Cellular-Ⅰ型便攜式野戰(zhàn)麻醉機的研制

竇建洪，周功華，施沖，張延武，屠偉峰＊廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院，廣州，510010

Cellular-Ⅰ型便攜式野戰(zhàn)麻醉機的研制

【作 者】竇建洪，周功華，施沖，張延武，屠偉峰＊廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院，廣州，510010

目的研發(fā)一套適用于現(xiàn)場緊急醫(yī)療救援的便攜式野戰(zhàn)麻醉機。方法利用Pro/E建模軟件進(jìn)行3維結(jié)構(gòu)設(shè)計，并根據(jù)GB9706.29要求及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行機械加工。結(jié)果該機體積小、重量輕，符合便攜式的要求，適宜很多院內(nèi)外場合使用。樣機具有呼吸支持和麻醉功能, 可以滿足成人及兒童的麻醉，同時具備參數(shù)安全報警功能。結(jié)論便攜式麻醉機對于野戰(zhàn)和院外的緊急醫(yī)療救援具有重要的作用。

便攜式；野戰(zhàn)；麻醉機；集成麻醉呼吸回路

0 引言

自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭瞬間會造成巨大的人員傷亡，救援中一個必須面對的難題就是數(shù)量巨大的需救治傷病員與有限的醫(yī)療資源之間的矛盾。災(zāi)害發(fā)生后短時間內(nèi)，災(zāi)區(qū)往往處于無電無水無氣無通訊的狀況，缺乏必要的臨床檢查和檢驗設(shè)備，麻醉監(jiān)護(hù)設(shè)備損壞嚴(yán)重，現(xiàn)代化的設(shè)備無用武之地，便攜式醫(yī)療裝備在早期發(fā)揮了重要的作用[1]、[2]。

國外先進(jìn)國家很早就意識到災(zāi)害情況下緊急救治的重要性，相繼成立了全國性的災(zāi)害醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)組織和災(zāi)害醫(yī)學(xué)救援中心，進(jìn)行了廣泛的理論和實踐上的探索[3]，Oswald于1991年就明確提出了“便攜式麻醉輸送系統(tǒng)”（Portable anesthesia transport system）的概念，用于院內(nèi)手術(shù)室以外的床邊手術(shù)或危重病人的短途護(hù)送[4]。 Low E等則綜述了適于艱苦野戰(zhàn)環(huán)境下用于麻醉的便攜式氣道通氣設(shè)備，提出理想的便攜式野戰(zhàn)麻醉設(shè)備必須具備方便攜帶、重量輕、可靠性好、操作簡便等特點[5]。國外便攜式麻醉機的發(fā)展以美軍最有代表性，90年代美軍配備了Ohio855A型野戰(zhàn)麻醉機[6]。此外，還有德國出產(chǎn)的HEYER BAHNER Ⅱ型、Ⅲ型便攜式麻醉機等。但是這些麻醉機價格都很昂貴，且麻醉氣體回路部分仍很原始（管道式設(shè)計）。國內(nèi)醫(yī)學(xué)工程界近幾年來開始重視這一領(lǐng)域，相繼開發(fā)了很多相關(guān)產(chǎn)品，如總后衛(wèi)生部03年配發(fā)的晨偉CWM-301型多功能野戰(zhàn)麻醉機，長峰公司生產(chǎn)的ACM602型野戰(zhàn)手術(shù)車車載便攜式麻醉機，以及誼宜安公司生產(chǎn)的Aeon7200A車船載麻醉機[7-9]等。但是它們的設(shè)計模式基本都未脫離傳統(tǒng)方式，集成度不夠高，而所選用的元件、部件體積重量都較大。因此，總體上而言，目前國內(nèi)外麻醉機都體積龐大、形體笨重、結(jié)構(gòu)與操作復(fù)雜，屬于相對固定式的醫(yī)療設(shè)備，比較適合在院內(nèi)手術(shù)室使用，如果在其它場合如醫(yī)院以外的急救現(xiàn)場或流動醫(yī)院中使用就不方便。

便攜式麻醉機的設(shè)計理念在近幾年也有了新的變化，不再一味地強調(diào)多功能和自動化，而是強調(diào)實用性、穩(wěn)定性和便攜性， Ocean medicine公司在研制開發(fā)出Magellan-2200 Model 1 和Magellan-2200 Model 2 機控式便攜式野戰(zhàn)麻醉機之后，新研制的Magellan-2200 Model 3便攜式麻醉機僅有手控功能，該機必須通過人工手捏呼吸囊的方式給病人供氣，用于短期麻醉的使用或僅僅需要一個基礎(chǔ)麻醉氣體輸送的情況。目前該機已經(jīng)在美軍中配發(fā)使用。由于避免采用了復(fù)雜的電路裝置，該類型麻醉機可以在磁共振條件下使用[10]。

基于此，我們研制和開發(fā)了一套適用于現(xiàn)場緊急醫(yī)療救援的Cellular-Ⅰ型便攜式野戰(zhàn)麻醉機，它能在惡劣環(huán)境條件下迅速展開危重傷員救治和外科手術(shù)，從而提高我國流動醫(yī)院或流動醫(yī)療隊的緊急救治和外科手術(shù)能力。特別是在一些如戰(zhàn)爭、恐怖事件、洪水、臺風(fēng)、地震等造成的野外惡劣環(huán)境和突發(fā)性災(zāi)難事件中的緊急救治和外科手術(shù)中使用這種便攜式野戰(zhàn)麻醉機，對保障傷員的生命安全起到了決定性的作用，能最大限度地保障傷員的生命安全。

1 Cellular-Ⅰ型麻醉機的結(jié)構(gòu)與功能

Cellular-Ⅰ型便攜式野戰(zhàn)麻醉機的結(jié)構(gòu)（如圖1所示）包括主機架、集成回路模塊、揮發(fā)罐模塊和氣體流量控制模塊[11-13]。集成回路模塊、揮發(fā)罐模塊和氣體流量控制模塊易裝拆式連接在主機架上。提手可以放倒，節(jié)省空間體積。為了便于運輸，我們還特別設(shè)計了適合于該麻醉機的箱體。本機利用Pro/E軟件進(jìn)行3維結(jié)構(gòu)設(shè)計，并根據(jù)GB9706.29要求及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行機械加工。

圖1 Cellular-Ⅰ型便攜式野戰(zhàn)麻醉機結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of Cellular-Ⅰ Portable Field Anesthesia Machine (PFAM)

1.1工作原理

Cellular-Ⅰ型便攜式野戰(zhàn)麻醉機可使用氧氣或者空氣做高壓氣源，通過手控方式或者外接呼吸機的方式為患者提供呼吸支持和氣體麻醉輸送，保障適宜的呼吸頻率、吸呼比和潮氣量，其工作原理如圖2所示。氣體流量控制模塊設(shè)有外接氧氣和空氣的氣體輸入口，其輸出口連接揮發(fā)模塊的輸入口。集成回路模塊有呼氣口、吸氣口和手控皮囊，揮發(fā)模塊的混合氣體輸出口通過單向閥之一與集成回路模塊的氣體輸入端相連。集成回路模塊的控制輸入端連接手控皮襄的氣體輸出端，呼氣口和吸氣口分別通過單向閥之二和單向閥之三連接供病人呼吸的呼吸管路。

圖2 Cellular-I型便攜式野戰(zhàn)麻醉機工作原理圖Fig.2 Work theory drawing of Cellular-Ⅰ PFAM

1.2主體部件的結(jié)構(gòu)和功能

1.2.1 氣源接口模塊 可以用中心供氧（壓縮空氣）、壓縮氣瓶或者高壓供氧（壓縮空氣）裝置供氣，為麻醉機提供動力和呼吸氣源。氣源進(jìn)入有單向閥進(jìn)行阻隔，防止氣體倒流與竄氣，并裝有能過濾100μm以上顆粒雜質(zhì)的過濾器。

1.2.2 氧氣流量控制模塊 包括氧氣氣源的通斷、氧氣流量計截流與流量顯示、快速充氧閥、控制氣路等。流量計采用單管，流量0.1-10L/min；充氧要求流速35-70L/ min；控制氣路包含調(diào)壓、氣源高壓保護(hù)等功能。設(shè)計符合相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)與GB9706.29要求。

1.2.3 集成回路模塊 該部分是該麻醉機的主要設(shè)計部分，也是難點部分，需要在密閉循環(huán)回路中整合吸收罐、PEEP閥、單向閥、自動切換開關(guān)、手動切換開關(guān)等重要部件，同時又要滿足輕便、安全、便于拆裝，氣密性很好。該回路實現(xiàn)了半緊閉半開放、全緊閉麻醉，具有氣道壓力監(jiān)測指示、呼吸循環(huán)控制、集成CO2吸收罐、手控機控切換、PEEP調(diào)節(jié)（可選）等功能，體積小巧，鈉石灰罐拆裝非常方便。拆卸鈉石灰罐時氣路自動切換，即使在使用中仍可以更換鈉石灰，同時預(yù)留呼出流量監(jiān)測接口，如圖3所示。

圖3 集成回路模塊外形圖Fig.3 Design of integrated circuit module (ICM)

1.2.4 揮發(fā)罐支架 該揮發(fā)罐支架是在金科威公司GA700支架的基礎(chǔ)上進(jìn)行的簡化設(shè)計，只保留單罐位，在保證氣路的同時減少了零件，使得成本更低、裝配維護(hù)更加容易，設(shè)計符合國際標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求。其外形如圖4所示。

圖4 揮發(fā)罐支架Fig.4 Design of vaporizer stand

1.2.5 箱體結(jié)構(gòu) 如圖5所示，在麻醉機主體的底座部分有托架，可以支撐在機箱中。另外，可以考慮采用拉桿鋁箱、背包等方式供用戶選擇。

1.3總體性能指標(biāo)

圖5 箱體結(jié)構(gòu)Fig.5 Box structural design of Cellular-Ⅰ PFAM

圖6 Cellular-Ⅰ型便攜式野戰(zhàn)麻醉機Fig.6 Cellular-Ⅰ Portable Field Anesthesia Machine (PFAM)

我們根椐ISO9000和EC60601要求，嚴(yán)格制訂設(shè)計規(guī)范和設(shè)計生產(chǎn)過程，最終產(chǎn)品如圖6所示。該機外形尺寸500(W)×365(H)×230(D)mm (包含底座)，主機重量9.5 kg（包含底座、不含鈉石灰）。

Cellular-I型便攜式麻醉機整機均采用便攜性設(shè)計，通過連接管路將主機架、集成回路模塊和揮發(fā)罐模塊件有機地連接在一起，使麻醉機體積大大縮小，重量輕于同類產(chǎn)品，可以采用支架或鋁合金拉桿箱方式轉(zhuǎn)運麻醉機。該機適用于成人和兒童的麻醉，采用手控（MANUAL）通氣模式，配備氧氣和空氣雙氣源供氣，供氣壓力范圍為100～500 kPa。由于采用了集成回路設(shè)計技術(shù)，CO2吸收罐拆卸安裝方便，吸收罐容量為1L，在更換鈉石灰時氣路自動密閉。國產(chǎn)（誼安）或者進(jìn)口（雅培）揮發(fā)罐均可以在本機上用來控制麻藥濃度。該機還預(yù)留了呼吸機驅(qū)動氣接口，可以與其它呼吸機組成機控系統(tǒng)用于手術(shù)中病人的機械通氣和氣體麻醉，同時也預(yù)留氧濃度監(jiān)測、吸氣流速和氣道壓力監(jiān)測接口，其中氣道壓力監(jiān)測設(shè)有報警裝置。手動PEEP范圍為0～20 cmH2O，壓力限制范圍為2～60 cmH2O，具有氣源高壓保護(hù)和氣道過壓保護(hù)安全裝置。

2 Cellular-Ⅰ型麻醉機的性能特點

Cellular-I型便攜式麻醉機的主要特點包括：

(1) 實用性 小型化、攜帶輕便、裝卸快捷、操作簡單和軍地兩用等。

(2) 安全性 包括麻醉機本身的防潮防摔防震等質(zhì)量安全特性及用于傷員救治和麻醉過程中的生命安全，并具有氣道壓力、潮氣量、氧濃度報警和可以空投等特性。

(3) 適用性 適用于戰(zhàn)爭或重大災(zāi)害等惡劣環(huán)境條件下的各種應(yīng)急醫(yī)療救援中急危重病人的救治和外科手術(shù)，可用于兒童、成人的緊密或半緊密全身麻醉。

(4) 易操作性 經(jīng)過麻醉相關(guān)培訓(xùn)的各級麻醉醫(yī)務(wù)工作者，都能熟練操作。

因為該機重量輕和便于攜帶，它可以方便地應(yīng)用于醫(yī)院里的很多特殊需要的場合，如無痛胃腸鏡、人流手術(shù)的保駕等。同時由于該機既可以用空氣也可以使用氧氣作為氣源，所以方便在很多場合的使用，如在抗震救災(zāi)現(xiàn)場氧供不足情況下，可利用空氣壓縮機作為氣源供應(yīng)。當(dāng)然，該機也存在一些技術(shù)風(fēng)險，由于采用手控方式，對操作人員的要求比較高；能提供的報警等保護(hù)比較有限，在遇到諸如管道脫落、低氣道壓等情況下可能不能主動報警，因此需要與相關(guān)的監(jiān)護(hù)和監(jiān)測設(shè)備配合使用比較保險。

4 展望

Cellular-I型便攜式麻醉機具有體積小、重量輕、移動非常便捷、操作和維護(hù)非常方便等特點[14]，但是對患者的安全保護(hù)卻一樣都不少，完全符合國際與國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。它擺脫了體積龐大、形體笨重固定性麻醉機的設(shè)計理念，將麻醉機功能單位進(jìn)行了小型化、集成化和模塊化設(shè)計，使麻醉機體積大大縮小，在保留麻醉機基本功能情況下更加便于攜帶、轉(zhuǎn)運甚至空投。

目前的Cellular-I型便攜式麻醉機，為手控通氣實現(xiàn)緊閉、半緊閉麻醉手術(shù)，在第二代產(chǎn)品Cellular-II中，將采用全氣控呼吸機作為驅(qū)動氣體，報警使用低功耗電能，讓麻醉手術(shù)更安全可靠，麻醉更舒適，減少術(shù)中麻醉師的工作量[15]。

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Development of Cellular- I Portable Field Anesthesia Machine

【W(wǎng)riters】Dou Jianhong, Zhou Gonghua, Shi Chong, Zhang Yanwu, Tu Weifeng＊Guangzhou General Army Hospital, Guangzhou, 510010

Portable, Field, Anesthesia machine, Integrated anesthetic breathing circuit

】Objective To develop a portable fi eld anesthesia machine system suitable for the medical fi rst-aid on the spot. Methods The three-dimensional structure of PFAM was designed with modeling software of Pro/E and manufactured according to the GB9706.29 and other national standards. Result Due to its small footprint and very light weight, PFAM is completely portable and convenienton different occasions within or outside a hospital environment. It can support breathing of patients and delivery anesthetic gas, fi tted for both adult and children patients. All of the safety alarm systems required are employed on board. Conclusion PFAM may play an important role in the fi rst-aid in the fi eld or outside the hospital.

1671-7104(2010)05-0347-03

2010-06-10

該項目獲全軍醫(yī)藥衛(wèi)生科研基金項目資助,“便攜式多功能野戰(zhàn)麻醉機與野戰(zhàn)麻醉應(yīng)急預(yù)案”，課題編號08G029；獲發(fā)明專利一項, “便攜式野戰(zhàn)麻醉機”,申請?zhí)?專利號:CN200910036664.2

屠偉峰，E-mail: wftuyx02@163.com

TH777

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10.3969/j.isnn.1671-7104.2010.05.009

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