艦用型復溫裝置設計方案研究

王猛，張孝強，劉勇，王世鋒，喻錫成，張建

人體低溫癥是體心溫度低于正常水平一定程度的突發癥狀［1-2］。根據低溫的程度，低溫癥可區分為輕度、中度、重度3種，如果處置措施不當，中、重度低溫癥患者極易死亡。地球表面70%被水域覆蓋，而海軍是一種全球性兵種，海上活動頻繁，人員落水極易產生低溫癥，因此低溫癥也是海軍軍事醫學研究的熱點內容之一［3-4］。

低溫癥的救治方法可分為體表（或體周）復溫法和體內（或體心）復溫法［5-6］。體表復溫法通常是從人體外表面進行復溫處理，對于輕度低溫癥患者較為有效，被動保溫、溫水浴復溫、熱空氣循環復溫等均屬于此類方法［7］；對于中、重度低溫癥患者，應先進行體內復溫，再附加開展體表復溫救治，目前比較簡單可行的體心復溫方法主要是吸入熱空氣和輸入溫熱液體［8-9］。

筆者針對艦船環境的特殊性，研制可有效解決中、重度低溫癥救治難題的艦艇專用衛生裝備，以提高海上特種傷情的應對能力。

1 艦用型復溫裝置勤務功能定位與技術形式分析

1.1 勤務功能定位分析

艦用型復溫裝置主要配置在各類艦艇上，救治對象主要是海上落水人員和嚴重戰創傷艦員，海上傷員后送困難，因此，大型艦船以及編隊救護所至少需具備低溫癥三級救治階梯中的第一級和第二級救治能力，即需要具備低溫癥傷員現場急救和體表、體內復溫救治。根據艦船醫療設備配置情況，適宜研制具備體周熱空氣循環加熱、吸入溫熱氣體和輸注加溫液體手段的復溫裝置。

1.2 系統組成和技術形式分析

根據前述勤務功能定位分析，筆者研制的艦用型復溫裝置，采用模塊化設計理念，由擔架平臺模塊，以及可加裝到該平臺模塊上的通風復溫模塊、加溫輸液復溫模塊和加溫加濕輔助呼吸復溫模塊組成。其中，擔架平臺模塊用于靈活加載其他3個復溫功能模塊。各模塊均可單獨使用，也可組合使用。

2 功能模塊設計

2.1 復溫裝置總成設計

按照上述組成及功能要求，筆者設計了艦用型復溫裝置，該裝置總體組成示意圖如圖1所示。通風復溫、加溫輸液復溫塊和加溫加濕輔助呼吸復溫模塊分別通過設備掛架固定在籃式擔架外沿。

圖1 艦用型復溫裝置總體組成示意圖

2.2 通風復溫模塊

通風復溫模塊由加熱通風單元和保溫式充氣囊共同組成。

2.2.1 加熱通風單元 加熱通風單元的加熱結構由風機、空氣加熱管路（模塊外部）及控制電路組成。風機的進氣口吸入外部空氣，之后經出風口送出，再通過空氣加熱管路送風至保溫囊內，實現循環加熱的工作模式。空氣加熱管路的兩端設計有溫度傳感器，可根據保溫囊內的實時溫度進行風量和溫度調節，實現精確控溫。配套的控制單元采用循環加熱、溫度反饋方案，其原理如圖2所示。完整的電路控制環路原理如圖3所示，系統電路實現方案如圖4所示。

圖2 通風復溫模塊溫度控制方案原理圖

圖3 通風復溫模塊電路控制環路原理圖

圖4 電路設計框圖

2.2.2 保溫式充氣囊 保溫式充氣囊三維結構示意圖如圖5。充氣囊外層為高強度尼龍面料，里料采用高強度尼龍綢，面料和里料之間填充保溫材料。保溫式充氣囊的兩側設計有可供手臂伸出的檢查通道，方便治療、檢查等操作。

圖5 保溫式充氣囊三維結構示意圖

保溫式充氣囊內部風道及溫度傳感器布置如圖6所示，通風復溫模塊整體的氣路循環如圖7所示。氣囊內部的風道部件通過加溫管路與加熱通風單元上的4個風口連接，風道部件底部表面設有諸多散風孔，形成均勻吹風模式，有利于均勻復溫。加溫管路連接保溫式充氣囊的4個風口處均設有溫度傳感器，用來實時監測氣囊內氣體溫度，并反饋給系統控制電路，用于實現閉環溫度調節。

圖6 保溫式氣囊內部氣道部件和傳感器布置示意圖

2.3 加溫加濕輔助呼吸復溫模塊

加溫加濕輔助呼吸復溫模塊采用電熱蒸汽加濕、管路加熱、遠端（面罩端）溫度反饋的設計方案。傷員呼吸所需的氣體途經該模塊時，首先進行霧化加濕，提高舒適度，然后采用加溫呼吸機的技術原理，在管壁內側附著電阻絲，形成加熱管，對通過的氣體進行加熱，處理完畢后進入呼吸面罩。系統設計原理框圖如圖8所示。

圖8 加溫加濕輔助呼吸復溫控制原理圖

加溫加濕輔助呼吸復溫模塊采用比例積分微分（proportional integral derivative， PID）控制原理進行氣體溫度、濕度的控制，控制原理如圖 9所示。

圖9 加溫加濕呼吸復溫模塊溫濕度控制原理圖

2.4 加溫輸液復溫模塊

該模塊主要由輸液單元和液體加溫單元組成，主要實現液體輸注、加溫等功能。

輸液單元采用半擠壓式液體驅動結構，具有開門報警、氣泡報警、阻塞報警功能，提升輸液安全性。加溫護套是實現液體加溫的功能結構，橫截面如圖10所示，同時，該護套還具備保溫功能。

圖10 加溫護套橫截面示意圖

加溫輸液復溫模塊的控制單元根據溫度傳感器反饋的溫度實現溫度閉環控制。控制原理如圖11所示。

圖11 加溫輸液復溫模塊電氣控制原理圖

3 主要材料、零部件選型

3.1 主要材料選型

各復溫功能模塊殼體材料宜選用強度高、韌性大、耐腐蝕、易著色、易加工的熱塑性塑料，并確保能夠滿足艦船工作環境要求。

丙烯晴-丁二烯-苯乙烯（acrylonitrile-butadienestyrene， ABS）三元共聚物具有強度高、輕便、表面硬度大、非常光滑、易清潔處理、尺寸穩定、抗蠕變性好等優點，常用來制作殼體、箱體、零部件等。采用該材料制作殼體，在技術性能和成本之間能夠達到較好的平衡。

3.2 主要零部件選型要求

采用上述方案設計的艦用型復溫裝置，市場選型的零部件主要包括電源轉換模塊、循環風機以及空氣加熱管路。其中，電源轉換模塊除了應滿足電源功率、調制電路和醫療用途及相關要求之外，還應具備電壓波動范圍寬、輸出功率穩定等特點，并能滿足艦艇艙室內工作的電磁兼容性要求。

空氣加熱管，需具備加熱功率可調，入口、出口端氣體溫度實時監測等功能，方便實現根據傷員體溫實時、自動調整加熱方案的功能。為減少選型產品類型，通風復溫模塊和呼吸復溫模塊宜選用同一類型器件。

4 樣機試制及性能試驗

按照前述方案和零部件選型要求，筆者加工試制了科研樣機，樣機實物如圖12所示。

圖12 艦用型復溫裝置科研樣機實物圖

該樣機展開時總體尺寸2 000 mm×800 mm×470 mm（含籃式擔架），通風復溫模塊8.5 kg，加溫加濕輔助呼吸復溫模塊1.9 kg，加溫輸液復溫模塊1.6 kg。系統總功率不超過650 W。

筆者對樣機進行了性能試驗，試驗內容包括自然環境適應性、可靠性、溫控范圍、溫控精度、電磁兼容性測試。試驗結果證明，通風復溫模塊氣體溫度調節范圍34～44 ℃，溫控誤差不大于1.5 ℃；加溫加濕輔助呼吸模塊氣體溫度調節范圍34～42 ℃，加溫輸液復溫模塊液體溫度調節范圍37～42 ℃；溫度控制誤差不大于0.9 ℃。系統工作可靠性不低于500 h（樣機累計運行602 h），按照GJB 151B—2013［10］測 試 了CE101、CE102、CS101、CS106、CS114、CS116、RE101、RE102、RS101、RS103等10個電磁兼容項目，測試結果均符合要求。

總體來說，試驗結果表明該方案設計的樣機，其高低溫、鹽霧、濕熱等性能能夠滿足艦艇艙室工作條件要求，溫控范圍和精度、可靠性、電磁兼容性達到了相關要求，功能和性能均能夠滿足艦船艙室環境條件下開展中、重度低溫癥傷員的救治需求。

5 結語

筆者研制了艦用型復溫裝置，為艦船環境下低溫癥傷員的現場救治提供了器材保障。但是，低溫癥傷員的救治對醫務人員的專業能力要求較高。如果要提高對低溫癥傷員的救治水平，還需要對隨船醫務人員及其他人員分類進行復溫救治技能培訓，避免因業務不熟練、救治策略不當影響救治效果。