氣動(dòng)氣控袖珍急救轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)研制及應(yīng)用

吳耀宇，劉冬敏，王 中，孟慶友

(1.中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，鄭州 450044;2.河南輝瑞生物醫(yī)電技術(shù)有限公司，鄭州 450008;3.解放軍第152醫(yī)院麻醉科，河南 平頂山 467000)

呼吸機(jī)作為搶救和治療各種原因引起的急慢性呼吸衰竭不可缺少的重要工具，正逐漸取得日益廣泛的臨床應(yīng)用，然而急救轉(zhuǎn)運(yùn)受諸多因素的限制，目前在病房普遍使用的氣動(dòng)電控型呼吸機(jī)，由于體積、重量和操作因素，并不適用于急救轉(zhuǎn)運(yùn)臨床中。適合急救轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)、使用方便、操作簡(jiǎn)單，并能滿足臨床需要的急救轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)受到迫切關(guān)注。［1-2］為此，我們?cè)诙嗄昙本扰c轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)研發(fā)的基礎(chǔ)上，研制出新型氣動(dòng)氣控袖珍急救與轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)?，F(xiàn)從急救與轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)出發(fā)，就新型氣動(dòng)氣控袖珍急救呼吸機(jī)在急救轉(zhuǎn)運(yùn)中的應(yīng)用價(jià)值探討。

1.產(chǎn)品設(shè)計(jì)

1.1 主要組成

氣動(dòng)氣控型急救呼吸機(jī)主要由穩(wěn)壓閥、氣動(dòng)報(bào)警器、常通二位二通定比氣控閥、單向閥、手控閥、頻率調(diào)節(jié)閥(節(jié)流閥)、空氧混合器、氣道壓力表等元件組成，常通二位二通定比氣控閥與頻率調(diào)節(jié)閥配合，在氣體壓力的作用下按照一定頻率和占空比開啟與閉合，從而輸出一定頻率的潮氣量。調(diào)節(jié)頻率閥可控制通氣頻率，調(diào)節(jié)潮氣量閥則可控制輸出潮氣量的大小。利用文丘里原理做成的空氧混合器可以使氧氣與周圍空氣的混合，降低輸出混合氣體的氧濃度。

1.2 氣路原理與集成化設(shè)計(jì)

圖1 氣路系統(tǒng)原理圖

氣路原理如圖1所示，1為氧氣源，經(jīng)過濾器2后在穩(wěn)壓閥3穩(wěn)壓，輸出壓力保持在0.28MPa左右，當(dāng)供氣氣源壓力低于0.30MPa時(shí)，此壓力值將達(dá)不到0.28MPa，此時(shí)氣動(dòng)低壓報(bào)警器4將產(chǎn)生蜂鳴音，提示給氧氣瓶充氣。閥5為常通二位二通定比氣控閥，當(dāng)閥處于左位時(shí)，為導(dǎo)通狀態(tài)，反之處于右位時(shí)為截止?fàn)顟B(tài)。在進(jìn)氣壓力和彈簧的共同做用下，該閥處于左位并導(dǎo)通，主路氣體通過潮氣量調(diào)節(jié)閥10進(jìn)入空氧混合器12，通過呼吸閥13供給病人氣，供病人吸氣，完成通氣過程，與此同時(shí)有一路氣體通過頻率調(diào)節(jié)閥6和氣容7返回閥5右側(cè)，由于閥5左右閥芯面積差，右側(cè)推力很快大于左側(cè)推力及彈簧合力，閥芯左移使閥5截止而使得主氣路供氣停止，病人完成呼氣過程，呼出氣體也是通過呼吸閥排向大氣。主氣路供氣停止使得閥5右側(cè)壓力迅速下降，在進(jìn)氣壓力和復(fù)位彈簧的作用下閥5復(fù)位，主氣路導(dǎo)通，進(jìn)入下一個(gè)通氣循環(huán)。其中通氣時(shí)間和呼氣時(shí)間之比被稱為呼吸比，是由閥5的左右閥芯面積和彈簧彈性綜合作用的結(jié)果。每個(gè)通氣循環(huán)的通氣頻率由頻率閥6調(diào)節(jié)。手控閥8可用來手控通氣，當(dāng)操作人員按下閥8時(shí)，閥8導(dǎo)通，直接向潮氣量閥10供氣，同時(shí)有一路氣體通向閥5右側(cè)而使其截止，通氣時(shí)間及頻率完全由操作者根據(jù)臨床實(shí)際來控制。安全閥15限制氣道壓力不超過6kPa。空氧混合器12利用文丘里效應(yīng)與從11口進(jìn)入的空氣混合，供給病人45% ～60%濃度的富氧空氣。氣道壓力表14實(shí)時(shí)檢測(cè)氣道壓力的變化。

為了保證在基本設(shè)計(jì)功能的前提下盡量微型化，經(jīng)過方案論證，決定將氣源快速接口1、過濾器2、減壓閥3集成設(shè)計(jì)，同時(shí)將氣源壓力報(bào)警器4直接安裝于鋁合金部件閥體之上，作為氣源供給部件整體;將常通二位二通定比氣控閥5、頻率調(diào)節(jié)閥6、氣容7、手控通氣閥8、單向閥9、潮氣量調(diào)節(jié)閥10經(jīng)過集成化設(shè)計(jì)為一體，形成該氣動(dòng)氣控急救呼吸機(jī)核心閥部件;空氧混合器12、呼吸閥13、安全壓力閥15集成設(shè)計(jì)為輸出部件，通過壓力輸出管和氣道壓力管與主機(jī)連接。

在設(shè)計(jì)上采用Pro/ENGINEER三維設(shè)計(jì)軟件將兩部分氣路集成模塊進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，將每一個(gè)氣動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)、每一條氣路及其裝配關(guān)系都清晰、直觀地顯示出來。在進(jìn)行多種方案評(píng)估與論證時(shí)，可當(dāng)場(chǎng)做出修改并模擬顯示修改后的零件模型和裝配關(guān)系，保證了修改后結(jié)構(gòu)的合理性和準(zhǔn)確性。將設(shè)計(jì)好的集成氣路塊在數(shù)控加工中心進(jìn)行加工，然后將相關(guān)元器件裝配后進(jìn)行氣路塊性能測(cè)試。

1.3 產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)

產(chǎn)品外觀采用流線型設(shè)計(jì)(如圖2所示)，主機(jī)外形尺寸為210mm×88mm×70mm，重量?jī)H0.8kg。單手可把握，不僅產(chǎn)品美觀，而且能避免醫(yī)護(hù)人員手持操作時(shí)可能產(chǎn)生的機(jī)械損傷風(fēng)險(xiǎn)。由1和2快速插體組成氣源輸入口;3為手控按鈕，設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的側(cè)面，方便醫(yī)護(hù)人員需要手控通氣模式時(shí)，可單手把握呼吸機(jī)，只需用大拇指(左手把握時(shí))或食指(右手把握時(shí))輕按即為通氣，松開為停止通氣;通過頻率控制旋鈕4可調(diào)節(jié)提供給病人的通氣頻率，調(diào)節(jié)范圍4～60次/分;5為分鐘通氣量調(diào)節(jié)旋鈕，通過此旋鈕可調(diào)節(jié)提供給病人的分鐘通氣量，調(diào)節(jié)范圍2～24L/min;氣道壓力表6反映氣道壓力值，指示范圍-2.0～10 kPa，當(dāng)氣道壓力≥6.0 kPa時(shí)，指示區(qū)域?yàn)榧t色區(qū)域。氣道壓力安全閥7、呼吸閥8為一體，與空氧混合器9相連接，通過壓力氣體輸出管10和氣道壓力管11通過雙管快速插體與主機(jī)連接，圖3為產(chǎn)品照片。

2.產(chǎn)品特點(diǎn)

氣動(dòng)氣控袖珍急救與轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)是氣動(dòng)氣控，時(shí)間/容量循環(huán)呼吸機(jī)。主機(jī)內(nèi)部的氣動(dòng)邏輯回路依靠壓縮空氣或醫(yī)用氧氣運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)控制通氣模式，向失去自主呼吸、自主呼吸微弱及需要心肺復(fù)蘇的病人提供機(jī)械通氣支持。用于急救、院前復(fù)蘇搶救與轉(zhuǎn)運(yùn)、院內(nèi)科室間轉(zhuǎn)運(yùn)過程中向病人提供氧和呼吸支持。采用氣路集成化設(shè)計(jì)，主機(jī)尺寸小(210mm×88mm×70mm)，只有成人手掌大，重量?jī)H0.8kg(見圖3)。加上隨主機(jī)氧氣瓶，總重量只有5.0kg，具有控制、手動(dòng)等必須的急救通氣模式，參數(shù)設(shè)置方便快捷。由于完全氣動(dòng)氣控，沒有任何電源(包括電池)，可以應(yīng)用于沒有電源或需要限制電源使用的特殊場(chǎng)合如飛機(jī)、高壓氧艙、礦井易燃易爆環(huán)境。在制作材料上全部選擇工程塑料、塑膠與硅膠(外殼、管路、氣體噴嘴)、鋁合金和銅合金(閥體、閥座、閥芯、調(diào)節(jié)桿、氣嘴)、不銹鋼(彈簧、螺釘)等非磁性材料，非常適合于對(duì)電磁干擾要求比較嚴(yán)格的CT檢查室、核磁共振檢查室等。與面罩、喉鏡、開口器、吸痰器、吸氧流量閥等集中于急救箱中，具有吸氧、吸痰等多種急救與轉(zhuǎn)運(yùn)功能。

3.應(yīng)用情況

2007年4月至2008年10月，應(yīng)用J-ⅢC急救轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)病例172例，年齡4～78歲。男性102例，女性70例。其中在心臟手術(shù)后轉(zhuǎn)運(yùn)至ICU 68例，心肺復(fù)蘇急救插管后人工通氣87例，從ICU至核磁共振室檢查15例，CT室18例。應(yīng)用時(shí)間30分鐘～4小時(shí)不等。在人工通氣時(shí)潮氣量為10～12ml/kg，通氣頻率16～18次/分。病人ECG、血壓、SPO2、ETCO2等均在正常生理范圍。

4.結(jié)語

急救轉(zhuǎn)運(yùn)具有突發(fā)性和緊急性，環(huán)境條件差，急救人員少、勞動(dòng)強(qiáng)度大、素質(zhì)要求高［4］，機(jī)械通氣的病人發(fā)生危險(xiǎn)事件的幾率高［5］。操作快捷、簡(jiǎn)便，具有基本通氣模式、必要的監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能，體積小、重量輕、持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)的呼吸機(jī)是急救轉(zhuǎn)運(yùn)臨床的最佳選擇。J-ⅢC型袖珍氣動(dòng)氣控急救轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)非常適合急救轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)，具有非常好的推廣應(yīng)用前景。

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