医用电动手术床控制系统的改造与应用

朱兴喜 李 治 汪长岭 曹勇民 戚仕涛 沈华强 毛靖宁 于春华*

医用电动手术床控制系统的改造与应用

朱兴喜①李 治②汪长岭①曹勇民①戚仕涛①沈华强①毛靖宁①于春华①*

目的：将发生故障的医用电动手术床控制系统进行改造，自制控制系统替代原控制系统，解决控制主板损坏难以修复的使用问题。方法：利用电动手术床原有液压油泵、油路电磁阀及整体架构等，依据其所实现的功能，自行设计电路与控制手柄组成控制系统，恢复电动手术床正常使用。结果：通过控制系统的改造，可以实现电动手术床的床位主体升降、头部高低调节、整体头脚倾斜以及左右侧位调节等功能，达到临床手术的使用要求。结论：电动手术床控制系统的改造设计与应用，为其他类型医用电动手术床控制系统的改造提供设计参考。

电动手术床；控制系统；改造与应用

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.11.016

[First-author’s address] Department of Medical Engineering, Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command, Nanjing 210002, China.

电动手术床是调整手术体位、暴露手术野及使手术顺利进行的现代医院医疗手术辅助设备，其操作可控性对方便手术治疗起着十分重要的作用[1-2]。通常电动手术床由支撑、液压传动及控制系统3部分组成。支撑部分主要包括台面、升降柱及底座，其中台面可由多块不同功能的支撑板组成，即头板、背板、腰板、腿板、臀板及足板等；底座部分包括脚轮和刹车锁定装置[3]。液压传动部分包括油缸、油泵、电磁阀、溢流阀、输油管路及液压筒等。控制系统部分主要包括电源、控制面板及控制主板等[4]。手术床面的位置调整是通过控制系统，利用油压推动液压筒内活塞运动，从而实现手术床的各种动作[5]。如果控制系统因故障而不能正常使用，手术床则不能发挥其应有的作用。本研究对发生故障的医用电动手术床控制系统进行改造，更换损坏的电动手术床的控制主板，由于该手术床为德国进口品牌，其主板价格昂贵，且订货周期＞3个月。为节省经费、及早恢复使用，根据手术床功能自行设计电路，改造控制系统。

1 医用电动手术床的功能

电动手术床具有8个方位调节功能，调节手柄分别为主体升降、前后倾斜、左右倾斜和头部板高低调节，除有8个调节方位按键外还有2个电源控制按键，其按键产生的调节和电源信号需要经过控制电路处理后再驱动执行电路，如图1所示。

为了实现电动手术床的8个调节功能，需要控制油压泵和12个油液流向电磁阀的工作状态，如图2所示。

图1 调节手柄示图

图2 油压泵和电磁阀示图

图2 显示，有1个油压泵的12个油液流向电磁阀，其与控制部分联动的工作原理是当按任意一个方位键时，首先判断是否允许手术床工作，如允许则判断油压泵内的压力是否保护，如果在手术床工作允许和压力保护范围内的情况下则判断是升压还是降压，若为升压则打开升压通道电磁阀，若为降压则打开降压通道电磁阀。此外，判断手柄按键的调整方位，打开对应的油液流向电磁阀，然后油压泵开始工作将油泵进指定的液压筒，进行床面调节。根据上述原理，当绿色灯亮时，按任意方位键则会产生高电平输入信号。在油压泵升降压信号形成电路中，如果升压则会产生升压电磁阀组驱动信号，否则产生降压电磁阀组驱动信号。在油液流向电磁阀信号形成电路中，根据手柄输入的信号产生相对应的电磁阀驱动信号，同时产生油压泵工作驱动信号。

2 医用电动手术床控制系统设计

医用电动手术床控制系统分为工作电源电路和油压泵、油液流向控制与执行电路两部分。

2.1 工作电源电路设计

根据电动手术床工作时油压泵、电磁阀和控制电路所需要电压和电流的不同，采用相应的电路设计，由于油压泵和电磁阀是电感性器件，工作电流适当增大余量。油压泵的工作电压为24 Vdc，电流5 A左右；电磁阀工作电压为24 Vdc，每只电磁阀电流1 A左右；控制电路工作电压有12 Vdc和5 Vdc，电流1 A左右。因而，在电路设计中采用2个36 Vdc电压，其输入工作电压为26～47 Vdc，转换电压为24 Vdc，10 A的专用直流转换器，分别作为油压泵的工作电源、电磁阀和控制电路的工作电源。该直流转换器具有如下性能：①输入宽电压26～47 Vdc任意电压均可准确输出24 Vdc电压，且电压稳定，可长期为10 A电流工作，其峰值可达到20 A，即可负载＜240 W功率的设备长期稳定工作而无需增加任何散热片；②所有元器件采用进口原装，同步整流技术，铝合金外壳，防水、抗震、防潮及防尘；③具有输入瞬间高压保护、输出过流保护、输出短路保护以及芯片过热保护等功能。工作电源的输入采用民用交流电供电，使用环形变压器进行降压两组输出，即一组为220 Vac输入，两组24 Vac输出，功率为350 W左右，其整个电源电路如图3所示。

图3 工作电源电路图

图3显示，D10和D11为整流桥，DC1和DC2为36 Vdc/24 Vdc转换器，U10(LM338K)为电压调整集成块[6-8]。排插4的1脚为油压泵工作电源，2脚为油液流向电磁阀的工作电源，3脚为控制电路工作电源，4脚为公共地。LM338K是电压调整块，最大输出电流为5 A，通过计算，调节RRES31使输出电压为12 Vdc[9-11](公式1)：

2.2 油压泵和油液流向控制设计

油压泵和油液流向控制电路主要由手柄控制信号输入处理电路和油压泵、电磁阀控制驱动信号处理和形成的电路两部分组成。手柄控制信号输入端口可产生8个方位控制信号和2个电源动作信号，8个方位控制信号具有两种状态：①当按下某按键时，某个功能键会产生相应的高电平(5 V电平)信号；②当不按任意键时所有信号均为低电平。2个动作开关是用于控制8个方位控制信号是否能够动作，当按“O”键时，手柄红色发光灯亮，表示按任意方位控制信号不起作用。当按“绿色”键时，手柄绿色发光灯亮，表示允许方位调节(如图4所示)。

图4 油压泵和油液流向控制电路框图

2.3 手术床台面调整运行电路

手术床台面调整运行电路如图5所示。

图5 手术床台面调整运行电路图

图5 中的排插5是为连接控制电路输出的信号，排插5的1～6脚分别为泵升压、泵降压、主体升降、前后倾斜、左右倾斜和头部板高低调节驱动信号；7脚连接排插4的2脚，提供电磁阀工作的24 Vdc直流电压；8脚为公共地，9脚为油压泵的驱动信号。10脚连接排插4的1脚，提供油压泵的24 Vdc工作直流电源压；在图5中，Q10～Q15是N沟道增强型场效应管，型号是IRF640N，其VDSS=200 V，RDS=0.15 Ω，ID=18 A，当VGS=5 V，驱动一个24 V/1 A的电磁阀功率足够，且长期通电使用其温度也在常温范围[12-13]。L10～至L21为油液流向电磁阀，B10为油压泵，使用继电器K10的常开触点为其提供工作电源[14]。

3 医用电动手术床控制系统的应用情况

按照图3、图4上述的电路图原理，采用DXP2004制作成2块PCB板[14-15]，一块为控制电路板，安装在图1所示的控制手柄盒内[15-16]。另一块为电源和运行电路板，安装的位置如图6所示。

图6 电源和运行电路板安装位置示图

对于元件的选择，不可使用拆机元件。将板元件安装好后先认真检查再进行连接调试。调试时只要调节12 Vdc输出即可，其他电源均为固定输出。经通电测试电源输出成功，测试油压泵正常工作时的电流为3 A左右，将电磁阀门在不打开的情况下强行泵油，其电流达到5 A左右，同时油泵压力保护开始工作，且符合要求。检测电磁阀和控制电路的工作电流均为2 A左右，符合要求。

4 结语

经改造后的医用电动手术床通过调节手柄控制8个方位，能按照设定进行调节手术台面，而且平稳无抖动。用手触摸电源块和场效应管表面，反复调节手术台面方位，电源块和场效应管表面温度正常。完成安装调试后送手术室试用，符合临床使用各项要求。

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Research on the reconstruction and application of control system for electric operation table

ZHU Xing-xi, LI Zhi, WANG Chang-ling, et al
China Medical Equipment,2015,12(11)∶49-52.

Objective∶ To fix the control system of electric operating table, we use self-design control system instead of original design, which solve the problem of main board damage difficult to repair. Methods∶ By reserving original structure of hydraulic oil pump, oil solenoid valve and the main architecture, and on the basis of its function, we designed circuit and the control handle for this control system. Results∶ After the reconstruction of the control system, it can realize the function of electric operation table such as main body lifting, tilting and moving horizontal, height adjustment of head position, and so on, meeting the requirements of clinical surgery. Conclusion∶The design and application of control system electric of operating table provide reference for the other types of operating table designs.

Electric operating table; Control system; Reconstruction and application

朱兴喜，男，(1963- )，硕士，高级工程师，教授。南京军区南京总医院医学工程科，中国医学装备协会理事会理事。从事医院医疗设备的管理、技术保障、质量控制、教学和科研工作，研究方向：临床医学工程。

1672-8270(2015)11-0049-04

R197.324

A

2015-04-30

①南京军区南京总医院医学工程科 江苏 南京 210002

②南京军区南京总医院药品科 江苏 南京 210002

*通讯作者：274933102@qq.com