干式生化分析儀孵育盤系統改造分析

羅華生 伍康振 廖建宇

肇慶市第一人民醫院于2011年1月購入1臺VITROS Fusion 5.1型全自動干式生化分析儀(美國強生公司)，用于急診檢驗。該儀器采用MicroSlide干化學技術[1]無需試劑制備，無需水路，具有污染小、結果穩定、速度快等優點[2]?？蔀榕R床提供快速、準確的檢測結果，解決了濕式生化測試時間長的問題。該儀器機械運動結構多，且全天不間斷運行，容易因機械磨損或傳感器積塵而產生故障[3]。孵育盤系統故障是常見故障，一旦發生所有在測項目均會中斷，需要重新測試，影響臨床對檢驗結果的獲取，而且會增加生化干片耗材及試劑的非正常損耗[4]。為了降低孵育盤系統的故障率，通過分析該儀器孵育盤系統的結構原理以及故障，對孵育盤系統存在的問題進行技術改造，并對改造后的效果進行統計分析。

表1 2011-2014年孵育盤維護周期

表2 2011-2014年孵育盤故障發生次數

1 孵育盤系統的結構原理

孵育盤系統是該儀器的核心部件，干片和樣本的孵育及結果判讀均通過該系統完成。孵育盤系統采用CM/RT環和PM環形成三個同心位置，外層PM環用來孵育電位測定干片，內層CM/RT環用來孵育CM、免疫率和IR微型干片，兩個環可分別單獨旋轉。PM環外周為齒輪狀，由加熱底盤上的5個凸輪固定，依靠其驅動電機齒輪與外周咬合進行旋轉；CM/RT環由加熱底盤上的3個硬膠墊片支撐、2個導輪機構固定，通過其驅動電機帶動皮帶牽動旋轉。孵育盤系統轉動的每個位置均由光耦傳感器監測，其故障表現為轉動不到位。由孵育盤系統結構可知，孵育盤轉動不到位包括M環轉動不到位和CM/RT環轉動不到位[5]。孵育盤系統結構見圖1。

圖1 孵育盤結構

2 孵育盤系統的故障分析

孵育盤系統轉動不到位多為位置傳感器積塵或機械磨損引起，做好儀器的日常保養并定期更換容易磨損的配件，可有效降低故障發生的概率[6]。對改造前的孵育盤系統維護周期及故障發生次數進行統計見表1和表2，提示孵育盤系統轉動不到位的原因為CM/RT環轉動不到位。因此，為降低孵育盤系統的故障率，應避免CM/RT環轉動不到位的情況發生。

3 CM/RT環運動系統結構及運動力學分析

CM/RT環運動系統由CM/RT環、加熱底盤、硬膠墊片、導輪機構、驅動電機以及皮帶組成。CM/RT環的重力點均在3個硬膠墊片上，轉動時會造成墊片磨損；CM/RT環由導輪機構固定，在皮帶牽引下會與導輪機構形成一個相對作用力，且與導輪同步轉動，轉動時摩擦力的大小與皮帶的張力(記為F0)成正比；CM/RT環與皮帶接觸部分為平滑弧面，依靠與皮帶的摩擦力轉動[7]。

CM/RT環轉動時會受到3個摩擦力的作用:①與墊片的滑動摩擦力(記為F1)，F1=μ1×G1(μ1為墊片與CM/RT環的滑動摩擦系數，G1為CM/RT環的重力)；②與滑輪的滾動摩擦力(記為F2)，F2=μ2×F0(μ2為滑輪與CM/RT環的摩擦系數)；③與皮帶的摩擦力(記為F3)，F3=μ3×F0(μ3為皮帶與CM/RT環的摩擦系數)。CM/RT環的正常轉動，要滿足F3=F1+F2，此時F3為靜摩擦力。若F3＜F1+F2時F3為滑動摩擦力，即皮帶打滑，致CM/RT環轉動不到位[8-10]。

隨著儀器的日常使用，其墊片、導輪機構和皮帶均會受到相應磨損。墊片磨損后μ1增大；滑輪磨損后μ2增大；皮帶磨損后μ3減少。G1的大小為恒定，若皮帶張力不變，則F1和F2相應增大，F3則減少。CM/RT環和皮帶出現滑動摩擦概率增大，進而加快皮帶磨損。若皮帶張力減少，可減少導輪磨損，但易引起滑動摩擦。若皮帶張力增大，可減少滑動摩擦，但會加快導輪和皮帶的磨損[11]。

表3 2011-2017年CM/RT環維護周期

表4 2011-2017年CM/RT環故障發生情況

4 CM/RT環運動系統改造

降低CM/RT環和皮帶出現滑動摩擦概率有兩種方法:①減小墊片、導輪和皮帶的磨損；②增大F3。因CM/RT環的重量大小不變，墊片的磨損只與其使用時間的長短有關，而導輪和皮帶的磨損不僅和使用時間長短有關，還和皮帶張力(即皮帶的松緊度)有關。皮帶張力大小的調節則十分重要，由F3=F1+F2=μ1×G1+μ2×F0可得F0=μ1×G1/(μ3-μ2)，當皮帶張力大小滿足該條件時，可將導輪和皮帶的磨損降到最低。因此，要增大CM/RT環與皮帶的摩擦力F3，可從增大μ3入手[12-13]。

4.1 改造方法

將CM/RT環與皮帶接觸部分的平滑面改為齒狀面。使用PVC硬塑做成的外表面為齒狀面，內表面為平滑面的圓環粘套在與皮帶接觸的圓環上，齒狀面可與皮帶剛好咬合(圖2)。

圖2 CM/RT環改造前后對比

將CM/RT驅動電機的固定方式由螺絲固定改為懸掛可活動方式。在CM/RT電機機架上增設一個可活動的電機座和兩根牽引彈簧，電機通過活動機座懸掛在機架上，彈簧牽拉機座和電機的彈力與皮帶張力形成一對大小相等、方向相反的相互作用力(圖3)[14]。

圖3 CM/RT環電機和支架改造前后對比

4.2 改造后效果分析

通過將CM/RT環上的平滑面改為齒狀面，再通過皮帶咬合轉動，增大了摩擦力，有效防止了皮帶打滑；CM/RT環驅動電機的固定方式改為彈簧懸掛可活動方式，皮帶松緊度可由彈簧自動調整，無需再手動調節電機機架位置。因手動調節電機機架位置較難把握牽引力度，易造成滑輪和皮帶磨損，改用彈簧自動調整方式后可使皮帶張力度控制在合適范圍，有效降低導輪和皮帶磨損。自2015年5月對孵育盤系統進行改造后，CM/RT環轉動不到位的故障率明顯降低，其維護周期及故障發生次數統計見表3和表4。

5 小結

針對孵育盤系統的改造是在儀器生產廠商指導下進行，并已通過了校準和驗證，是在不改變儀器技術性能指標和確保檢測分析結果準確性的前提下，對儀器孵育盤系統的機械結構進行的改進[15-16]。經過近年實驗驗證和效果觀察，改造后可有效降低儀器孵育盤系統發生故障的概率，從而減少了生化干片試劑耗材的非正常損耗，提高了儀器的使用效率，更好地服務于臨床。