自動(dòng)胸外按壓心肺復(fù)蘇擔(dān)架系統(tǒng)

吳太虎，宋振興,2，王宇曉，翟玉凱，孟興菊，張廣

（1.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 衛(wèi)生裝備研究所，天津 300161；2.天津大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，天津 300072；3.天津市安貝醫(yī)療設(shè)備技術(shù)有限公司，天津 300384）

1 研究背景[1～4]

2005年11月美國(guó)心臟學(xué)會(huì)（AHA）和國(guó)際心肺復(fù)蘇聯(lián)合會(huì)正式公布了2005年心肺復(fù)蘇（CPR）和心血管急救（ECC）指南標(biāo)準(zhǔn)，即2005國(guó)際心肺復(fù)蘇指南。

在2005國(guó)際心肺復(fù)蘇指南中，基礎(chǔ)生命支持（BLS）得到進(jìn)一步的重視，特別強(qiáng)調(diào)了有效不間斷胸外按壓的意義。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)按壓通氣比值、按壓通氣循環(huán)周期、按壓通氣參數(shù)等CPR核心技術(shù)都作了最大修訂，并提倡ADE的普及使用。具體修改內(nèi)容見(jiàn)表1。

隨著2005國(guó)際心肺復(fù)蘇指南的實(shí)施，原先2000版心肺復(fù)蘇標(biāo)準(zhǔn)中的按壓通氣15:2和按壓通氣四個(gè)循環(huán)必將廢除和停止執(zhí)行。

為了配合2005國(guó)際心肺復(fù)蘇指南在國(guó)內(nèi)普遍實(shí)施，我們研制了自動(dòng)胸外按壓心肺復(fù)蘇擔(dān)架系統(tǒng)，該裝備填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，可廣泛用于院前及院內(nèi)急救，可配備120急救車(chē)及醫(yī)院急救室等。

2 總體設(shè)計(jì)及技術(shù)指標(biāo)確定[5]

擔(dān)架外形設(shè)計(jì)為可折疊擔(dān)架方式，展開(kāi)后能方便轉(zhuǎn)運(yùn)傷員，折收后方便拖運(yùn)。既能滿(mǎn)足在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)患者進(jìn)行心肺復(fù)蘇急救，也能在轉(zhuǎn)運(yùn)后送途中對(duì)患者進(jìn)行不間斷的心肺復(fù)蘇急救。按壓通過(guò)壓縮氣體推動(dòng)氣缸組件實(shí)現(xiàn)，按壓動(dòng)力靠?jī)?nèi)嵌集成2個(gè)3.2L氧氣瓶?jī)?chǔ)氧提供，可確保對(duì)患者進(jìn)行40min連續(xù)救治需求。設(shè)計(jì)方便的外部氧氣輸入接口，能在不停止心肺復(fù)蘇急救的情況下使用救護(hù)車(chē)或醫(yī)院的氣源進(jìn)行工作。集成射流負(fù)壓吸引功能，便于清除患者口咽異物。集成可調(diào)節(jié)高度的輸液支撐桿，對(duì)患者實(shí)施液體輸注。設(shè)計(jì)符合心肺復(fù)蘇體位要求的背板和體位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，滿(mǎn)足對(duì)患者復(fù)蘇體位要求。所有這些功能模塊集成在可雙折擔(dān)架上，形成系統(tǒng)，實(shí)施治送結(jié)合。總體設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

該自動(dòng)胸外按壓心肺復(fù)蘇擔(dān)架系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如下：

按壓頻率：100次/min；

按壓深度：0～5cm連續(xù)可調(diào)；

呼吸頻率：12次/min；

按壓/按壓通氣比：連續(xù)按壓 30:2、15:2、5:1；連續(xù)呼吸

潮氣量 0～1200mL連續(xù)可調(diào)；

氣道安全壓力：氣道壓力安全閥泄壓壓力為60cmH2O；

氧氣自給時(shí)間：40min；

重量：25kg。

表1 2005年國(guó)際心肺復(fù)蘇（CPR）指南的最新標(biāo)準(zhǔn)比例表

3 關(guān)鍵部件研制[5-7]

3.1 按壓氣缸組件

按壓氣缸組件由按壓氣缸和鎖緊裝置組成，可伸縮鎖緊裝置可根據(jù)患者的體型和尺寸將氣缸鎖定于胸部按壓處，以便進(jìn)行精確高效的胸部按壓。伸縮鎖緊通過(guò)內(nèi)置齒輪、特制彈性圈簧和鎖緊卡實(shí)現(xiàn)。通過(guò)特制缸體、活塞桿、密封圈和回位彈簧制成按壓氣缸，缸體表面印制的刻度線(xiàn)，可明確指示對(duì)患者的按壓深度。按壓氣缸組件如圖2所示。一個(gè)按壓動(dòng)作結(jié)束后，氣缸內(nèi)氣體可在復(fù)位彈簧的作用下通過(guò)按壓兩位三通電磁閥的大口徑排氣口快速排出。設(shè)計(jì)的按壓部分具有按壓沖擊力大、患者胸部復(fù)位快、氣缸輕巧便攜、按壓深度準(zhǔn)確可調(diào)的特點(diǎn)。

3.2 控制模塊

系統(tǒng)采用氣動(dòng)電控方式，由壓縮氧氣或空氣提供按壓動(dòng)力，推動(dòng)束縛固定于患者胸部的氣缸進(jìn)行按壓，按壓和呼吸頻率由單片微機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)按壓、呼吸、吸引的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)控制通斷閥實(shí)現(xiàn)。按壓深度通過(guò)調(diào)節(jié)推動(dòng)氣缸氣量的節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)，通氣潮氣量靠調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)。按壓頻率、按壓深度、按壓強(qiáng)度、按壓／呼吸比、呼吸頻率及潮氣量均可調(diào)。使用內(nèi)部集成可充電電池供電，也可使用外接直流12V供電，使用外接電源時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部電池智能化充電。系統(tǒng)控制原理圖如圖3所示。

通過(guò)在通氣氣路部分填加快排部件來(lái)保證患者機(jī)械通氣后肺內(nèi)氣體快速排出，不產(chǎn)生任何未經(jīng)設(shè)置的呼吸末正壓，保證排氣暢通。通過(guò)選取大口徑兩位三通按壓電磁閥來(lái)解決每個(gè)按壓動(dòng)作結(jié)束后氣缸內(nèi)氣體快速排出，從而使氣缸按壓頭快速?gòu)?fù)位，以滿(mǎn)足患者血流回心速度的要求。

3.3 氧氣供給模塊

系統(tǒng)內(nèi)嵌集成機(jī)器內(nèi)部自帶的2×3.2L鋁合金氣瓶，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部供氧，也可通過(guò)快插實(shí)現(xiàn)外接氣源供氧。2個(gè)氧氣瓶采用卡夾方式與單向閥、供氧減壓閥以及管路等集成于一體。供氧管路集成了2個(gè)單向控制閥，這樣實(shí)現(xiàn)二瓶氧氣供氧的單向隔離，既可實(shí)現(xiàn)兩瓶氧氣同時(shí)供氧，也可單個(gè)氧氣瓶供氧，使用時(shí)可先打開(kāi)一瓶氧氣，待氧壓表顯示該瓶氧氣快用完時(shí)再打開(kāi)另一瓶，而氧氣耗盡的氣瓶可拆下?lián)Q氣，快速互相切換兩個(gè)氧氣源輸入裝置，以保證在換氣過(guò)程中，心肺復(fù)蘇急救不會(huì)中斷。氧橋中特制的高壓?jiǎn)蜗驒C(jī)構(gòu)保證了在單瓶供氣時(shí)氧氣不會(huì)從拆下氣瓶的供氣通道泄露。管路中內(nèi)嵌的氧氣減壓閥確保氧氣瓶?jī)?nèi)氧壓變化時(shí)，后續(xù)用氧的穩(wěn)定和安全。外接用氧配套組件，可快速實(shí)現(xiàn)內(nèi)部自帶氣瓶供氧和外接供氧系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一的接口可以使擔(dān)架連接到救護(hù)車(chē)或醫(yī)院的氧氣設(shè)施。

3.4 復(fù)蘇背板

復(fù)蘇背板通過(guò)設(shè)計(jì)模具整體成型，其特殊的結(jié)構(gòu)和等高外型設(shè)計(jì)，使平躺在復(fù)蘇板上患者的體位自動(dòng)呈心肺復(fù)蘇狀態(tài)，能最大程度舒展病人的頸部，保持呼吸道暢通，而且易于進(jìn)行氣管插管和實(shí)施氣管切開(kāi)等急救操作，自然實(shí)現(xiàn)仰頭傾頦，胸部突起易于進(jìn)行胸外按壓。背板內(nèi)空間設(shè)計(jì)易于按壓、呼吸控制部件的集成，前面板易于安裝流量調(diào)節(jié)等各種控制按鈕開(kāi)關(guān)和接插件。復(fù)蘇背板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如圖4所示。

3.5 心肺復(fù)蘇擔(dān)架設(shè)計(jì)

擔(dān)架不僅是載人的載體，同時(shí)也是其它功能模塊載體。擔(dān)架設(shè)計(jì)成折疊式結(jié)構(gòu)，可以快速、簡(jiǎn)單的展開(kāi)，折疊時(shí)通過(guò)手柄和輪子可以快速輕松的拖運(yùn)，展開(kāi)承載患者時(shí)患者自動(dòng)呈抗休克急救復(fù)蘇體位，可保證患者頸部最大程度的舒展，確保呼吸道的通暢。其中：擔(dān)架前部用于集成心肺復(fù)蘇背板及其控制模塊，后部集成氧氣供給系統(tǒng)和急救附件箱。為了降低重量，采用鋁合金材料制作，強(qiáng)度能滿(mǎn)足承載180 kg靜載荷要求。

4 結(jié)論

(1)采用氣動(dòng)電控方式，以氧氣瓶氣源和內(nèi)部蓄電池的結(jié)合驅(qū)動(dòng)，比傳統(tǒng)的氣動(dòng)氣控方式具有更長(zhǎng)的使用時(shí)間，通過(guò)智能控制芯片控制電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)胸外按壓與呼吸供氧的協(xié)調(diào)與聯(lián)動(dòng)，控制更為精確，保證了急救的安全性和有效性。

(2)通過(guò)氣路設(shè)計(jì)和氣動(dòng)控制閥研制，實(shí)現(xiàn)了心肺復(fù)蘇過(guò)程中按壓深度、按壓方式、潮氣量等主要參數(shù)可根據(jù)患者的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證了胸外按壓和呼吸復(fù)蘇的精確高效。

(3)射流吸引功能的設(shè)計(jì)，能在急救過(guò)程中快速清除患者嘴部和咽喉部的堵塞物和各種液體，提高了心肺復(fù)蘇的使用效果。

(4)氧氣瓶聯(lián)接裝置和外部接口的設(shè)計(jì)，使心肺復(fù)蘇擔(dān)架可方便地使用外部氣源，保證了心肺復(fù)蘇擔(dān)架與救護(hù)車(chē)等運(yùn)載工具的良好配合，確保心肺復(fù)蘇急救的連續(xù)性。

(5)設(shè)計(jì)的輸液裝置便捷，能在心肺復(fù)蘇急救的同時(shí)對(duì)患者進(jìn)行給藥和輸液，提高了心肺復(fù)蘇急救的效果。

(6)心肺復(fù)蘇擔(dān)架的外形設(shè)計(jì)，能使患者的急救姿勢(shì)良好，方便心肺復(fù)蘇急救的進(jìn)行和有效，擔(dān)架折收迅速，移動(dòng)靈活，方便人員使用和攜行。

[1]American Heart Association,AHA (2005).AHA Guidelines for CPR ＆ ECC [J].Circulation,2005,112(24 Supplement):13.

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