高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車關(guān)鍵技術(shù)研究

宋振興，吳太虎，王海濤，張　廣

高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車關(guān)鍵技術(shù)研究

宋振興，吳太虎，王海濤，張廣

目的：解決高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為研制高性價(jià)比的國(guó)產(chǎn)化途中轉(zhuǎn)運(yùn)載體提供基礎(chǔ)。方法：綜合運(yùn)用機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、分子篩負(fù)壓吸附、光觸媒高效過(guò)濾、自動(dòng)控制、信號(hào)處理等方法，研究高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車底盤技術(shù)、醫(yī)療艙設(shè)計(jì)制造技術(shù)、重癥患者擔(dān)架臺(tái)振動(dòng)控制技術(shù)、車載制壓氧技術(shù)、空氣凈化技術(shù)和醫(yī)療信息化通信技術(shù)。結(jié)果：高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車具有內(nèi)部空間寬敞、外形美觀大氣、動(dòng)力強(qiáng)勁、車廂內(nèi)環(huán)境質(zhì)量高、信息化程度高、乘臥舒適及主被動(dòng)安全性能高等特點(diǎn)。結(jié)論：高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車是一種功能完備、結(jié)構(gòu)布局合理、先進(jìn)實(shí)用、能夠滿足重癥患者在現(xiàn)場(chǎng)和運(yùn)送途中實(shí)施心肺復(fù)蘇和高級(jí)生命支持的新型急救機(jī)動(dòng)平臺(tái)。

救護(hù)車；重癥監(jiān)護(hù)；傷病員振動(dòng)控制；車載醫(yī)療信息化

0　引言

我國(guó)各類醫(yī)院每年處置的重癥患者千萬(wàn)左右，其中大部分重癥患者是由于創(chuàng)傷或突發(fā)心腦血管疾病引起的。由于病情嚴(yán)重，為了尋求更佳的治療，以期望更好的預(yù)后，很多患者需要從低級(jí)別醫(yī)院向高級(jí)別醫(yī)院轉(zhuǎn)運(yùn)，例如從縣級(jí)醫(yī)院向地級(jí)市醫(yī)院、從地級(jí)市醫(yī)院向省級(jí)醫(yī)院或更高級(jí)別的醫(yī)院轉(zhuǎn)運(yùn)，轉(zhuǎn)運(yùn)救治需求很大[1]。如何采取措施防止院前、轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)中的病情惡化，降低轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)病死率就成為了重要的問(wèn)題。采用具有轉(zhuǎn)運(yùn)經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)務(wù)人員和先進(jìn)的重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車可保證轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)和治療的連續(xù)性，是最佳的轉(zhuǎn)運(yùn)選擇[2]。但目前使用的救護(hù)車中90%以上是運(yùn)送型救護(hù)車，上裝設(shè)備僅僅是擔(dān)架車和氧氣瓶，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對(duì)重癥患者轉(zhuǎn)運(yùn)救治的要求。

為規(guī)范重癥患者轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，提高轉(zhuǎn)運(yùn)安全性，減少不良事件發(fā)生，2010年中華醫(yī)學(xué)會(huì)重癥醫(yī)學(xué)分會(huì)制訂了《中國(guó)重癥患者轉(zhuǎn)運(yùn)指南》。該指南明確規(guī)定了在實(shí)施重癥患者轉(zhuǎn)運(yùn)中對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)送人員、轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、轉(zhuǎn)運(yùn)的監(jiān)測(cè)與治療等要求[3]。重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車系統(tǒng)研發(fā)就是為該指南在全國(guó)范圍的推廣提供物質(zhì)保障。本文主要是針對(duì)交通重癥創(chuàng)傷傷員、腦猝中重癥患者、心臟等重要臟器疾病重癥患者、中毒重癥患者以及災(zāi)害重癥傷員在現(xiàn)場(chǎng)和運(yùn)送途中實(shí)施心肺復(fù)蘇和高級(jí)生命支持等救治措施提供平臺(tái)支持而展開的研究。屬于《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中“重點(diǎn)領(lǐng)域及其優(yōu)先主題”第8條“人口與健康”領(lǐng)域第51項(xiàng)“先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備與生物醫(yī)用材料”的范疇。

1　高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車底盤技術(shù)

1.1車架

根據(jù)“高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車的研制”（國(guó)家科技支撐課題：2012BAI20B01）設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，底盤采用東風(fēng)二汽公司開發(fā)的EQ6600KST救護(hù)車專用底盤，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該底盤采用承載式車架，車身分為駕駛艙和醫(yī)療艙2個(gè)部分。醫(yī)療艙為整體骨架方艙，便于功能布局。車身骨架采用龍門結(jié)構(gòu)式，由型材組焊而成。蒙皮全部由模具沖壓成形件，采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的強(qiáng)度和剛度。車身設(shè)計(jì)經(jīng)有限元受力綜合分析，在保證車身強(qiáng)度和剛度的情況下，實(shí)現(xiàn)車輛最大輕量化設(shè)計(jì)。

2　車廂設(shè)計(jì)制造技術(shù)

2.1車廂框架結(jié)構(gòu)有限元分析

根據(jù)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車車身強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，車廂設(shè)計(jì)過(guò)程中利用三維軟件建立高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車的實(shí)體模型，然后將實(shí)體模型轉(zhuǎn)換成有限元分析軟件可識(shí)別的文件格式，導(dǎo)入有限元分析軟件中對(duì)模型進(jìn)行幾何清理。在保證特征的前提下，進(jìn)行了局部簡(jiǎn)化；在減少模型規(guī)模的同時(shí)，確保滿足網(wǎng)格質(zhì)量要求，包括在轉(zhuǎn)換過(guò)程中彌補(bǔ)數(shù)據(jù)丟失造成的缺陷，在建模過(guò)程中保留倒角、倒圓的細(xì)微幾何特征等，最終建立起整車的幾何模型（如圖1所示）。通過(guò)對(duì)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車車身骨架進(jìn)行彎曲、扭轉(zhuǎn)、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎等幾種工況的有限元仿真分析和強(qiáng)校核表明[5]，該模型具有足夠的精度來(lái)預(yù)測(cè)車身的強(qiáng)度，并能大致反映車身骨架應(yīng)力的分布情況，車身骨架的平均應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度（最小安全系數(shù)1.43），車身骨架設(shè)計(jì)具有較高的安全性，能夠滿足救護(hù)車承載、振動(dòng)等方面的設(shè)計(jì)要求。

圖1　重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車車身骨架有限元分析模型

2.2醫(yī)療艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)與人機(jī)工程設(shè)計(jì)

運(yùn)用人機(jī)工程設(shè)計(jì)原理[6]把車輛設(shè)計(jì)為駕駛艙和醫(yī)療艙2個(gè)部分。優(yōu)化設(shè)計(jì)了醫(yī)療艙內(nèi)進(jìn)出風(fēng)口結(jié)構(gòu)和布局，嚴(yán)格按急救醫(yī)護(hù)流程合理布局車載醫(yī)療設(shè)備、車內(nèi)藥品器材柜、遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)、車載制供壓氧一體機(jī)、洗手池、病員擔(dān)架、輕傷員沙發(fā)座椅、醫(yī)生座椅、護(hù)士座椅及工作臺(tái)等，結(jié)構(gòu)布局如圖2所示。擔(dān)架艙與醫(yī)護(hù)人員座椅之間、醫(yī)護(hù)人員座椅與醫(yī)療設(shè)備之間、醫(yī)護(hù)人員座椅與工作臺(tái)之間等尺寸符合WS/T 292—2008《救護(hù)車》的人機(jī)工程尺寸要求，即實(shí)現(xiàn)了一次可同時(shí)運(yùn)輸1名臥姿傷員和3名坐姿傷員的指標(biāo)要求，又降低了醫(yī)護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足了乘車人員的人機(jī)功效學(xué)要求。

圖2　醫(yī)療艙結(jié)構(gòu)布局圖

2.3重癥患者擔(dān)架臺(tái)振動(dòng)控制技術(shù)

2.3.1振動(dòng)控制措施

為有效提高惡劣路況下重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車上重癥患者的乘臥舒適性以及車載精密急救設(shè)備的運(yùn)輸安全性，必須采取有效的振動(dòng)控制，降低車輛行駛中從底盤到臥姿重癥患者擔(dān)架臺(tái)系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞，提高重癥患者的乘臥舒適性[7]。為此，在底盤行走系統(tǒng)空氣懸掛氣囊減振的基礎(chǔ)上，在重癥患者轉(zhuǎn)運(yùn)功能模塊與車廂底板間加裝了6個(gè)三自由度零剛度減振器，以降低從救護(hù)車醫(yī)療艙底板到臥姿重癥患者擔(dān)架臺(tái)系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞。減振裝置如圖3所示。

圖3　臥姿重癥患者擔(dān)架臺(tái)系統(tǒng)減振裝置安裝示意圖

2.3.2振動(dòng)控制效果

根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車進(jìn)行了多種工況條件的振動(dòng)測(cè)試，經(jīng)試驗(yàn)信號(hào)的采集、處理、分析，最后獲得的減振效率結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，從醫(yī)療艙底板傳遞到臥姿重癥患者擔(dān)架臺(tái)系統(tǒng)上臥姿人體的振動(dòng)衰減了63%～79%，特別是在鄉(xiāng)村起伏路行駛（車速15 km/h）時(shí)的減振效率能達(dá)到71.5%，說(shuō)明零剛度減振器明顯降低了振動(dòng)強(qiáng)度。醫(yī)療艙擔(dān)架臺(tái)系統(tǒng)減振措施有效控制了行車途中從履帶底盤到臥姿重癥患者擔(dān)架臺(tái)系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞，提高了重癥患者的乘臥振動(dòng)舒適性。

圖4　零剛度減振器減振效果圖

2.4車廂微環(huán)境潔凈控制技術(shù)

根據(jù)重癥監(jiān)護(hù)急救艙室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研制了微環(huán)境潔凈空調(diào)系統(tǒng)。醫(yī)療艙采用艙內(nèi)前壁下部進(jìn)風(fēng)、艙內(nèi)兩側(cè)壁出風(fēng)的布局系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并在進(jìn)風(fēng)口采用中效過(guò)濾器，中間采用254 nm波長(zhǎng)紫外線燈和納米TiO2光觸媒過(guò)濾、出口采用高效過(guò)濾器及離心風(fēng)機(jī)等器件進(jìn)行綜合集成構(gòu)成了三級(jí)過(guò)濾體系[8]。不僅對(duì)車廂內(nèi)的空氣過(guò)濾凈化，還增加了對(duì)空氣中的細(xì)菌病毒進(jìn)行消毒滅菌的功能，實(shí)現(xiàn)了手術(shù)區(qū)水平氣流單向運(yùn)動(dòng)和空氣的過(guò)濾凈化，解決了艙室環(huán)境交叉感染問(wèn)題。車廂潔凈環(huán)境控制系統(tǒng)運(yùn)用FLUENT軟件，使用拉格朗日顆粒隨機(jī)軌道模型進(jìn)行污染物濃度場(chǎng)的分布狀態(tài)模擬（如圖5所示）。通過(guò)模糊比例-積分-微分（proportion-integration-differentiation，PID）自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)變頻控制，有效地控制了艙室內(nèi)風(fēng)速、溫度、濕度等，滿足了人體熱舒適性要求。

3　車載制供壓氧技術(shù)

通過(guò)攻克車載一體化吸附塔型微型制氧技術(shù)、車載多級(jí)氧氣灌充氣安全技術(shù)、不間斷制供壓氧技術(shù)，為重癥患者提供充足的氧氣保障[9]。車載微型制壓氧裝置為高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車提供了一種全新的制供氧方式，實(shí)現(xiàn)了車載氧氣瓶的實(shí)時(shí)灌充，形成不間斷供氧能力，可有效提高急救車輛的長(zhǎng)途轉(zhuǎn)運(yùn)能力。

圖5　污染物濃度場(chǎng)的分布狀態(tài)

4　醫(yī)療信息化通信技術(shù)

車載重癥監(jiān)護(hù)醫(yī)療信息化系統(tǒng)，采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system，BDS）、地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）、第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3rd-generation，3G）網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)定位、慣導(dǎo)等先進(jìn)的通信與定位技術(shù)，設(shè)計(jì)了用于數(shù)字化重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車的全區(qū)域定位、跟蹤與指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了院前急救、途中連續(xù)后送、后方醫(yī)院救治等環(huán)節(jié)的統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一管理，可提高院前急救的應(yīng)急指揮能力、水平以及院前急救的效率，有效降低致殘率、致死率。

5　結(jié)語(yǔ)

高級(jí)重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車綜合集成底盤技術(shù)、車廂設(shè)計(jì)制造技術(shù)、重癥患者擔(dān)架臺(tái)振動(dòng)控制技術(shù)、車廂微環(huán)境潔凈控制技術(shù)、車載制供壓氧技術(shù)、醫(yī)療信息化通信技術(shù)及性能優(yōu)良的急救設(shè)備，具有內(nèi)部空間

（????）（????）寬敞、外形美觀大氣、動(dòng)力強(qiáng)勁、車廂內(nèi)環(huán)境質(zhì)量高、信息化程度高、乘臥舒適及主被動(dòng)安全性能高等特點(diǎn)，是一種功能完備、結(jié)構(gòu)布局合理、先進(jìn)實(shí)用、能夠滿足重癥患者在現(xiàn)場(chǎng)和運(yùn)送途中實(shí)施心肺復(fù)蘇和高級(jí)生命支持的新型急救機(jī)動(dòng)平臺(tái)。目前，該論文研制的重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)樣車已通過(guò)了國(guó)家新開發(fā)車輛公告，并完成了各項(xiàng)性能試驗(yàn)，同時(shí)在東風(fēng)總醫(yī)院進(jìn)行了臨床試用。

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（收稿：2014-11-12修回：2015-06-23）

Research on key techniques of advanced intensive care ambulance

SONG Zhen-xing,WU Tai-hu,WANG Hai-tao,ZHANG Guang
（Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China）

Objective To solve key technical problems of the advanced intensive care ambulance.Methods The techniques for ambulance chassis,medical cabin design and manufacturing,vibration control for intensive care stretcher unit, vehicle-mounted oxygen generation and filling,air purification and medical informatized communication were investigated with mechanical structure design,ergonomics,molecular sieve negative pressure absorption,photocatalyst filtering,automatic control,signal processing and etc.Results The advanced intensive care ambulance developed gained advantages in internal layout,external appearance,power,internal environment,informatization,comfort as well as active and passive safety.Conclusion The advanced intensive care ambulance behaves well in multi function,layout and practicality,and thus can be used for on-site or en-route CPR and advanced life support of critically ill patients.[Chinese Medical E-quipment Journal，2015，36（10）：8-10，42]

ambulance;intensive care;patient vibration control;vehicle-mounted medical informatization

[中國(guó)圖書資料分類號(hào)]R318.6；U469.6A

1003-8868（2015）10-0008-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.008

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAI20B01）

專利：國(guó)家發(fā)明專利（ZL 201320365677.6）

宋振興（1977—），男，助理研究員，主要從事急救集成技術(shù)與裝備設(shè)計(jì)方面的研究工作，E-mail：song9705@163.com。

300161天津，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所（宋振興，吳太虎，王海濤，張廣）

1.2動(dòng)力選配及發(fā)動(dòng)機(jī)的布置形式

在發(fā)動(dòng)機(jī)選用方面，由于采用清潔燃料、混合燃料或雙燃料環(huán)保型發(fā)動(dòng)機(jī)的成本較高，且目前在救護(hù)車領(lǐng)域尚未應(yīng)用，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)仍然是重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車底盤的首選動(dòng)力。所以該車發(fā)動(dòng)機(jī)選用的是北京康明斯公司生產(chǎn)的ISF3.8S4168型發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)。另外，考慮救護(hù)車是特種車輛，安全性能比一般車輛要求高，車頭采用長(zhǎng)頭型設(shè)計(jì)，安全系數(shù)更高，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)采用前置形式布置。

1.3空氣懸架系統(tǒng)

懸架是影響重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車乘臥舒適性的關(guān)鍵總成，由于重癥患者轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)救護(hù)車的要求比較高，鋼板彈簧懸架已不能滿足舒適性的要求?？諝鈴椈墒且环N彈性元件，通過(guò)壓縮空氣對(duì)載荷和路面條件變化所引起的振動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。由于空氣彈簧比鋼板彈簧的自振頻率低，因此空氣彈簧懸架在消除車輛振動(dòng)、提高車輛的行駛平順性和乘臥舒適性方面的性能要大大高于普通的鋼板彈簧懸架[4]。本文所述的重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車底盤所采用的是導(dǎo)向板簧加空氣懸掛減振系統(tǒng)，并加以縱向、橫向減振系統(tǒng)。通過(guò)試驗(yàn)與測(cè)試，這種復(fù)合式懸架系統(tǒng)的應(yīng)用，可以提高重癥監(jiān)護(hù)型救護(hù)車的側(cè)傾剛度、行駛平順性及重癥患者乘臥舒適性。

1.4制動(dòng)系統(tǒng)

該車制動(dòng)系統(tǒng)采用前輪盤式制動(dòng)及后輪鼓式制動(dòng)，除了采用雙管路制動(dòng)外，制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（antilock brake system，ABS）、渦流緩速器及制動(dòng)蹄自動(dòng)調(diào)隙裝置等均屬于標(biāo)準(zhǔn)配置。