Анализ и прогнозирование надежности биомедицинских датчиков давления, температуры и кислотности в составе гастроэнтерологического зонда

Медицинский многоканальный зонд. Объективные методы исследований физиологических параметров человека, впервые отчетливо провозглашенные И. П. Павловым, находят все более широкое распространение. В частности, гастроэнтерологам in vivo при диагностике заболеваний желудочно-кишечного тракта человека требуется информация об одновременном функциональном состоянии различных отделов тракта, особенно cardia, corpus, pylorus, duodenum (рис. 4.31). Получение информации осуществляется с помощью медицинского многоканального зонда, выполненного на основе резиновой трубки (вариант а), трубки марки Т-35 (вариант (3) и содержащего четыре блока с датчиками для измерения кислотности (pH), давления и температуры [36]. В качестве вспомогательного электрода при гастроэнтерологических исследованиях используется хлорсеребряный электрод, имеющий контакт с биосредой через буферный насыщенный раствор хлористого калия. Трубка зонда была выбрана диаметром 0,6 см, толщина стенок 0,05 см. Полости, в которых были смонтированы блоки датчиков, выполнены из стали и имели цилиндрическую форму. В цилиндрах имелись отверстия диаметром 0,08 см для присоединения катетеров. 12-канальный зонд выгодно отличается от многоканального зонда для многоканальной pH-метрии, поскольку позволяет наряду с параметром pH измерять и такие физиологические параметры, как давление и температура.

Размещение медицинского многоканального зонда при исследовании функционального состояния верхнего отдела желудочно-кишечного тракта с датчиками в подотделах

Рис. 4.31. Размещение медицинского многоканального зонда при исследовании функционального состояния верхнего отдела желудочно-кишечного тракта с датчиками в подотделах:

  • 1 cardia (центральная околосердечная часть); 2 — corpus (главная часть желудка);
  • 3 pylorus (близкая к выходу, выходная суженная часть); 4 — duodenum (начало двенадцатиперстной кишки); в отделах 1 и 3 имеются сфинкторы — кольца для сжатия входного и выходного отверстий желудка

При испытании восьми зондов в составе двух комплектов аппаратуры «Сеанс-2» использовались зонды вариантов а и (3 (условные обозначения разных экземпляров приборов-зондов, варианты были сгруппированы, собственно, только по признакам причин отказов). Наблюдался следующий характер отказов зондов (вариант а):

  • а) потеря работоспособности за счет прокусов резины трубки;
  • б) наличие фона (50 Гц) при плохом контакте вспомогательного электрода со средой в датчиках pH;
  • в) перемежающийся отказ датчиков pH, возникающий за счет резкого снижения сопротивления изоляции металлического корпуса;
  • г) временная нестабильность параметров датчиков pH (более 50%, т.е. 16 шт. имеют уход параметров после 2 ч работы от 0,4 ед. pH до 2 ед. pH и более);
  • д) потеря работоспособности pH датчиков за счет обрыва или короткого замыкания цепей электрического питания в процессе работы или при поступлении в клинику;
  • е) абсолютная погрешность начального разбаланса датчиков давления (ДД) при механических изгибах зонда составляет около 10—15 мм рт. ст.;
  • ж) большой температурный дрейф ДД (более 10% датчиков имели дрейф 25—50 мм рт. ст./°С и более);
  • з) большое время (900—1200 с) восстановления начального разбаланса

ДД;

  • и) низкая чувствительность ДД (1 — 1,5 мВ/мм рт. ст.);
  • к) большой начальный разбаланс выходного напряжения;
  • л) нестыковка с комплексом;
  • м) временная нестабильность датчиков температуры (за 2ч — 0,2— 0,5°С) при отключении питания и термоциклировании при их тарировке.

В ходе клинического физиологического эксперимента и предварительного анализа варианта (3 были установлены следующие симптомы и причины отказов элементов зонда, сведенные в табл. 4.7.

Таблица 4.7

Выявленные симптомы и причины отказов элементов зонда

Элемент зонда и датчики

Причина отказа

% отказа элементов зонда

1. Вспомогательный электрод

Трещина в корпусе

2,4

2. Область стыка блока и сечения

Негерметичность

21,6

3. Область стыка сечения и трубки

Негерметичность

4. Датчик кислотности

  • 1. Трещины в мембране.
  • 2. Микротрещины в мембране.
  • 3. Дрейф параметров.
  • 4. Возбуждение.
  • 5. Низкая чувствительность.
  • 6. Насыщение

36,0

5. Датчик давления

  • 1. Трещина в мембране.
  • 2. Обрыв сварного соединения.
  • 3. Дрейф параметров.
  • 5. Обратная полярность выходного сигнала.
  • 5. Возбуждение при малой чувствительности.
  • 6. Возбуждение мри нормальной чувствительности.
  • 7. Низкая чувствительность

35,0

6. Датчик температуры

  • 1. Низкая чувствительность.
  • 2. Обрыв выводов

5,0

Всего анализов проводилось 83. Дерево отказов представлено на рис. 4.32 (деревья отказов подробно рассмотрены далее, см. гл. 7), из этого графа типа дерево ясно, что датчики давления и кислотности имеют больше причин для отказов, виден состав зонда, расширены возможности для учета и наглядной классификации отказов.

Дерево отказов элементов медицинского многоканального зонда

Рис. 432. Дерево отказов элементов медицинского многоканального зонда:

  • 1 — вспомогательный электрод; 2, 3 — стыки блока, втулки;
  • 4, 5 — датчики кислотности и давления; 6 — датчик температуры (расшифровку причин отказов см. в табл. 4.7)

Рассматривая данные табл. 4.7 и рис. 4.32, можно отметить, что процент отказов вспомогательного электрода и датчика температуры незначителен, а преобладают отказы элементов 2—5. Близость значений процента отказа датчиков давления и кислотности приводит к мысли об общей причине появления отказов. В качестве общей причины отказов можно предположить нарушение герметичности элементов 2, 3 медицинского зонда.

Логико-динамический анализ. Логико-динамический анализ был проведен с учетом следующих видов отказов:_

  • • разгерметизация блока датчиков (Не), обнаруживаемая пузырьковым методом;
  • • отказ pH-датчика (II), выразившийся либо во временной нестабильности электрического сигнала, либо в отсутствии сигнала, либо в большей или меньшей его величине при pH среды, равной 1,68 ед. pH;
  • • отказ /^-датчика (р), выразившийся во временной нестабильности выходного сигнала и/или замене тензоэлемента.

Каждому из трех видов отказов соответствуют три временных ряда, соответственно (tHe) — среднее время до разгерметизации зонда, (tH) — среднее время работы зонда, определяемое отказом датчика кислотности, и {V}) — среднее время работы зонда, определяемое по отказу датчика давления, представленные в табл. 4.8.

Таблица 4.8

Динамические ряды отказов

п/н

день

(tH>, день

(ГР), день

1

X*

0

1

2

2

X

2

3

6

6

X

4

X

10

10

5

X

12

12

6

18

X

X

7

21

X

21

8

X

X

29

9

32

32

X

10

X

33

X

11

34

34

X

12

35

X

X

13

X

X

37

14

X

43

X

15

49

X

X

16

50

X

X

17

51

X

X

18

52

52

52

19

X

X

164

20

200

200

X

Примечание, х — нет значения.

Данные в табл. 4.8 приведены по результатам испытаний множества зондов, в первой графе указан номер в порядке возрастания числа дней работы датчика зонда до отказа (вариационный ряд).

Пример 4.3

Но данным табл. 4.8 найдем средние времена наработки до отказа при достоверности 0,95 для датчиков давления и кислотности.

Решение. Обрабатывая статистическими методами данные таблицы, найдем, что средние времена наработки до отказа ((tр), {t!l), (tHe)) составляют при достоверности 0,95 для датчиков давления и кислотности 50 и 38 дней соответственно, а нарушение герметичности происходит через 43 дня:

Примечание: время пребывания медицинского зонда в биосреде (в желудках пациентов) составляло в среднем за день около 4 ч.

Близость средних значений и дисперсий указывает, что общей причиной отказов датчиков на основе логико-динамического анализа является негерметичность блоков.

Наблюдение за симптомами отказов и проведенный предварительный анализ позволяют сформулировать следующие подзадачи исследования надежности медицинского многоканального зонда:

  • • построение моделей разгерметизации блоков датчиков;
  • • построение моделей надежности датчиков давления;
  • • построение моделей надежности датчиков кислотности.

Решение этих подзадач позволяет оценить надежность зонда в целом

и дать рекомендации, направленные на повышение надежности и качества его элементов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >