醫用高壓氧艙校準方法

/上海市計量測試技術研究院

0 引言

醫用高壓氧艙（簡稱高壓氧艙）是用于高壓氧療法的專用醫療設備，按不同的介質加壓，分為空氣加壓艙和純氧加壓艙兩種。高壓氧治療方法是讓患者在一個封閉的、壓力大于大氣壓的高壓艙內，吸收純氧、治療疾病的方法。高壓氧艙的適用范圍很廣，臨床主要用于厭氧菌感染、一氧化碳中毒、氣栓病、減壓病、缺血缺氧性腦病、腦外傷、腦血管疾病等的治療。

鑒于目前計量領域沒有標準的校準方法，本文通過對高壓氧艙的結構及工作原理的分析，提出了高壓氧艙的校準方法，并對校準結果進行了測量不確定度的分析。

1 高壓氧艙的結構與工作原理

1.1 結構

高壓氧艙的結構主要由氧艙艙體、供排氧系統、供排氣系統、電氣系統、空調系統、操控系統及安全系統等部分組成。供排氧系統包括過濾器、減壓閥、截止閥、供氧管路、呼氣裝置；供排氣系統包括空氣壓縮機、冷卻器、氣液分離器、儲氣罐、空氣過濾器等。

1.2 工作原理

高壓氧艙是通過向艙內輸入高壓氧或高壓空氣，使艙內形成一個高壓環境（正常來說超過一個大氣壓的壓力即為高壓）。在進行高壓氧治療過程中須經過加壓、穩壓吸氧、減壓三個階段，通過向缺氧機體提供充足、有效的氧來增加組織中的氧儲量，為病人進行吸氧治療。

高壓氧艙的工作原理（見圖1）主要分為加減壓原理和供排氧原理。空氣源經空氣壓縮機壓縮后進入冷卻器進行冷卻，然后利用氣液分離器將液態懸浮雜物及雜質分離后，進入儲氣罐進行穩壓，最后通過空氣過濾器使空氣質量達到標準。氧氣源經過濾器過濾雜質后，通過一級減壓閥到達氧氣控制板。這兩個過程中，氣體流通時的壓力、溫度、噪聲以及氧濃度都對病人治療有較大的影響。

圖1 高壓氧艙工作原理

2 高壓氧艙的主要參數技術指標

1）溫度指標

一般空氣壓縮機出氣口壓縮空氣溫度要求在37 ℃以下，空氣冷卻器出氣口壓縮空氣溫度要求在37 ℃以下，艙內溫度控制范圍在18～26 ℃。

2）壓力指標

一般遞物筒鎖定壓力小于0.02 MPa，復位壓力小于0.01 MPa，艙內滿員且同時吸氧時供氧壓力小于0.1 MPa，氧氣源經減壓后輸入艙內的供氧壓力控制范圍為 0.4～0.7 MPa。

3）噪聲指標

一般艙內供氣時噪聲小于65 dB(A)，艙內僅空調工作時的噪聲小于60 dB(A)。

4）氧濃度指標

一般艙內氧濃度小于23%。

3 校準項目及方法

根據高壓氧艙的主要參數（溫度、壓力、噪聲和氧濃度）技術指標要求，依據GB/T 12130-2005《醫用空氣加壓氧艙》的要求，選用合適的標準器及工作方法對高壓氧艙進行校準。

3.1 環境條件

在校準過程中，應將溫度控制在10～40℃，相對濕度控制在30%～80%，電壓變化范圍控制在額定電壓的10%以內，且高壓氧艙周圍環境無腐蝕性氣體、液體及無強電磁干擾。

3.2 外觀檢查

高壓氧艙應有銘牌，標明制造廠名稱、產品名稱和型號、最高工作壓力、滿員治療人數和艙室容積、出廠編號和出廠日期等。高壓氧艙各插接件應連接可靠；各開關、按鍵功能應正常，有明顯的文字和符號說明；顯示部分字符應清晰完整。

3.3 溫度校準

溫度校準采用的標準裝置由工業過程校準器和溫度傳感器等組成，標準器的測量范圍：-80～100 ℃，誤差小于±0.5 ℃。

校準點一般應選擇高壓氧艙溫度適用范圍的下限、上限及中間點，也可根據用戶需要選擇實際常用的溫度點。校準點的位置應分布在高壓氧艙工作室內的三個校準面上，校準點與工作室內壁的距離不小于各邊長的1/10，遇風道時此距離可加大，但不能大于500 mm。溫度校準點的布置原則為能夠詳細地描述整個工作室內的溫度分布。當高壓氧艙容積小于2 m3時，溫度校準點為9個；當容積大于2 m3時，溫度校準點為15個；當工作容積大于50 m3時，校準點可適當增加。

使用工業過程校準器配標準溫度傳感器，將標準溫度傳感器與艙內被校溫度傳感器放在同一位置，壓力為定值，同時記錄各溫度在穩壓時的數據。

3.4 壓力校準

壓力校準中標準裝置由全自動壓力校準器等組成，測量范圍：0～4 MPa，誤差小于±0.05%。

校準點一般應選擇高壓氧艙壓力適用范圍的下限、上限及中間點，也可根據用戶需要選擇實際常用的壓力點。壓力校準點的位置應放置在高壓氧艙工作室內中心處。

使用全自動壓力校準器，將校準器的管道與被校處的管道接口相連，記錄各部分的壓力值。

3.5 升降壓速率校準

校準過程中使用的標準裝置由全自動壓力校準器、秒表等組成，測量范圍：0～4 MPa，誤差小于±0.05%。

校準點一般應選擇高壓氧艙壓力適用范圍的下限、上限及中間點，也可根據用戶需要選擇實際常用的壓力點。壓力校準點的位置應放置在高壓氧艙工作室內中心處。

使用全自動壓力校準器接標準器，放置在艙內，打開進氣閥，使艙壓由常壓升至大于0.02 MPa，用秒表測出升壓所需時間。打開進氣閥，使艙壓預置在0.2 MPa，關閉進氣閥，打開排氣閥，將艙壓降至小于0.18 MPa，用秒表測出降壓所需時間。通過公式計算出升降壓速率。

式中：V——升降壓速率；

p——測量壓力；

p原——初始壓力；

t——測量時間

3.6 噪聲校準

噪聲校準的標準裝置由聲級計等組成，測量范圍：0～130 dB，誤差小于±1.5 dB。

校準點一般應選擇高壓氧艙噪聲適用范圍的下限、上限及中間點，也可根據用戶需要選擇實際常用的噪聲點。校準點的位置應均勻分布在活動床的頭部位置或離高壓氧艙地坪1 m高且距噪聲源1 m遠的測點上。

使用誤差小于±1.5 dB的Ⅱ級聲級計，校準單人高壓氧艙時，聲級計放置在活動床的頭部位置；校準多人高壓氧艙時，聲級計放置在離高壓氧艙地坪1 m高且距噪聲源1 m遠的測點上。

3.7 氧濃度校準

氧濃度校準的標準裝置由測氧儀等組成，測量范圍：0～30%VOL，誤差不超過±0.5%。

校準點一般應選擇高壓氧艙氧濃度適用范圍的下限、上限及中間點，也可根據用戶需要選擇實際常用的氧濃度點。校準點的位置應均勻分布在高壓氧艙工作室內。

使用手持式測氧儀，把取樣裝置放在艙內，在艙壓為最高工作壓力時，供氧壓力按規定設定，在校準中，記錄測氧儀的示值。

4 測量不確定度評定

本文以校準NG160/390A型的高壓氧艙為例進行測量不確定度評定。根據GB/T 12130-2005的要求，空氣壓縮機出氣口溫度小于37 ℃，遞物筒鎖定壓力小于0.02 MPa，艙內供氣時噪聲小于65 dB(A)，艙內氧濃度小于23%。

4.1 不確定度來源分析

1）測量重復性引起的不確定度分量，可以通過多次獨立重復性測量，采用A類方法評定。

2）由標準器不準引入的不確定度分量，按B類方法評定。

4.2 測量模型建立

高壓氧艙、標準器校準過程都使用數顯表，直接給出測量值。因此，測量模型為

F實=Fx

式中：F實——實際值；

Fx——測量表示值

4.3 標準不確定度評定

1）測量重復性引入的標準不確定度

對高壓氧艙的各項參數進行重復測量，由測量重復性引入的標準不確定度u1和u2可采用A類評定方法進行評定。在環境溫度20 ℃、相對濕度60%的校準條件下，對被校高壓氧艙進行空氣壓縮機出氣口溫度、遞物筒鎖定壓力、艙內供氣時噪聲和艙內氧濃度分別進行10次獨立測量，測量結果如表1～4所示。

表1 空氣壓縮機出氣口溫度10次獨立測量結果 單位：℃

表2 遞物筒鎖定壓力10次獨立測量結果 單位：MPa

表3 艙內供氣時噪聲10次獨立測量結果 單位：dB(A)

表4 艙內氧濃度10次獨立測量結果 單位：%

計算空氣壓縮機出氣口溫度10次獨立測量結果的算術平均值為

取單次測量標準偏差作為標準不確定度，式中n=10：

其余各項10次獨立測量結果的算術平均值（計算方法同上）見表5。

表5 其余各項的計算結果

2）由數顯表測量誤差引入的不確定度分量

校準過程中使用的標準器經過上一級量值傳遞檢定合格，根據其技術參數進行不確定度評定。這里以溫度為例，其他各項技術參數類同。

空氣壓縮機出氣口溫度示值誤差引入的不確定度評定：

3）合成標準不確定度的評定（以溫度為例）

分析考察不確定度分量u溫1、u溫11可知，各輸入量之間均為獨立，互不相關。因此，合成不確定度uc可采用方和根方法合成：

4）擴展不確定度的評定（以溫度為例）

一般情況下取包含因子k=2，擴展不確定度為U=kuc，則可得到擴展不確定度：

U溫=2×0.54 ℃=1.08 ℃

5）其余各項技術參數的結果見表6。

表6 其余各項技術參數的計算結果

5 結語

醫用高壓氧艙量值的穩定與否同病人的安危息息相關，因此，對其進行定期的校準十分必要。本文提出了對醫用高壓氧艙的性能參數技術指標進行校準的方法，同時給出了對不同參數技術指標的測量數據及不確定度評定。