更好的使用管理。