野戰(zhàn)環(huán)境下腳踏式醫(yī)用吸引器的設計與制作

仝青英，湯黎明，孟曉東，鐘添萍，喬 樺

隨著各種高科技在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的應用，參戰(zhàn)人員在戰(zhàn)斗中受到傷害的可能性和傷害程度都有大幅升高，在搶救和治療戰(zhàn)創(chuàng)傷過程中常要進行吸痰、腹部負壓引流、胸部負壓引流等。因此，負壓吸引器成為野戰(zhàn)醫(yī)療救治所必備的醫(yī)療設備之一。目前野戰(zhàn)醫(yī)療所和衛(wèi)生隊中列裝的負壓吸引器，主要是電動負壓吸引器［1-3］。電動吸引器對戰(zhàn)地的電力供應有要求，這在許多野戰(zhàn)情況難以滿足。另外，電動吸引器復雜的結構，笨重的機身，不適于野戰(zhàn)條件下的使用、攜帶和維護。鑒于此，筆者結合野戰(zhàn)環(huán)境的特點及臨床救治的需要，設計研究了一款腳踏式無源吸引器。

1 設計原理

在常用的微型真空泵、微型抽氣泵、微型負壓泵、大型負壓泵等儀器中提到的負壓指的是比常壓(大氣壓)低的氣體狀態(tài)。其產生原理是在不改變容器形態(tài)下將其中的空氣進行抽排，使得容器內的空氣稀薄，其內部空氣壓力低于外界大氣壓力(一個大氣壓力)，相對大氣壓力為負而稱之為負壓。正因為存在這種壓力差，才能將容器端口附近的空氣、混合氣體或液體“吸”進去。

從(1)式中可以得到容器內氣體在進行狀態(tài)變化時其壓力在不斷減少。根據(jù)上述原理，我們采用抽取容器內氣體的方法，每次從容器內抽取一定的氣體，使得容器內的氣體密度下降，因每次抽取時時間很短，相當于絕熱膨脹過程。但在實際的過程中，采用活塞進行抽取氣體不可能是絕熱過程，既要與外界交換熱量，且活塞抽取氣體的運動必須外力做功，同時也不可能每次都排放ΔV 體積的氣體，因此可以將(1)式進行加權變換得到:

在(2)式中η、γ值約為0＜η≤1，1≤γ＇≤γ 范圍。從(2)式中也可以得到通過反復的抽取后容器內氣體的壓力比初始狀態(tài)要小，從而產生小于大氣壓力的負壓，但在容器的端口產生負壓，比理想狀態(tài)時產生的負壓要小一點［4-8］。

2 裝置結構與功能

腳踏式負壓吸引器區(qū)別于通常的腳踩式負壓吸引器，由于重視了便攜式和野戰(zhàn)急救的需求，腳動負壓吸引技術裝置在結構上進行了大量的簡化，材料選擇上進行的細致的優(yōu)化，去除了大量用途不大，野戰(zhàn)針對性不強的多余的附屬機構，為了實現(xiàn)便攜、適于野戰(zhàn)和低成本，設備盡量選用重量輕、強度大的塑料、鋁合金或鋼化玻璃。

2.1 負壓汽缸 負壓汽缸為一直徑9 cm，高度14 cm 的圓柱體，內壁襯以聚四氟乙烯襯里;汽缸頂部為汽缸蓋，汽缸蓋內徑略大于汽缸體外徑，內有螺紋，與汽缸體頂端的外螺紋匹配，汽缸蓋通過螺紋直接旋緊固定于汽缸體上;汽缸蓋中間開孔，其中穿過汽缸內活塞的連桿;汽缸內活塞連桿直接連接到腳踏板的杠桿構件上，在踏板杠桿構件的帶動下驅動活塞在汽缸中做往復運動;汽缸底部設置進氣和排氣單向閥。排氣單向閥與大氣相連，進氣單向閥通過軟膠管、三通分別與廢液瓶和負壓表相連;負壓汽缸內活塞為鋁合金鑄件，邊緣鑲嵌聚四氟乙烯彈性圓環(huán)，這樣使得活塞與負壓汽缸內壁保持足夠緊密的接觸，保證了氣密性，同時減小了兩者之間的摩擦，避免了機件的磨損，提高機件的使用壽命，也減輕了操作的勞動強度;聚四氟乙烯材料的應用還大大擴大了設備相應機件的溫度適用范圍，使腳動負壓吸引技術裝置更適合于野戰(zhàn)環(huán)境。

2.2 負壓表 負壓表為機械指針式真空表，用于指示廢液瓶內負壓強度。負壓表主要由表柄管路、波導管、杜維彈簧、齒輪機構、指針、刻度表盤、表殼和玻璃表面組成。

2.3 廢液瓶 廢液瓶用于盛裝吸引出來的廢液，同時也是負壓緩沖腔。廢液瓶形如常用的廣口瓶，由鋼化玻璃制作，壁厚，容量通常為500 ml 或1000 ml。瓶口覆以瓶塞，瓶塞上設置負壓抽吸口和負壓頭連接口，負壓抽吸口通過過濾器與負壓汽缸和負壓表相連，負壓頭連接口通過乳膠管與不同用途、不同規(guī)格的負壓吸引頭相連。廢液瓶由固定卡穩(wěn)定地固定于裝置的底板上。

3 組裝工藝與工作過程

3.1 組裝工藝 腳踏式吸引器主要由底板、腳踏板、活塞、儲液罐、負壓汽缸、負壓表、過濾器和吸管8個部分組成(圖1A)。底板上有3個固定架:(1)腳踏連桿與汽缸固定架;(2)負壓表固定架;(3)儲液罐固定架(圖1B)。固定架將他們固定在底板上使腳踏受力點在底板中心附近，免于腳踏時滑動和晃動。腳踏板連接活塞桿，當腳向下踏板時牽引著活塞沿軸向移動，腳踏連桿上裝有彈簧和到位限制，彈簧的作用力方向與腳踏牽引力相反方向，在施力停止時或活塞達到最大行程時自動反彈使活塞回到起點，便于繼續(xù)進行下一步腳踏動作。另外汽缸進氣口通過一個三通接頭分別連接到過濾器和負壓表，過濾器再連接到儲液罐，最后從儲液罐的另一端口連接到吸管。因此在腳踏板上通過人為腳踩帶動活塞使儲液罐的氣體迅速膨脹，根據(jù)絕熱膨脹的原理在吸管的端口產生負壓。

3.2 工作過程 腳踏式負壓吸引器使用時只需將負壓吸引頭通過軟管接到吸引裝置的負壓頭接頭上，用腳踩動踏板，踏板的杠桿機構帶動負壓汽缸中的活塞運動，通過抽氣單向閥門，將廢液瓶中空氣抽吸到負壓汽缸中，從而在廢液瓶中產生相應的負壓;當松開踏板，踏板的杠桿機構在彈簧的彈力作用下回復原位，從而帶動負壓汽缸中的活塞，活塞復位，通過排氣單向閥門，將負壓汽缸中空氣排出。理論上活塞每次往復運動可抽吸350 cm3空氣，即350 ml;每分鐘大約有7000 ml 的氣體引流量。當廢液瓶盛滿廢液時，打開瓶蓋，將廢液瓶從其卡槽中拔出，將廢液清空、然后將其放回卡槽，重新蓋緊瓶蓋即可。

圖1 腳踏式負壓吸引器

4 檢測分析與結果

4.1 理論預測值 腳踏式負壓吸引器的儲液罐與外界空氣沒有隔熱層，雖然在活塞運動過程中儲液罐的氣體在短時間內做絕熱膨脹，但是由于儲液罐外壁只是一層玻璃，在絕熱膨脹后與外界交換熱量，整個過程趨近于等溫過程，即γ＇≈1，而腳踏式吸引器在活塞運動過程中每次抽吸的氣體基本上不變，而且密封相當好，則η≈1。所以將(2)式轉換為:由(3)式計算所得壓強值為容器內的壓強，負壓值為ΔPn=Pn-P。通過理論計算得到，抽取1次產生負壓理論值為-0.014 MPa，抽取2次為-0.027 MPa，抽取3次為-0.037 MPa，抽取4次為-0.047 MPa，抽取5次為-0.054 MPa，抽取6次為-0.060 MPa。

4.2 測量結果 在溫度25℃，濕度65%，大氣壓強為一個大氣壓約為0.1 MPa 的條件下，將量程為0～-0.1 MPa 的醫(yī)用真空表連接至儲液罐吸入口，直接測量活塞抽吸儲液罐氣體產生的負壓。每一項測量均為10次測量的平均值。已知腳踏式吸引器的汽缸體積約為250 ml，有效體積為200 ml，儲液罐和管道的體積約為1200 ml。測量結果如表1 所示。

4.3 結果分析 表1 中的測試數(shù)據(jù)表明，此腳踏式負壓吸引器能產生負壓，并隨著抽吸的次數(shù)增加，其負壓值隨之增大。從結果看，隨著抽吸次數(shù)的增加，腳踏式負壓吸引器產生的負壓值與理論值幾乎一致，符合程度相當好。但需要聲明的是，醫(yī)用真空表測量的數(shù)據(jù)只能用來定性判斷，腳踏吸引器是否能產生負壓，比較測試負壓值與理論推論值的誤差也不能作為定量標準用，因此，只是說明上述腳踏式吸引器能在吸管端口產生負壓起吸引作用。

表1 抽吸1～6次產生負壓測量值 (MPa)

5 結 語

該野戰(zhàn)環(huán)境下腳踏式負壓吸引器對電力供應無要求;負壓緩沖腔小，適用于任何操作條件和應用場合;無需獨立操作人員，任何人、任何時候，只要情況允許，都可方便操作，且采用腳踏式設計，解放了雙手，使醫(yī)護人員更好地把握吸引器導管，有效地保護戰(zhàn)創(chuàng)傷患者;該吸引器從人體工程學角度出發(fā)進行設計，適應腳踏，省力易操作，設計合理，易于攜行，完全能夠滿足野戰(zhàn)急救隊負壓吸引的要求。

［1］湯黎明，劉鐵兵，胡新勇，等.急救吸引器設計研究［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2009，30(1):23-24.

［2］王樹峰.自控負壓吸引器的研制［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2007，28(2):79.

［3］湯黎明，劉鐵兵，陳 晨，等.新型便攜式急救吸引器的設計［J］.武警醫(yī)學，2009，20(2):5-6.

［4］朱興喜，湯黎明，劉鐵兵，等.基于野戰(zhàn)條件下便攜式負壓吸引器的設計與應用［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2010，31(12):32-34.

［5］尹金秀.一次性負壓吸引器的制作與應用［J］.中國誤診學雜志，2008，26(8):34.

［6］孟昭梅，李麗娟.負壓吸引器的壓力調節(jié)探討［J］.中國誤診學雜志，2010，10(11):34.

［7］段曉群.電動吸引器的自動保護裝置［J］.中國醫(yī)療器械雜志，1994，20(5):296-299.

［8］王 羽，湯黎明，劉鐵兵，等.醫(yī)用吸引器基本原理、類型及技術進展［J］.中國醫(yī)療設備，2011，26(4):52-53.