目前用于清洗腔內手術傷口的沖洗泵本身不帶溫度控制功能, 都是使用預先加熱好的沖洗液。醫用恒溫沖洗泵系統直接抽取室溫的沖洗液, 并沖出固定流量且溫度符合手術要求的沖洗液, 實現了流量控制和水溫控制兩大功能的結合。醫用恒溫沖洗泵系統主要包括沖洗部分、溫度控制部分、液晶顯示部分、按鍵輸入部分和異常監測部分。先介紹系統各部分的設計方法和原理, 再說明系統參數的調試方法, 最后根據實驗結果討論了系統的性能。
引用本文： 阮宏宇, 葛斌, 嚴榮國, 韓雪飛. 醫用恒溫沖洗泵系統的設計. 生物醫學工程學雜志, 2015, 32(2): 368-372. doi: 10.7507/1001-5515.20150067 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《生物醫學工程學雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
引言
做腔內手術時，需要用37℃的無菌沖洗液清洗相關部位的污物。手術要求用于清洗的沖洗液水溫在(37±1)℃范圍內，若水溫過高或過低，會引起患者的不適，甚至危害患者的健康。目前部分醫院用恒溫箱預先將沖洗液加熱并保溫，再在手術時取出使用。加熱控制沖洗液溫度的設備和沖洗設備分離，使用起來比較不方便。恒溫沖洗泵系統將溫度控制部分和沖洗部分結合起來，以實現即時使用。沖洗部分以預設定的流量抽取待加熱的室溫沖洗液，并經過溫度控制部分處理后沖出。溫度控制部分將抽取的室溫沖洗液加熱控制在(37±1)℃，再由沖洗部分沖出。由于手術時間并不能準確地預估，如果用恒溫箱預先將沖洗液加熱并保溫，則可能需要較長的保溫時間。恒溫沖洗泵系統雖然也需要一段準備時間，使沖出的沖洗液溫度保持在(37±1)℃，但相比前述方法，準備時間已大大縮短。并且，單獨的沖洗設備并不具備溫度控制功能，如果在使用時沖洗設備中的沖洗液溫度發生變化，達不到手術的要求，則會影響手術的正常進行和患者的健康。恒溫沖洗泵系統既大大縮短了準備時間，又能實時控制沖洗液的溫度，并簡化了醫務人員的操作。
理想的恒溫沖洗泵系統要盡量縮短準備時間，并將沖出的沖洗液溫度控制在手術要求的范圍內。在保證安全的前提下，盡量簡化醫務人員的操作，提升儀器的技術指標。
1 系統的組成與設計
1.1 系統的組成
系統主要由沖洗部分、溫度控制部分、液晶顯示部分、按鍵輸入部分和異常監測部分組成。系統使用ATMEGA32單片機作為主控制器。系統的結構框圖如圖 1所示。
圖1
醫用恒溫沖洗泵系統框圖
Figure1.
Block diagram of medical constant temperature flushing pump system
箭頭方向表示信號傳輸的方向。主控制器接收按鍵輸入信號和異常情況信號，并發送信號控制LCD顯示和沖洗部分。而主控制器和溫度控制部分則有雙向的信號傳輸，主控制器可以從溫度控制部分讀取溫度信息，也可以向溫度控制部分發送信號以設定溫度控制部分的參數。
沖洗部分和溫度控制部分的結構框圖見圖 2。
圖2
沖洗部分和溫度控制部分結構框圖
圖中雙線表示電氣連接；單線表示結構連接；箭頭表示水流方向
Figure2. Block diagram of flushing part and temperature control partdouble line in the figure represents the electrical connection; single line represents the structural connections; arrows indicate the direction of flow
1.2 沖洗部分
沖洗部分用于抽取室溫的沖洗液，經溫度控制部分加熱后以固定的流量沖出37℃的沖洗液。它主要由12 V直流開關電源、主控制器、步進電機、步進電機驅動器、蠕動泵頭、塑膠軟管、加熱袋組成。加熱袋和溫度控制部分的加熱板接觸，它連接著一根進水管和一根出水管。蠕動泵頭裝在步進電機上構成蠕動泵，進水管裝在蠕動泵上[1]。蠕動泵帶動進水管抽取室溫的沖洗液，流經加熱袋加熱后從出水管沖出。流量的大小與步進電機的轉速成正相關。開關電源給步進電機驅動器供電，主控制器向步進電機驅動器發送頻率可調的方波信號以控制步進電機的轉速，進而控制流量的大小。即主控制器發送給步進電機驅動器的方波信號頻率決定了流量的大小。
ATMEGA32單片機的8位定時器具有脈沖寬度調制的功能。通過寄存器的配置，可以使單片機的OC0引腳輸出頻率穩定的方波信號，方波信號的頻率由寄存器參數設定[2]。這樣，沖洗液的流量就可以由單片機程序控制了。
1.3 溫度控制部分
溫度控制部分用于將流經加熱袋的沖洗液加溫至37℃。溫度控制部分由50 V直流開關電源、1 200 W加熱板、繼電器、溫控器、主控制器、傳感器組成。加熱板的介質為鋁合金，長和寬分別為25 cm和22 cm，厚度為1 mm。繼電器為帶散熱結構的固態繼電器。傳感器為Pt100。50 V的直流電壓串聯
繼電器給加熱板供電，加熱板緊貼加熱袋給流過的沖洗液加熱。傳感器貼在加熱板上并連接到溫控器，溫控器內置的功能可通過傳感器測量出加熱板的溫度。溫控器和單片機之間用RS485協議通信，具有很強的抗干擾能力。單片機可以讀取溫控器測得的加熱板溫度，也可以設置溫控器中加熱板的設定值。溫控器根據設定溫度值和測量溫度值，通過PID算法[3]輸出相應的脈沖以控制繼電器的通斷，進而控制加熱板的功率和溫度[4]。進水管和出水管分別貼上傳感器并連接到單片機，以便單片機測量初始水溫和出口水溫。從理論上說，在沖洗液初始溫度和流量固定時，沖洗液經固定溫度的加熱板加熱后流出來的溫度也是固定的。所以，如果要使沖洗液出來的溫度穩定在37℃，就需要通過反復的實驗找出對應加熱板的溫度。不同的初始溫度和流量所對應加熱板的溫度都不同。
溫度控制框圖如圖 3所示。
圖3
溫度控制框圖
Figure3.
Block diagram of temperature control part
把加熱板溫度而不是出水溫度作為反饋信號的主要原因是：從加熱板溫度變化到出水溫度變化有個較大的慣性，如果把出水溫度作為反饋信號會大大延長控制的穩態時間。而作為系統最重要的性能指標之一，穩態時間如果過長將會使系統的整體性能大打折扣。
由于出水溫度直接影響患者的健康，所以用主控制器進行實時監控。如果檢測到出水溫度過高或過低，則立即調整加熱板溫度，使出水溫度恢復到正常的溫度。如果出水溫度偏差太大以至于無法在短時間內恢復正常的溫度，則系統停止運行，即斷開加熱板并停止沖水，同時發出警報。
1.4 液晶顯示部分
液晶顯示部分由一個LCD12864電路模塊構成。單片機以同步串行通信的方式向液晶模塊發送數據，使液晶顯示相應的信息[5]。在系統運行時，液晶顯示系統的進水溫度、出水溫度和加熱板溫度。在系統進入設置狀態時，液晶顯示流量的設定值。
1.5 按鍵輸入部分
本系統的按鍵只有4個，所以采用獨立式的接口方式與單片機相連[6]。4個按鍵的名稱分別為“功能”“上”“下”“確定”。
“功能”鍵與單片機的外部中斷輸入引腳相連，按下后觸發中斷。此時沖洗部分和溫度控制部分都停止工作，系統處于參數設置狀態。“上”鍵和“下”鍵用于設置流量的大小。“確定”鍵用于保存設置好的流量值和退出系統的設定狀態。系統退出設定狀態后立即運行沖洗部分和溫度控制部分，并根據新設定的流量值調整加熱板的設定值。
1.6 異常監測部分
異常監測部分用來檢測系統運行中有無水管無水的現象。水管出現無水的現象意味著沖洗部分出現異常。而沖洗部分的異常會嚴重影響溫度控制部分，若不及時發現并處理，甚至會出現安全問題。檢測電路主要由單片機、蜂鳴器和紅外光電傳感電路模塊組成[7]。
檢測水管中是否有水，是根據光在空氣中和在水中具有不同的折射率。光在空氣中的折射率約為1，在水中的折射率為1.33。根據光的折射定律，入射角γ和折射角β滿足關系式[8]：
| $\sin \gamma /sin\beta=1.33/1$ |
當光線不垂直空氣和水的分界面時，光線就會偏離原來的方向。當水管中有水時，紅外光電傳感電路模塊輸出高電平。當水管中無水時，紅外光電傳感電路模塊輸出低電平。單片機查詢到低電平即判定水管中無水，繼而驅動蜂鳴器發出警報。
2 系統的調試和性能
2.1 流量的調試和性能
流量的大小由單片機寄存器的參數決定。流量調試的主要內容是通過實驗找出與設定流量相匹配的寄存器參數值，再測試此參數值對應的系統流量誤差。作者根據手術要求，為系統設定了200 mL/min和400 mL/min兩種流量。實驗中用自來水代替沖洗液，并使用精度為5 mL、最大量程為500 mL的量筒測量系統的流量。為了減小系統操作誤差和計時誤差等人為因素的影響，適當延長每次測量時間為3 min，每種流量測試10次。
測量結果如表 1所示。
表1
體積測量值
Table1.
Volume measurement value
由于第一組實驗中水的體積超過了量筒的量程，所以須分2次測量，由此造成的測量誤差會擴大1個精度單位。因此第一組10個實驗的體積范圍為585~605 mL。同理，第二組實驗須分3次測量，
由此造成的測量誤差會擴大2個精度單位。因此第二組10個實驗的體積范圍為1 185~1 215 mL。因此認為系統在設定流量為200 mL/min和400 mL/min時的實際流量為195~201.67 mL/min和395~405 mL/min是合理的。據此可以計算出實際流量與設定流量的最大誤差。
設定流量為200 mL/min的實際流量最大誤差為：
| $\left| {195-200} \right|/200=2.5\% $ |
設定流量為400 mL/min的實際流量最大誤差為：
| $\left| {395-400} \right|/400=1.25\% $ |
醫用恒溫沖洗泵系統對流量的精度要求并不是很高，這樣的精度完全能夠滿足手術要求。
2.2 溫度的調試和性能
溫度調試的工作就是通過實驗，找出與初始溫度和流量匹配的加熱板設定值，當加熱板穩定在該溫度時，出水溫度穩定在(37±1)℃。
根據傅里葉熱傳導定律：
| $\boldsymbol{q}=-k\nabla u, $ |
式中q為熱流密度，表示單位時間內從高溫介質傳向低溫介質的熱能大小；k為熱傳導系數，與介質的物理性質有關；為介質溫度的梯度向量場，即介質在單位距離上的溫度差[9]。公式(2)表明熱流密度的大小與介質溫度的梯度成正比。由于沖洗泵系統的加熱袋和加熱板的位置結構固定，所以和q的大小只與加熱板溫度和加熱袋內水的溫度有關。根據熱能守恒定律，Q=cm△T。Q為物體吸收的熱能，c為物體的比熱容，m為物體的質量，△T為物體升高的溫度值。當初始溫度一定時，流量越大，需要加熱板的溫度就越高。當流量一定時，初始溫度越低，需要加熱板的溫度就越高。
根據實際應用中沖洗液的儲存環境和使用環境，沖洗液的初始溫度在13~20℃。實驗時，每隔1℃分別測得兩種流量下與之對應的加熱板設定值，如表 2所示。
表2
各初始溫度和流量對應的加熱板溫度設定值
Table2.
Temperature set value of heating plate for every initial temperature and flowing rate
用于測量初始水溫的傳感器的精度為0.1℃，當初始水溫介于兩個整數之間時，采用四舍五入的方法處理就能得到符合要求的出水溫度。系統啟動后，先測量初始水溫，并結合設定的流量值設置相應的加熱板溫度。從系統啟動到出水溫度進入穩態所需的時間小于60 s。系統運行時若改變了流量，程序會改變加熱板的設定值，使之與新的流量匹配。加熱板的溫度在一段時間后進入新的穩態。出水溫度會因為流量和加熱板溫度的改變而波動，并在一段時間后重新進入穩態。這個調節過程所需的時間小于60 s。
以初始水溫20℃、流量200 mL/min、加熱板設定值44℃為例。每隔1 s記錄出水溫度，得到240 s內的數據，并繪制出水溫度曲線，如圖 4所示。
圖4
出水溫度曲線
Figure4.
Temperature value curve of effluent
手術要求出水溫度為(37±1)℃，以此作為穩態溫度。在上述例子中，出水溫度在50 s內進入穩態，并具有較好的穩定性。
為了測試加熱板厚度對系統性能的影響，作者又用了長和寬與之前加熱板一樣，且厚度為6 mm的加熱板。從理論上說，厚加熱板能夠儲存更多的熱能，所以它的溫度變化更為緩慢，也可理解為它的慣性更大。當控制加熱板從一個溫度穩態到另一個溫度穩態時，所需的時間更長。相應地，出水溫度進入穩態的時間也變得更長。
實驗表明，從系統啟動到出水溫度進入穩態所需的時間大于120 s。在系統運行時若改變了流量，出水溫度重新達到穩態所需的時間也大于120 s。這個實驗結果和理論是一致的。
雖然厚加熱板抗干擾能力更強，但權衡利弊，還是薄加熱板更適合醫用恒溫沖洗泵系統。因為醫用恒溫沖洗泵系統對穩態時間的要求高。厚加熱板則適用于對穩態時間要求不高的設備。
3 結語
操作簡單和功能完備是醫療器械發展的趨勢。醫用恒溫沖洗泵系統成功地結合了沖洗功能和溫控功能，簡化了醫務人員的操作，提高了手術的效率。本文先介紹了醫用恒溫沖洗泵系統的結構組成和各個部分的設計原理，再說明系統調試的步驟方法，最后分析實驗結果，討論了系統的性能。實驗結果表明，醫用恒溫沖洗泵系統能夠沖出流量和溫度均符合要求的水，具有理論研究和臨床應用價值。
引言
做腔內手術時，需要用37℃的無菌沖洗液清洗相關部位的污物。手術要求用于清洗的沖洗液水溫在(37±1)℃范圍內，若水溫過高或過低，會引起患者的不適，甚至危害患者的健康。目前部分醫院用恒溫箱預先將沖洗液加熱并保溫，再在手術時取出使用。加熱控制沖洗液溫度的設備和沖洗設備分離，使用起來比較不方便。恒溫沖洗泵系統將溫度控制部分和沖洗部分結合起來，以實現即時使用。沖洗部分以預設定的流量抽取待加熱的室溫沖洗液，并經過溫度控制部分處理后沖出。溫度控制部分將抽取的室溫沖洗液加熱控制在(37±1)℃，再由沖洗部分沖出。由于手術時間并不能準確地預估，如果用恒溫箱預先將沖洗液加熱并保溫，則可能需要較長的保溫時間。恒溫沖洗泵系統雖然也需要一段準備時間，使沖出的沖洗液溫度保持在(37±1)℃，但相比前述方法，準備時間已大大縮短。并且，單獨的沖洗設備并不具備溫度控制功能，如果在使用時沖洗設備中的沖洗液溫度發生變化，達不到手術的要求，則會影響手術的正常進行和患者的健康。恒溫沖洗泵系統既大大縮短了準備時間，又能實時控制沖洗液的溫度，并簡化了醫務人員的操作。
理想的恒溫沖洗泵系統要盡量縮短準備時間，并將沖出的沖洗液溫度控制在手術要求的范圍內。在保證安全的前提下，盡量簡化醫務人員的操作，提升儀器的技術指標。
1 系統的組成與設計
1.1 系統的組成
系統主要由沖洗部分、溫度控制部分、液晶顯示部分、按鍵輸入部分和異常監測部分組成。系統使用ATMEGA32單片機作為主控制器。系統的結構框圖如圖 1所示。
圖1
醫用恒溫沖洗泵系統框圖
Figure1.
Block diagram of medical constant temperature flushing pump system
箭頭方向表示信號傳輸的方向。主控制器接收按鍵輸入信號和異常情況信號，并發送信號控制LCD顯示和沖洗部分。而主控制器和溫度控制部分則有雙向的信號傳輸，主控制器可以從溫度控制部分讀取溫度信息，也可以向溫度控制部分發送信號以設定溫度控制部分的參數。
沖洗部分和溫度控制部分的結構框圖見圖 2。
圖2
沖洗部分和溫度控制部分結構框圖
圖中雙線表示電氣連接；單線表示結構連接；箭頭表示水流方向
Figure2. Block diagram of flushing part and temperature control partdouble line in the figure represents the electrical connection; single line represents the structural connections; arrows indicate the direction of flow
1.2 沖洗部分
沖洗部分用于抽取室溫的沖洗液，經溫度控制部分加熱后以固定的流量沖出37℃的沖洗液。它主要由12 V直流開關電源、主控制器、步進電機、步進電機驅動器、蠕動泵頭、塑膠軟管、加熱袋組成。加熱袋和溫度控制部分的加熱板接觸，它連接著一根進水管和一根出水管。蠕動泵頭裝在步進電機上構成蠕動泵，進水管裝在蠕動泵上[1]。蠕動泵帶動進水管抽取室溫的沖洗液，流經加熱袋加熱后從出水管沖出。流量的大小與步進電機的轉速成正相關。開關電源給步進電機驅動器供電，主控制器向步進電機驅動器發送頻率可調的方波信號以控制步進電機的轉速，進而控制流量的大小。即主控制器發送給步進電機驅動器的方波信號頻率決定了流量的大小。
ATMEGA32單片機的8位定時器具有脈沖寬度調制的功能。通過寄存器的配置，可以使單片機的OC0引腳輸出頻率穩定的方波信號，方波信號的頻率由寄存器參數設定[2]。這樣，沖洗液的流量就可以由單片機程序控制了。
1.3 溫度控制部分
溫度控制部分用于將流經加熱袋的沖洗液加溫至37℃。溫度控制部分由50 V直流開關電源、1 200 W加熱板、繼電器、溫控器、主控制器、傳感器組成。加熱板的介質為鋁合金，長和寬分別為25 cm和22 cm，厚度為1 mm。繼電器為帶散熱結構的固態繼電器。傳感器為Pt100。50 V的直流電壓串聯
繼電器給加熱板供電，加熱板緊貼加熱袋給流過的沖洗液加熱。傳感器貼在加熱板上并連接到溫控器，溫控器內置的功能可通過傳感器測量出加熱板的溫度。溫控器和單片機之間用RS485協議通信，具有很強的抗干擾能力。單片機可以讀取溫控器測得的加熱板溫度，也可以設置溫控器中加熱板的設定值。溫控器根據設定溫度值和測量溫度值，通過PID算法[3]輸出相應的脈沖以控制繼電器的通斷，進而控制加熱板的功率和溫度[4]。進水管和出水管分別貼上傳感器并連接到單片機，以便單片機測量初始水溫和出口水溫。從理論上說，在沖洗液初始溫度和流量固定時，沖洗液經固定溫度的加熱板加熱后流出來的溫度也是固定的。所以，如果要使沖洗液出來的溫度穩定在37℃，就需要通過反復的實驗找出對應加熱板的溫度。不同的初始溫度和流量所對應加熱板的溫度都不同。
溫度控制框圖如圖 3所示。
圖3
溫度控制框圖
Figure3.
Block diagram of temperature control part
把加熱板溫度而不是出水溫度作為反饋信號的主要原因是：從加熱板溫度變化到出水溫度變化有個較大的慣性，如果把出水溫度作為反饋信號會大大延長控制的穩態時間。而作為系統最重要的性能指標之一，穩態時間如果過長將會使系統的整體性能大打折扣。
由于出水溫度直接影響患者的健康，所以用主控制器進行實時監控。如果檢測到出水溫度過高或過低，則立即調整加熱板溫度，使出水溫度恢復到正常的溫度。如果出水溫度偏差太大以至于無法在短時間內恢復正常的溫度，則系統停止運行，即斷開加熱板并停止沖水，同時發出警報。
1.4 液晶顯示部分
液晶顯示部分由一個LCD12864電路模塊構成。單片機以同步串行通信的方式向液晶模塊發送數據，使液晶顯示相應的信息[5]。在系統運行時，液晶顯示系統的進水溫度、出水溫度和加熱板溫度。在系統進入設置狀態時，液晶顯示流量的設定值。
1.5 按鍵輸入部分
本系統的按鍵只有4個，所以采用獨立式的接口方式與單片機相連[6]。4個按鍵的名稱分別為“功能”“上”“下”“確定”。
“功能”鍵與單片機的外部中斷輸入引腳相連，按下后觸發中斷。此時沖洗部分和溫度控制部分都停止工作，系統處于參數設置狀態。“上”鍵和“下”鍵用于設置流量的大小。“確定”鍵用于保存設置好的流量值和退出系統的設定狀態。系統退出設定狀態后立即運行沖洗部分和溫度控制部分，并根據新設定的流量值調整加熱板的設定值。
1.6 異常監測部分
異常監測部分用來檢測系統運行中有無水管無水的現象。水管出現無水的現象意味著沖洗部分出現異常。而沖洗部分的異常會嚴重影響溫度控制部分，若不及時發現并處理，甚至會出現安全問題。檢測電路主要由單片機、蜂鳴器和紅外光電傳感電路模塊組成[7]。
檢測水管中是否有水，是根據光在空氣中和在水中具有不同的折射率。光在空氣中的折射率約為1，在水中的折射率為1.33。根據光的折射定律，入射角γ和折射角β滿足關系式[8]：
| $\sin \gamma /sin\beta=1.33/1$ |
當光線不垂直空氣和水的分界面時，光線就會偏離原來的方向。當水管中有水時，紅外光電傳感電路模塊輸出高電平。當水管中無水時，紅外光電傳感電路模塊輸出低電平。單片機查詢到低電平即判定水管中無水，繼而驅動蜂鳴器發出警報。
2 系統的調試和性能
2.1 流量的調試和性能
流量的大小由單片機寄存器的參數決定。流量調試的主要內容是通過實驗找出與設定流量相匹配的寄存器參數值，再測試此參數值對應的系統流量誤差。作者根據手術要求，為系統設定了200 mL/min和400 mL/min兩種流量。實驗中用自來水代替沖洗液，并使用精度為5 mL、最大量程為500 mL的量筒測量系統的流量。為了減小系統操作誤差和計時誤差等人為因素的影響，適當延長每次測量時間為3 min，每種流量測試10次。
測量結果如表 1所示。
表1
體積測量值
Table1.
Volume measurement value
由于第一組實驗中水的體積超過了量筒的量程，所以須分2次測量，由此造成的測量誤差會擴大1個精度單位。因此第一組10個實驗的體積范圍為585~605 mL。同理，第二組實驗須分3次測量，
由此造成的測量誤差會擴大2個精度單位。因此第二組10個實驗的體積范圍為1 185~1 215 mL。因此認為系統在設定流量為200 mL/min和400 mL/min時的實際流量為195~201.67 mL/min和395~405 mL/min是合理的。據此可以計算出實際流量與設定流量的最大誤差。
設定流量為200 mL/min的實際流量最大誤差為：
| $\left| {195-200} \right|/200=2.5\% $ |
設定流量為400 mL/min的實際流量最大誤差為：
| $\left| {395-400} \right|/400=1.25\% $ |
醫用恒溫沖洗泵系統對流量的精度要求并不是很高，這樣的精度完全能夠滿足手術要求。
2.2 溫度的調試和性能
溫度調試的工作就是通過實驗，找出與初始溫度和流量匹配的加熱板設定值，當加熱板穩定在該溫度時，出水溫度穩定在(37±1)℃。
根據傅里葉熱傳導定律：
| $\boldsymbol{q}=-k\nabla u, $ |
式中q為熱流密度，表示單位時間內從高溫介質傳向低溫介質的熱能大小；k為熱傳導系數，與介質的物理性質有關；為介質溫度的梯度向量場，即介質在單位距離上的溫度差[9]。公式(2)表明熱流密度的大小與介質溫度的梯度成正比。由于沖洗泵系統的加熱袋和加熱板的位置結構固定，所以和q的大小只與加熱板溫度和加熱袋內水的溫度有關。根據熱能守恒定律，Q=cm△T。Q為物體吸收的熱能，c為物體的比熱容，m為物體的質量，△T為物體升高的溫度值。當初始溫度一定時，流量越大，需要加熱板的溫度就越高。當流量一定時，初始溫度越低，需要加熱板的溫度就越高。
根據實際應用中沖洗液的儲存環境和使用環境，沖洗液的初始溫度在13~20℃。實驗時，每隔1℃分別測得兩種流量下與之對應的加熱板設定值，如表 2所示。
表2
各初始溫度和流量對應的加熱板溫度設定值
Table2.
Temperature set value of heating plate for every initial temperature and flowing rate
用于測量初始水溫的傳感器的精度為0.1℃，當初始水溫介于兩個整數之間時，采用四舍五入的方法處理就能得到符合要求的出水溫度。系統啟動后，先測量初始水溫，并結合設定的流量值設置相應的加熱板溫度。從系統啟動到出水溫度進入穩態所需的時間小于60 s。系統運行時若改變了流量，程序會改變加熱板的設定值，使之與新的流量匹配。加熱板的溫度在一段時間后進入新的穩態。出水溫度會因為流量和加熱板溫度的改變而波動，并在一段時間后重新進入穩態。這個調節過程所需的時間小于60 s。
以初始水溫20℃、流量200 mL/min、加熱板設定值44℃為例。每隔1 s記錄出水溫度，得到240 s內的數據，并繪制出水溫度曲線，如圖 4所示。
圖4
出水溫度曲線
Figure4.
Temperature value curve of effluent
手術要求出水溫度為(37±1)℃，以此作為穩態溫度。在上述例子中，出水溫度在50 s內進入穩態，并具有較好的穩定性。
為了測試加熱板厚度對系統性能的影響，作者又用了長和寬與之前加熱板一樣，且厚度為6 mm的加熱板。從理論上說，厚加熱板能夠儲存更多的熱能，所以它的溫度變化更為緩慢，也可理解為它的慣性更大。當控制加熱板從一個溫度穩態到另一個溫度穩態時，所需的時間更長。相應地，出水溫度進入穩態的時間也變得更長。
實驗表明，從系統啟動到出水溫度進入穩態所需的時間大于120 s。在系統運行時若改變了流量，出水溫度重新達到穩態所需的時間也大于120 s。這個實驗結果和理論是一致的。
雖然厚加熱板抗干擾能力更強，但權衡利弊，還是薄加熱板更適合醫用恒溫沖洗泵系統。因為醫用恒溫沖洗泵系統對穩態時間的要求高。厚加熱板則適用于對穩態時間要求不高的設備。
3 結語
操作簡單和功能完備是醫療器械發展的趨勢。醫用恒溫沖洗泵系統成功地結合了沖洗功能和溫控功能，簡化了醫務人員的操作，提高了手術的效率。本文先介紹了醫用恒溫沖洗泵系統的結構組成和各個部分的設計原理，再說明系統調試的步驟方法，最后分析實驗結果，討論了系統的性能。實驗結果表明，醫用恒溫沖洗泵系統能夠沖出流量和溫度均符合要求的水，具有理論研究和臨床應用價值。
