可達矩陣分析法在血透機進水模塊元器件相互影響的研究

李真，馬憲禮（通信作者），李云，張福安

1 江蘇省蘇北人民醫院 （江蘇揚州 225001）；2 揚州大學 （江蘇揚州 225009）

血透機已成為臨床治療腎功能衰竭患者普遍且有效的工具，其主要功能為幫助腎臟疾病患者排出血液中毒素、去除多余水份、調節pH 及電解質平衡。血透機內部控制系統傳感器種類較多，透析液溫度、電導率、壓力、流量等參數存在一定相互影響[1]。可達矩陣是表示系統要素間任意次傳遞性二元關系或有向圖上兩個節點間通過任意長路徑可達到情況的方陣。若在血透機元器件A 功能要素Si和元器件B 功能要素Sj間存在某種傳遞性二元關系，或在有向圖上存在著由節點i 至j 的有向通路時，則稱Si是可以到達Sj的。本研究采用可達矩陣分析方法以血透機進水模塊各元器件的影響為研究方向進行分析。

1 進水模塊基本構成

血透機進水加熱系統的除氣回路主要由除氣旁路閥（VEB）、除氣壓力傳感器（PE）、除氣室（EK）、除氣泵（EP）、加熱前溫度傳感器（TSHE）、雙級加熱器（H）、除氣溫度傳感器（TSE）等元器件構成圖1。除氣壓故障會影響除氣泵的轉速，同時加熱器和溫度傳感器均會受到影響，EK 漏氣及VEB開關會影響除氣壓變化，造成后續連鎖反應。2 個溫度傳感器出現故障，會影響加熱器功率，從而影響對方加熱傳感器，具體元器件互相影響，見表1。

表1 元器件互相影響鄰接矩陣

圖1 血透機進水加熱系統的除氣回路

2 可達矩陣分析法

通過對血透機進水加熱系統結構原理分析，對元器件相關影響確認后得出鄰接矩陣、可達矩陣、可達集、先行集、共同集和起始集并對計算結果進行級位劃分[2-3]，結合醫學工程實際情況對本次計算結果進行驗證。VEB、PE、EK、EP、TSHE、H、TSE 分別記為1、2、3、4、5、6、7。可達集R（Si）是在可達矩陣中由系統要素（Si）可到達的要素所構成的集合；先行集A（Si）是在可達矩陣中可到達Si的諸系統要素構成的集合；共同集C（Si）是Si在可達集和先行集的共同部分；系統要素集合S的起始集B（S）是在S 中只影響（到達）其他要素影響（不被其他要素到達）的要素所構成的集合。例如，VEB 發生故障會對VEB、PE、EP、TSHE、H、TSE 產生影響，即對應的R（Si）為1、2、4、5、6、7；VEB、PE、EK、EP 發生故障會對VEB 產生影響，即對應的R（Si）為1、2、3、4；Si在可達集和先行集的共同部分C（Si）為1、2、4；EK 發生故障對其他元器件功能造成影響，其他因素不能影響EK 的功能，因此E 對應的B（S）為3，其他元器件對應的B（S）數值為空。以此可類列出所有元器件的可達集、先行集、共同集。區域內級位劃分是建立多級遞階結構模型的關鍵，即確定某區域內各要素所處層次地位的過程。P 是由區域劃分得到的某區域要素集合，其最高級要素即該系統的終止集要素。級位劃分的方法如下：確定整個系統要素集合的最高級要素后，可將將其去掉，再求剩余要素集合的最高級要素，直至確定出最低一級要素集合（即Ll）。P1-L0后，C（Si）=R（Si）的要素為5、6、7（用√標記出），因此L1={S5、S6、S7}。以此類推，L2={S1、S2、S4}，L3={S3}。該區域進行級位劃分的結果為Π（P1）=L1，L2，L3={S5、S6、S7}，{S1、S2、S4}，{S3}。可達集、先行集、共同集、起始集列表及極位劃分表，見表2。繪制出遞階結構模型圖，見圖2。

表2 可達集、先行集、共同集、起始集列表及極位劃分表

圖2 級位劃分

3 故障案例

3.1 故障一

3.1.1 故障現象

在透析過程中貝朗血透機黃燈報警，提示“除氣壓力低”。

3.1.2 故障分析與處理

除氣壓PE 為-241 mmHg，除氣泵轉速顯示3 000 r/min，配合護士將患者回血下機，使用備用機將患者重新上機，開始對除氣部分進行檢修。除氣室的氣密性為第3 級，即起始集，除氣室的密封性能出現故障會導致抽負壓困難，使TSE 示數出現不穩定，在負反饋的作用下除氣泵轉速增大；漏氣嚴重會造成管路進入氣泡，造成溫度傳感探測溫度偏差，加熱絲功率也會受到影響。因此除氣室的氣密性為除氣故障首先需要考慮因素[4]。除氣室玻璃管破裂可導致漏氣，玻璃管路兩端的橡膠密封圈老化也會導致漏氣。正常透析過程中，除氣泵轉速約為1 800 r/min，除氣壓PE 應為-550 mmHg 左右，此時除氣泵轉速雖快，但壓力無法到達-550 mmHg左右，說明除氣室模塊存在漏氣現象。使用血管鉗夾閉除氣室一端硅膠管路，另一端連接注射器打入空氣，發現除氣室底部有氣泡冒出，結果為除氣室的玻璃管破裂。更換除氣室玻璃管后，自檢狀態下，除氣壓和除氣泵速正常。

3.2 故障二

3.2.1 故障現象

貝朗血透機在消毒階段，消毒時間停滯。

3.2.2 故障分析與處理

消毒階段，血透機消毒時間停滯，除氣泵、正負壓泵停轉，點開工程師界面，PE 顯示128 mmHg，加熱絲功率顯示為0%，打開除氣部分機艙門，有液體滲漏，發現除氣泵連接的不銹鋼腔體有液體飛濺出，導致除氣壓傳感器被淋濕。漏水使除氣壓力傳感器PE 參數偏移為正值，最終導致各種泵體和加熱絲進入待機保護。VEB、PE、EP 三部分互相影響，如VEB 開關失敗，會影響PE 示數，從而影響EP 轉速；PE 示數不穩定或監測數據有偏差會造成EP 轉速不穩定，也會影響VEB 關斷；除氣泵轉速不準確或性能不夠會造成PE 示數不穩定及影響VEB 開關。VEB、PE、EP 為第2 級，受第3 級除氣室影響。關機后，拆卸除氣泵腔體發現腔體破裂，進行配件更換，使用吹風機對進水部分進行干燥，特別對連接除氣壓傳感器的排線進行干燥處理。完畢后，開機進入沖洗界面，除氣泵運轉且腔體無漏液，PE 顯示-83 mmHg 處于正常區間，正負壓泵、AB 濃縮液泵、超濾泵正常運轉，執行自檢程序通過，執行消毒程序通過，故障排除。

3.3 故障三

3.3.1 故障現象

貝朗血透機紅燈報警，提示透析液“溫度太低”。

3.3.2 故障分析與處理

TSE 顯示36.5 ℃，但B 濃縮液溫度傳感器TSBIC 和透析液溫度傳感器TSD、TSD_S 分別顯示32.2、32.1、32.1℃。貝朗血透機在上機前10 min 由TSE 控制整體管路溫度，當設定透析液為36.5℃后，管路中所有傳感器都應穩定在36.5℃左右，此時TSE 顯示溫度和其他傳感器顯示的溫度有較大差距，初步判定為TSE 出現過高偏移。TSE 示數偏移，導致血透機溫度報警。TSHE、H、TSE 三部分互相影響，加熱絲的功率會直接影響溫度傳感器，溫度傳感器任何一項示數有漂移都會影響加熱絲工作，進而影響另一個溫度傳感器的探測示數。此3 部分為第1 級，受第2 級元器件直接影響，受第1 級除氣室間接影響。當TSE 顯示為36.5 ℃時，加熱絲停止工作，實際未達到設定溫度，此時其他溫度傳感器會將低溫現象反饋給血透機，產生低溫報警。配合護士將患者回血下機，使用備用機將患者重新上機，開始對TSE 進行檢修。先對TSE進行溫度定標，進入沖洗界面，TSE 數據和其他傳感器監測的數據仍有差距。更換TSE 并定標，沖洗和自檢狀態下，所有溫度都穩定且相近，自檢溫度合格，故障排除。

4 總結

進水除氣模塊是血透機控制系統的基礎保障，血透機在自檢或治療狀態下的數據診斷界面，選擇主要的參數予以羅列，包含了溫度、電導率、壓力、流量、漏血系數等。本研究使用可達矩陣分析法對血透機的部分系統進行分析并繪制出遞階結構模型圖，為血透機進水除氣模塊的故障排除提供了一定思路，具有一定成效[5]。后續會繼續學習系統工程的相關研究方法，對重要傳感器參數進行模型化分析，發現設備元器件、參數間更多潛在聯系，充分保障血透機參數穩定，最終使得透析醫療質量得到提高。