氣動氣控袖珍急救轉運呼吸機研制及應用

吳耀宇，劉冬敏，王 中，孟慶友

(1.中州大學工程技術學院，鄭州 450044;2.河南輝瑞生物醫電技術有限公司，鄭州 450008;3.解放軍第152醫院麻醉科，河南 平頂山 467000)

呼吸機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用，然而急救轉運受諸多因素的限制，目前在病房普遍使用的氣動電控型呼吸機，由于體積、重量和操作因素，并不適用于急救轉運臨床中。適合急救轉運特點、使用方便、操作簡單，并能滿足臨床需要的急救轉運呼吸機受到迫切關注。［1-2］為此，我們在多年急救與轉運呼吸機研發的基礎上，研制出新型氣動氣控袖珍急救與轉運呼吸機。現從急救與轉運特點出發，就新型氣動氣控袖珍急救呼吸機在急救轉運中的應用價值探討。

1.產品設計

1.1 主要組成

氣動氣控型急救呼吸機主要由穩壓閥、氣動報警器、常通二位二通定比氣控閥、單向閥、手控閥、頻率調節閥(節流閥)、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節閥配合，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。調節頻率閥可控制通氣頻率，調節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計

圖1 氣路系統原理圖

氣路原理如圖1所示，1為氧氣源，經過濾器2后在穩壓閥3穩壓，輸出壓力保持在0.28MPa左右，當供氣氣源壓力低于0.30MPa時，此壓力值將達不到0.28MPa，此時氣動低壓報警器4將產生蜂鳴音，提示給氧氣瓶充氣。閥5為常通二位二通定比氣控閥，當閥處于左位時，為導通狀態，反之處于右位時為截止狀態。在進氣壓力和彈簧的共同做用下，該閥處于左位并導通，主路氣體通過潮氣量調節閥10進入空氧混合器12，通過呼吸閥13供給病人氣，供病人吸氣，完成通氣過程，與此同時有一路氣體通過頻率調節閥6和氣容7返回閥5右側，由于閥5左右閥芯面積差，右側推力很快大于左側推力及彈簧合力，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右側壓力迅速下降，在進氣壓力和復位彈簧的作用下閥5復位，主氣路導通，進入下一個通氣循環。其中通氣時間和呼氣時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果。每個通氣循環的通氣頻率由頻率閥6調節。手控閥8可用來手控通氣，當操作人員按下閥8時，閥8導通，直接向潮氣量閥10供氣，同時有一路氣體通向閥5右側而使其截止，通氣時間及頻率完全由操作者根據臨床實際來控制。安全閥15限制氣道壓力不超過6kPa。空氧混合器12利用文丘里效應與從11口進入的空氣混合，供給病人45% ～60%濃度的富氧空氣。氣道壓力表14實時檢測氣道壓力的變化。

為了保證在基本設計功能的前提下盡量微型化，經過方案論證，決定將氣源快速接口1、過濾器2、減壓閥3集成設計，同時將氣源壓力報警器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、頻率調節閥6、氣容7、手控通氣閥8、單向閥9、潮氣量調節閥10經過集成化設計為一體，形成該氣動氣控急救呼吸機核心閥部件;空氧混合器12、呼吸閥13、安全壓力閥15集成設計為輸出部件，通過壓力輸出管和氣道壓力管與主機連接。

在設計上采用Pro/ENGINEER三維設計軟件將兩部分氣路集成模塊進行模擬設計，將每一個氣動元件的結構、每一條氣路及其裝配關系都清晰、直觀地顯示出來。在進行多種方案評估與論證時，可當場做出修改并模擬顯示修改后的零件模型和裝配關系，保證了修改后結構的合理性和準確性。將設計好的集成氣路塊在數控加工中心進行加工，然后將相關元器件裝配后進行氣路塊性能測試。

1.3 產品外觀設計

產品外觀采用流線型設計(如圖2所示)，主機外形尺寸為210mm×88mm×70mm，重量僅0.8kg。單手可把握，不僅產品美觀，而且能避免醫護人員手持操作時可能產生的機械損傷風險。由1和2快速插體組成氣源輸入口;3為手控按鈕，設計在產品的側面，方便醫護人員需要手控通氣模式時，可單手把握呼吸機，只需用大拇指(左手把握時)或食指(右手把握時)輕按即為通氣，松開為停止通氣;通過頻率控制旋鈕4可調節提供給病人的通氣頻率，調節范圍4～60次/分;5為分鐘通氣量調節旋鈕，通過此旋鈕可調節提供給病人的分鐘通氣量，調節范圍2～24L/min;氣道壓力表6反映氣道壓力值，指示范圍-2.0～10 kPa，當氣道壓力≥6.0 kPa時，指示區域為紅色區域。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連接，圖3為產品照片。

2.產品特點

氣動氣控袖珍急救與轉運呼吸機是氣動氣控，時間/容量循環呼吸機。主機內部的氣動邏輯回路依靠壓縮空氣或醫用氧氣運行，從而實現控制通氣模式，向失去自主呼吸、自主呼吸微弱及需要心肺復蘇的病人提供機械通氣支持。用于急救、院前復蘇搶救與轉運、院內科室間轉運過程中向病人提供氧和呼吸支持。采用氣路集成化設計，主機尺寸小(210mm×88mm×70mm)，只有成人手掌大，重量僅0.8kg(見圖3)。加上隨主機氧氣瓶，總重量只有5.0kg，具有控制、手動等必須的急救通氣模式，參數設置方便快捷。由于完全氣動氣控，沒有任何電源(包括電池)，可以應用于沒有電源或需要限制電源使用的特殊場合如飛機、高壓氧艙、礦井易燃易爆環境。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、調節桿、氣嘴)、不銹鋼(彈簧、螺釘)等非磁性材料，非常適合于對電磁干擾要求比較嚴格的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運功能。

3.應用情況

2007年4月至2008年10月，應用J-ⅢC急救轉運呼吸機病例172例，年齡4～78歲。男性102例，女性70例。其中在心臟手術后轉運至ICU 68例，心肺復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。應用時間30分鐘～4小時不等。在人工通氣時潮氣量為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.結語

急救轉運具有突發性和緊急性，環境條件差，急救人員少、勞動強度大、素質要求高［4］，機械通氣的病人發生危險事件的幾率高［5］。操作快捷、簡便，具有基本通氣模式、必要的監測和報警功能，體積小、重量輕、持續工作時間長的呼吸機是急救轉運臨床的最佳選擇。J-ⅢC型袖珍氣動氣控急救轉運呼吸機非常適合急救轉運特點，具有非常好的推廣應用前景。

［1］黃忠會，曹全斌，王杉.多功能便攜式呼吸機在危重患者院前院內急救中的應用［J］.中國急救醫學，2007，27(11):1051-1052.

［2］周從陽，楊繼斌，曹春水等.TKR-300JⅡ型電腦急救呼吸機在急救中的應用［J］.中國急救醫學，2005，25(9):696-697.

［3］黃平東.呼吸機走向智能化［J］.醫療保健器具醫療器械版，2003，10(7):26-28.

［4］唐靈芝，房蔚霞，鄭春燕等.急救轉運途中病人的護理問題及特點［J］.護理研究，2005，19(6):1083-1084.

［5］Wallen E，Venkataraman ST，Grosso MJ，et al.Cardiovascular changes during transport of critically ill patients［J］.Crit Care Med，1995，23:1588-1595.