STERRAD 100S低溫過氧化氫氣體等離子滅菌系統的運行維護與故障處置

閆世文 徐輝煌

摘? 要：過氧化氫氣體等離子滅菌技術較好地解決了熱敏材料的醫療器械滅菌和消毒的難題，從而能夠很好地被應用在手術室器械的消毒環境中。因此，為了保障等離子滅菌設備的質量與性能，醫療器械工程師應該安排好此類設備的維護與維修。該文通過闡述強生STERRAD 100S過氧化氫氣體等離子滅菌系統的工作原理，并對設備維護、維修相關方法進行探討，以期對工程師解決相似故障時做出參考。

關鍵詞：過氧化氫? 等離子滅菌? 維護維修? 故障處理

Abstract：The hydrogen peroxide gas plasma sterilization technology better solves the problem of sterilization and disinfection of heat-sensitive materials for medical devices， so that it can be well applied to the disinfection environment of instruments in operating room. Therefore， in order to ensure the quality and performance of plasma sterilization equipment， medical device engineers should arrange the maintenance and repair of such equipment. This article explains the working principle of Johnson's STERRAD 100S hydrogen peroxide gas plasma sterilization system， and discusses related methods of equipment maintenance and repair， so as to make reference to the engineers when solving similar problems.

Key Words： Hydrogen peroxide; Plasma sterilization; Maintenance; Troubleshooting

隨著醫學技術的飛速發展，越來越多的醫療器械應用到手術當中，做好手術器械的消毒與滅菌工作是醫院感染控制[1]的重要手段。手術室常用到的濕熱敏感類器械、精密器械、腔鏡器械和銳利器械等無法耐受高溫高壓，對這些器械的消毒滅菌變得尤為重要。過氧化氫等離子滅菌器具有低溫低壓等優點，很好地滿足此類器械的滅菌要求[2]。低溫過氧化氫等離子滅菌主要通過分解H2O2釋放出原子態氧來滅菌，H2O2在高頻電場作用下進行電離，在真空環境中形成了大量等離子，這些等離子具有極高的熱能，能使微生物、蛋白質、核酸等物質氧化，擊穿物質的外壁，短時間內達到較好的滅菌效果[3]。

該醫院于2015年購入該套設備，并于2019年進行首次維保，該設備已成為該醫院手術室器械滅菌的重要輔助設備之一。該文以STERRAD 100S低溫過氧化氫氣體等離子滅菌系統為例，介紹其工作原理和系統相關維護，并就使用過程中產生的問題以及文獻檢索進行匯總分析。

1? 工作原理

STERRAD 100S低溫過氧化氫氣體等離子滅菌系統（下文簡稱滅菌系統）利用雙循環保證滅菌效果，過程主要為4階段：預等離子期、第一滅菌期、第二滅菌期和通風期。

預等離子期分為預等離子、通風、真空這3個步驟。首先，系統抽空滅菌艙內空氣，艙內壓力從大氣壓逐漸降至500 mtorr，在艙壓降至700 mtorr時輸出等離子能量。等離子輸出時，艙壓被真空閥控制到500 mtorr左右，此時將艙內物品預熱并去除少量水分。預等離子結束后，通風閥打開，艙壓恢復到大氣壓后，真空泵再次打開，將艙壓降至400 mtorr，然后進入第一滅菌期。

第一滅菌期包括注射期、擴散期、等離子期。當艙壓達到400 mtorr時，開始注射濃度為58%的過氧化氫溶液到蒸發器中[4]，H2O2溶液在蒸發器中形成氣體進入滅菌艙。H2O2裝在卡匣膠囊當中，注射期艙壓必須介于6～14 torr之間。其次，空氣經過通風閥（HEPA）進入艙內，壓力恢復至大氣壓，短循環2 min，長循環10 min，通過氣壓使H2O2能夠進入細長管腔和鉸合面進行滅菌。此時進入等離子階段，艙壓從大氣壓降至500 mtorr，持續5 min。每次艙壓達到要求時，持續發生射頻，射頻促進H2O2的分解有助于殺死微生物，射頻持續2 min，H2O2的分解最終產物是水和氧氣，為了加強滅菌與分解H2O2效果，等離子期發生器的輸出功率為380～420 W，阻抗為25 Ω。最后，等離子電源關閉，艙壓從500 mtorr降至400 mtorr，降壓時間小于5 min。

第二滅菌期與第一滅菌期完全一致，等離子期結束后即進入通風期。此時，通風閥打開，空氣經過HEPA進入艙內，艙內壓力逐漸恢復至大氣壓，通風時間小于30 s。打印機開始打印循環數據，整個滅菌循環結束，滅菌物品可以取出。整個消毒過程短循環持續51 min，長循環持續72 min[5]。

2? 系統與維護

該節介紹滅菌系統結構和維護方法。滅菌系統結構包括AC電源模塊、控制模塊、操作面板、門感應器控制板、氣動控制組件、氣動控制板、滅菌艙門、滅菌艙、注射系統、注射系統控制板、真空系統和等離子系統。

2.1 電源模塊

AC電源模塊輸入是380～415 V、50 Hz的三相五線電源，該模塊為整個滅菌系統提供工作電源。模塊具有斷路器（過流保護開關）、熱動繼電器（1.8 A額定電流）、電機啟動器、電流分配板。斷路器指示狀態有助于判斷滅菌系統故障，依次為CB-1（主開關斷路器）、CB-2（蒸發器與電流安全，額定電壓24 V斷路器）、CB-3（控制模塊斷路器）、CB-4（門加熱器斷路器）、CB-5（空氣壓縮泵及通風閥斷路器）、CB-6（艙體加熱器斷路器）、CB-7（等離子電源斷路器）。電流分配板則是對各子系統供電的接口板，分別有艙體及門加熱器、真空泵、通風閥、蒸發器（注射閥）加熱等。電源板上的CR-2代表電機啟動繼電器，CR-3代表熱動繼電器。

2.2 控制與操作模塊

控制模塊由主控制板（CPU PWA）、輸入及輸出板和模數轉換板組成，輸入是220 V，輸出+5 V、+12 V與-12 V。其中，+12 V，6.5 A供給多路閥、步進馬達、打印機、注射系統驅動馬達等。該模塊控制著電流分配板、等離子系統、多路閥及真空閥、氣動控制板、控制面板、注射系統、門位置感應器、壓力表與熱敏感應電阻等部件的工作狀態。

操作面板控制操作按鍵、滅菌階段指示燈、LCD顯示屏、打印組件、打印控制板。門感應器控制板利用光學傳輸感應器來探測門移動情況，監測艙門是否到達頂部。

2.3 氣動控制模塊

氣動控制組件控制儲氣瓶、空氣壓縮泵、壓力開關、排水閥、氣壓表和4通道氣壓分配閥、速度控制閥、注射密封底座、門移動活塞等組件;氣動控制板控制著門位置感應器、門移動閥、注射動力閥、真空開關、卡匣收集盒、回油閥等。

2.4 滅菌艙模塊

滅菌艙是圓桶形密封圈艙體，內部有等離子電極網并通過雙芯銅線連到等離子模塊，下部和真空模塊相連，通過環繞在外部的加熱條加熱到42 ℃～50 ℃，并且頂部安裝有注射閥。滅菌艙門的門位置感應器探測門閉合與移動，移動受到儲氣瓶內氣壓的影響。

2.5 注射模塊

注射模塊包括注射泵、注射閥。在卡匣放入后，被自動移到第一個膠囊，注射閥主要控制針頭刺穿膠囊，使H2O2溶液氣化進入艙體。注射系統控制板能對卡匣定位，控制注射系統、卡匣入口和條碼閱讀器，與蒸發器感應器和艙門頂部位置感應器相連接。

2.6 真空與等離子模塊

真空模塊由真空泵、通風閥、排氣過濾器、油氣分離器、多路閥及真空閥、HEPA過濾器、滅菌艙、真空壓力表組成。真空泵真空度最低可達1 mtorr，多路閥在等離子期控制艙內壓保持在500 mtorr左右，真空壓力表通過12 V直流供電，最大量程可達15 torr。低頻等離子系統通過110V AC供電，能夠輸出400 V、50 kHz電源。

對該套設備的定期維護有助于滅菌系統的穩定運行，工程師需按期檢查系統的回油過濾器、通風過濾器、多路閥、通風閥和連接軟管等部件并且進行相應的電氣測試。電氣測試一般分為電壓測試、溫度測試、負壓表零點測試、等離子及泄露測試、注射系統測試等。

電壓測試中，主要測量各個位置的加熱器確認電阻或輸入電壓是否正常，以及分別測量門、艙體、蒸發器的電阻和加熱電流。溫度測試中，需測試兩個點即門和機器后側滅菌艙體的溫度，確保溫度在要求范圍內。負壓表零點測試中，把校準過的電子負壓表接到機器，進入維修菜單的“BARATRON ZERO TEST”項，等待艙壓到達100 mtorr時，確認負壓表的讀數與機器屏幕的讀數差別應在30 mtorr內。等離子及泄露測試中，連接好等離子測試盒，進入維修模式的“RF/LEAK TEST”，選擇無須注射模式。當等離子發生器工作，讀取機器屏幕與萬用表的讀數，確保其在正常范圍內，等離子測試結束后機器自動進行泄露測試，結束即自動打印結果。注射系統測試中，先用薄插片檢查卡匣軌道寬度，接著進入維修菜單，選擇“CASSETE TEST”項，依提示放好卡匣，使用電表頻率檔測試注射泵控制板上的STEPS與GND兩針腳間的頻率，調整注射系統右側電路板上的可調電阻，確保卡匣速度頻率在400 Hz。其次，選擇測試菜單“SLOT TEST”，更改定位點至10，插入卡匣進行測試，確保卡匣膠囊走位正常。正壓系統測試中，觀察正壓泵是否在60 Psi啟動，在80 Psi停止工作。根據機器的使用頻率，還應定期清潔H2O2氣閥和蒸發托盤，系統維護完畢后，需進行一次空載循環。

3? 故障匯總及分析

滅菌系統在使用中如果操作不當或者系統自身發生故障，均會造成滅菌循環取消。針對系統在使用中循環取消的現象，該文匯總了該系統常見故障的成因，對不同階段的循環取消原因進行小結，以期對醫學工程人員在處置類似故障時提供參考，具體見表1。

真空期中的①型循環取消原因的前3種情況主要判斷為裝載物的水分過多，取消時間約為8 min左右。用手觸摸物品，如果溫度較冷則濕度較高，有明顯水分的應加強干燥。②型取消原因多為裝載物品過多導致系統無法在規定時間達到設置的真空度，取消時間多為25 min以后，應減少裝載物后重新啟動滅菌程序。③型取消原因鑒別方法為：首先，檢查設備右側下方電源控制終端器，若綠色按鈕已跳出，則按下按鈕使之復位。其次，檢查裝載物是否觸碰艙門或艙壁，如是應調整后重新滅菌。

注射期取消有以下情況：（1）滅菌物品中含布、紙等吸附性的材質;（2）H2O2注射孔長期未清潔，噴射孔堵塞;（3）裝載物過載，有過量的電鉆和電池;（4）注射針可能堵塞、斷針或卡匣錯位，此時打印信息顯示“pressure<1 torr”。對于“Injection stage press>15 torr cycle cancelled”的報錯，文獻[5]指出故障核心點在于針頭斷裂和腐蝕嚴重，無法準確插入膠囊，因此需要更換注射針。

擴散期中的①型取消原因是擴散器壓力低，文獻[6]指出核心故障點在于I/O數字電路板未能成功發出控制信號指令，導致設備參數正常卻無法執行多項指令。等離子期中的①型取消原因為：（1）滅菌艙和電極間有異物;（2）系統斷電或是電源缺相等。通風期報錯“Vent timeout”，文獻[7]指出核心故障點是空氣壓縮泵長時工作導致組件磨損嚴重，因此通風超時。

對于其他問題中的①型中無法開、關門，有兩種處置方法：（1）按“Cancel”鍵后稍等片刻，設備可自行開關門;（2）檢查側面的終端器，將CB-5鍵重新復位，再主控復位，設備可自行開關門。如故障不解除，應該檢查空氣壓縮泵。針對②型提示的信息，由于滅菌系統每年需2次保養，時間間隔為半年期和一年期，設備會在需保養時前一個月打印紅色提醒信息，保養完畢后自動取消提醒。

4? 結語

為了確保滅菌系統的穩定運行，醫學工程人員應該熟悉設備運行原理，要定期做好設備的維護和保養工作，將儀器維持在良好的工作狀態中。遇到系統故障時，要利用好相關資料和結合儀器原理，仔細、快速地準確判斷故障所在并能正確處理，使儀器及時恢復正常運轉。

參考文獻

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