多參數監護儀檢定裝置不確定度評定

鄭冬梅

（崇左市計量測試研究所，廣西 崇左 532200）

1 概述

1.1 檢定依據

《多參數監護儀》（JJG 1163—2019）檢定規程。

1.2 環境條件

實驗室溫度為（20±3）℃，相對濕度不大于70%，無振動和電磁干擾。

1.3 檢定標準器具

名稱：生命體征模擬儀；型號：ProSim8p；廠家：FLUKE；編號：3225012。

該器具的最大允許誤差如表1所示。

表1 器具最大允許誤差[1]

1.4 被檢對象

名稱：多參數監護儀；型號：eMP10；廠家：深圳邁瑞；編號：AC7-03004706。

1.5 檢定方法

按規程要求，具體檢定方法如下：

（1）生命體征模擬儀與監護儀連接，在監護儀的Ⅱ導聯上進行心電電壓示值誤差檢定，監護儀增益為10 mm/mV，標準器輸出電壓為1.0 mV、頻率為2.0 Hz的方波信號到監護儀。

（2）用醫用膠管和三通把被檢監護儀、袖帶（袖帶扎在一個金屬圓柱體上）、生命體征模擬儀連接起來組成檢定系統，檢定時將監護儀調節至靜態壓力測試模式，由生命體征模擬儀輸出標準壓力值至需要的測量點，讀取監護儀示值與生命體征模擬儀示值，被檢監護儀示值減去生命體征模擬儀示值即為所得的示值誤差[2]。

（3）標準器呼吸率發生裝置的呼吸率設置為20次/min，CO2標準氣體濃度為5.0%體積百分比，采用CO2標準氣體、呼吸率發生裝置和被檢多參數監護儀的CO2模塊搭建好檢定系統，記錄監護儀讀取的測量結果，通過氣壓計顯示的大氣壓計算出CO2濃度標準值，二者之差為二氧化碳濃度示值誤差。

2 心電電壓示值誤差測量結果不確定度

2.1 建立數學模型

式中：δV為電壓測量誤差（%）；Vi為監護儀心電電壓測量結果（mV）；Vo為生命體征模擬儀輸出心電電壓值（mV）。

由于各輸入量之間不相關，即r（Vi，Vo）=0，則合成不確定度可以表示為：

2.2 標準不確定度分量的計算

2.2.1輸入量Vi的標準不確定度u（Vi）

主要來源：被檢監護儀的電壓測量重復性和鋼直尺分辨率引入的不確定度分量[3]。

（1）測量點：被檢監護儀增益為10 mm/mV，標準器輸出電壓為1.0 mV、頻率為2.0 Hz的方波信號到監護儀，在重復性條件下進行10次測量，采用A類方法進行評定，測量結果如表2所示。

表2 輸入量Vi測量結果

根據公式：

由于單次測量為報出結果，電壓幅度測量重復性引入的不確定度分量為：

（2）鋼直尺的分度值為0.5 mm，因此由鋼直尺分辨率引入的不確定度分量為：

由于應在u1（Vi）和u2（Vi）中取較大者，因此可以只納入鋼直尺分辨率引入的不確定度：

2.2.2 輸入量Vo的標準不確定度u（Vo）

根據標準器校準結果，在該測量點不確定度Urel=1.2%，k=2，按B類評定，Vo的標準不確定度為：

在1 mV測量點，Vo=1 mV，10次測量平均值得Vi=0.977 mV，所以靈敏系數為：

2.3 合成標準不確定度

不確定度分別來源于鋼直尺分辨率u（Vi）和標準器u（Vo），其具體數值及靈敏系數如表3所示。

表3 標準不確定度一覽表

2.4 擴展不確定度

2.5 驗證

3 靜態壓力示值誤差測量結果不確定度

3.1 建立數學模型

式中：Δp為靜態壓力示值誤差；p為監護儀靜態壓力示值；po為無創血壓模擬儀輸出壓力值。

由于各輸入量之間不相關，即r（p，po）=0，則合成不確定度可以表示為：

3.2 標準不確定度分量的計算

3.2.1 輸入量p的標準不確定度u（p）

輸入量p不確定度的來源是監護儀的測量重復性及分辨率。

（1）測量重復性可通過重復測量得到，采用A類方法進行評定。以240 mmHg檢定點做詳細評定，連續測量10次，測量結果：241、240、241、241、240、241、241、241、240、241 mmHg。

單次實驗標準差：

實際情況中，也是以單次測量值作為測量結果，則輸入量p的標準不確定度為：

（2）監護儀分辨率不確定度。儀器的最小分辨率刻度為1 mmHg，屬均勻分布，采用B類方法進行評定：

因為監護儀分辨率引入的不確定度大于測量重復性引入的不確定度，所以輸入量p的標準不確定度u（p）=u2（p）=0.58 mmHg。

3.2.2 輸入量po的標準不確定度u（po）

輸入量po的不確定度主要來源于標準器不確定度，可根據證書給出的定值不確定度來評定，因此采用B類方法進行評定。

標準器校準結果靜態壓力不確定度U=0.10 kPa（0.75 mmHg），故：

3.3 合成不確定度的評定

不確定度分別來源于監護儀分辨率u（p）和標準器u（po），其具體數值及靈敏系數如表4所示。

表4 標準不確定度一覽表

3.4 擴展不確定度

取包含因子k=2，則相對擴展不確定度為：

4 呼末二氧化碳濃度示值誤差測量結果不確定度

4.1 建立數學模型

式中：ΔD為呼末二氧化碳濃度示值誤差；D為呼末二氧化碳濃度測量結果；Do為呼末二氧化碳標準值。

由于各輸入量之間不相關，即r（D，Do）=0，則合成不確定度可以表示為：

4.2 標準不確定度分量的計算

4.2.1 輸入量D的標準不確定度u（D）

輸入量D不確定度的來源是監護儀的測量重復性及分辨率[4]。

測量重復性可以通過重復測量得到，采用A類方法進行評定。按檢定規程，采用二氧化碳濃度為5.0%體積百分比的標準氣體（對應38 mmHg，大氣壓為760 mmHg的條件下）進行檢定，呼吸率測量點為20次/min，記錄監護儀顯示的呼末二氧化碳濃度，在重復性條件下進行10次測量，測量結果如表5所示。

表5 輸入量D測量結果 單位：mmHg

測量平均值為38.19 mmHg，利用貝塞爾公式可得單次測量結果的實驗標準差為：

呼末二氧化碳濃度測量重復性引入的相對不確定度分量為（n=3）：

多參數監護儀的呼末二氧化碳顯示分辨率為0.1 mmHg，其引入的不確定度分量為：

故u（D）=max{ua（D），ub（D）}=0.37 mmHg。

4.2.2 輸入量Do的標準不確定度u（Do）

主要來源：示值最大允許誤差以及氣壓計的準確度等級[5]。

實驗室氣壓計顯示的大氣壓為769.661 mmHg，可以計算得到呼末二氧化碳濃度標準值為：

根據規程中要求，二氧化碳標準氣體濃度最大允許誤差為±2%，按照均勻分布，此不確定度分量為：

規程中對氣壓計準確度等級的要求是0.1，由此帶來的不確定度分量為：

4.3 合成不確定度的評定

不確定度分別來源于監護儀重復性u（D）和標準器u（Do），其具體數值及靈敏系數如表6所示。

表6 標準不確定度一覽表

4.4 擴展不確定度

取包含因子k=2，則相對擴展不確定度為：

5 結語

以上為多參數監護儀心電電壓示值誤差、靜態壓力示值誤差、呼末二氧化碳濃度示值誤差的不確定度分析，其不確定度均符合開展檢定項目需求。不確定度的分析，建立數學模型是關鍵，然后再根據數學模型確定測量不確定度的來源。每一位分析者對各分量的理解不同，分析過程會存在差異，因此不確定度的分析沒有標準答案，比如在測量過程中，對環境影響因素的認識不恰如其分或對環境條件的控制不夠完善，對儀表的讀數存在人為誤差等，都會影響到測量結果。本文通過認真研究分析，為各位一線技術工作者提供了該項目分析方法的可靠依據。