醫(yī)用氧氣袋充氣報(bào)警保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

余世準(zhǔn)，王邦輝，王小溪

十堰市太和醫(yī)院·湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬醫(yī)院 （湖北十堰 442000）

醫(yī)用氧氣袋在各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)中使用非常廣泛，其應(yīng)用范圍包括醫(yī)院手術(shù)室、急診室、ICU、病房等。因其攜帶方便，適用于心力衰竭、心肌梗死、哮喘、氣胸、缺氧等保留自主呼吸的危重患者在短距離轉(zhuǎn)運(yùn)護(hù)送或搶救中的供氧[1]。使用前，需要給氧氣袋充滿氧氣，而氧氣袋裝置本身并沒有充滿保護(hù)與提示功能，每次充氣時，若沒有專人值守，氧氣袋就可能因?yàn)檫^分充氣且未及時關(guān)氣導(dǎo)致爆炸破損。氧氣袋的爆炸不僅會因較大的爆炸聲造成病房患者的驚嚇，而且會導(dǎo)致急救資產(chǎn)的損壞與短缺，嚴(yán)重影響患者的轉(zhuǎn)運(yùn)與搶救。若在每次氧氣袋充氣時，安排專門的醫(yī)護(hù)人員值守十幾分鐘，會使病房本來就緊缺的醫(yī)護(hù)人力資源更加緊張，增加不必要的工作量，得不償失。原裝氧氣袋只具有充氣存儲與供氧功能，不具備充氣報(bào)警與保護(hù)功能。我們經(jīng)過仔細(xì)研究，設(shè)計(jì)了一種電子自動控制裝置，能在氧氣袋充滿后報(bào)警提示，并及時關(guān)閉充氣氣路。

1 設(shè)計(jì)

1.1 需求分析與設(shè)計(jì)思路

研制一種可靠的電子控制裝置，能夠方便安裝在不同規(guī)格的氧氣袋充氣管路中，并監(jiān)測氣路中的實(shí)時壓力。當(dāng)氧氣袋充滿后，達(dá)到某一壓力值，該裝置能檢測出該壓力值，并使電路狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，自動關(guān)閉氣體通路，停止充氣，同時發(fā)出聲光報(bào)警，提示醫(yī)護(hù)人員氧氣袋已充滿，可以取下氧氣袋使用，保護(hù)氧氣袋。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)問題

如何確定氧氣袋充滿時的壓力值是一個必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，我們查閱了大量資料，得知一般不同規(guī)格氧氣袋充滿時的工作壓力為10 kPa。對此，我們也采用了技術(shù)手段進(jìn)行驗(yàn)證，主要采用YE100型膜盒壓力表，該壓力表量程為1～16 kPa，精度為0.1。將此壓力表接入氧氣袋充氣氣路中，待氧氣袋充滿后記錄壓力表的示數(shù)，采用不同規(guī)格（如30 L、42 L、50 L等）的氧氣袋進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)匯總分析，最后確定氧氣袋充滿后的內(nèi)部壓力值約為10 kPa，并依據(jù)該壓力值選定壓力傳感器的型號規(guī)格，方可設(shè)計(jì)后續(xù)的控制電路。

1.3 原理構(gòu)造

本裝置主要由電源部分、壓力測量部分、控制部分、報(bào)警提示部分與電磁閥執(zhí)行部分組成，見圖1。（1）電源部分：供電電源采用直流DC+12 V可充電電池，經(jīng)電源穩(wěn)壓芯片TPS5430[2]穩(wěn)壓后，輸出+5 V電壓，給后續(xù)電路提供工作電壓。（2）壓力測量部分：采用XGZP6857020KPG型氣體壓力傳感器，測量量程為0～20 kPa，精度為±1.5 kPa，工作電壓為+5 V,該傳感器通過三通安裝在氧氣袋充氣氣路中，能隨時監(jiān)測氣路中的壓力，并輸出對應(yīng)的電壓值[3]。（3）控制部分：控制部分主要采用微處理器STC12C4052AD[4]，該芯片能檢測壓力傳感器的輸出信號，當(dāng)檢測到輸出+5 V電壓時，實(shí)現(xiàn)電路的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，發(fā)出相應(yīng)控制信號；還能探測充氣啟動開關(guān)信號，向電磁閥執(zhí)行部分的電磁閥驅(qū)動器（UDN2981A）發(fā)出啟動充氣的控制信號；電路的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)（即充氣完成）后，該芯片能啟動報(bào)警裝置的聲光報(bào)警并向電磁執(zhí)行部分的電磁閥驅(qū)動器（UDN2981A）發(fā)出停止通氣控制信號。（4）報(bào)警提示部分：主要采用蜂鳴器與發(fā)光二極管電路實(shí)現(xiàn)聲光提示與報(bào)警。（5）電磁閥執(zhí)行部分：采用DC+12 V脈沖型常閉電磁閥及其驅(qū)動器（UDN2981A），電磁閥能實(shí)現(xiàn)開始充氣的氣路開放與充氣完成后的氣路關(guān)閉[5]。

1.4 控制原理

如圖1，氧氣袋開始充氣時，先將氧氣袋②充氣管的B接頭與本裝置三通接頭l接通，再將本裝置A接頭接通氧氣源接口，打開氧氣袋上的手動開關(guān)閥③，閉合電路開關(guān)⑤，按一下充氣啟動開關(guān)k，充氣啟動開關(guān)給主控單元⑧的微控芯片一個啟動信號，微控芯片輸出一個控制信號給電磁閥⑩的驅(qū)動芯片，該常閉電磁閥閥芯打開，充氣氣路打開，開始給氧氣袋充氣。當(dāng)氧氣袋氣體充滿后，其內(nèi)部（含充氣管）壓力達(dá)到10 kPa，壓力傳感器⑦感知到10 kPa壓力后，輸出+5 V電壓到主控單元⑧的微控芯片內(nèi)部的比較器的反向輸入端，微控芯片發(fā)生電平翻轉(zhuǎn)，同時輸出三路控制信號。第一路信號輸入到聲光報(bào)警裝置⑨的發(fā)光二極管電路，發(fā)光二極管發(fā)出紅色的指示光；第二路信號輸入到聲光報(bào)警裝置⑨的蜂鳴器電路，蜂鳴器發(fā)出“滴滴……”聲；第三路信號輸入到電磁閥⑩的驅(qū)動芯片，驅(qū)動電磁閥閥芯關(guān)閉，充氣氣路關(guān)閉，充氣完成。醫(yī)護(hù)人員接收到該裝置的聲光報(bào)警后，關(guān)閉充氣管路手動開關(guān)閥③，取下B接頭，即可取走并使用該氧氣袋。圖1中的供電電源④為DC+12 V電源，為整個裝置供電；穩(wěn)壓部分⑥為電源穩(wěn)壓電路，輸出DC+5 V,為電路提供工作電壓。

圖1 基本構(gòu)造

主要控制電路原理見圖2，各電路按照圖示所標(biāo)注引腳或引線對應(yīng)連接，構(gòu)成整個控制電路。

圖2 電路原理

2 實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用

2.1 臨床實(shí)驗(yàn)

我們將制作好的該裝置應(yīng)用于我院臨床科室，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將我院外科片區(qū)30名護(hù)士隨機(jī)分為3組，每組10名，分別為A1組、A2組、A3組。分兩批進(jìn)行日常使用實(shí)驗(yàn)，第1批使用傳統(tǒng)氧氣袋進(jìn)行日常充氣與使用，第2批使氧氣袋配套該裝置進(jìn)行日常充氣與使用，3個月內(nèi)完成了實(shí)驗(yàn)，并將數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)與匯總。使用氧氣袋報(bào)警保護(hù)裝置后，氧氣袋爆破的發(fā)生率由使用前的平均4.67%降到了0.00%，氧氣袋爆破的發(fā)生情況有顯著改善，充分證明了該裝置的可靠性。見表1。

表1 使用該保護(hù)裝置前后氧氣袋發(fā)生爆破統(tǒng)計(jì)

2.2 應(yīng)用效果

該氧氣袋充氣報(bào)警保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)了電子化控制，取得了很好的應(yīng)用效果。氧氣袋充滿后，發(fā)出聲光報(bào)警，及時提醒醫(yī)護(hù)人員，無須醫(yī)護(hù)人員長時間專人值守，極大地節(jié)約了醫(yī)院病房緊張的醫(yī)護(hù)人力資源。電子控制實(shí)現(xiàn)了充氣氣路的自動關(guān)閉，保護(hù)了氧氣袋，避免過分充氣導(dǎo)致的爆炸破損，避免了醫(yī)療資產(chǎn)的損失，保障了對患者及時高效的轉(zhuǎn)運(yùn)與搶救。該裝置操作簡單、使用方便，可以配套不同規(guī)格的氧氣袋使用，普適性好，可靠性高。該裝置所采用的電子元件均是市場上使用成熟的元件，價(jià)格低廉，整套裝置成本較低。

3 結(jié)語

醫(yī)用氧氣袋充氣報(bào)警保護(hù)裝置操作方便、可靠性高，極大地避免了醫(yī)用氧氣袋的充氣爆破問題，延長氧氣袋的使用壽命，保障了患者的及時轉(zhuǎn)運(yùn)與搶救；同時無須專人值守，大大降低了醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度。該氧氣袋充氣報(bào)警保護(hù)裝置可為臨床工作中患者的轉(zhuǎn)運(yùn)與搶救工作帶來諸多幫助，對避免氧氣袋類醫(yī)療資產(chǎn)的損壞具有重要意義。