Cellular-Ⅰ型便携式野战麻醉机的研制

窦建洪，周功华，施冲，张延武，屠伟峰＊广州军区广州总医院，广州，510010

Cellular-Ⅰ型便携式野战麻醉机的研制

【作 者】窦建洪，周功华，施冲，张延武，屠伟峰＊广州军区广州总医院，广州，510010

目的研发一套适用于现场紧急医疗救援的便携式野战麻醉机。方法利用Pro/E建模软件进行3维结构设计，并根据GB9706.29要求及相关国家标准进行机械加工。结果该机体积小、重量轻，符合便携式的要求，适宜很多院内外场合使用。样机具有呼吸支持和麻醉功能, 可以满足成人及儿童的麻醉，同时具备参数安全报警功能。结论便携式麻醉机对于野战和院外的紧急医疗救援具有重要的作用。

便携式；野战；麻醉机；集成麻醉呼吸回路

0 引言

自然灾害或战争瞬间会造成巨大的人员伤亡，救援中一个必须面对的难题就是数量巨大的需救治伤病员与有限的医疗资源之间的矛盾。灾害发生后短时间内，灾区往往处于无电无水无气无通讯的状况，缺乏必要的临床检查和检验设备，麻醉监护设备损坏严重，现代化的设备无用武之地，便携式医疗装备在早期发挥了重要的作用[1]、[2]。

国外先进国家很早就意识到灾害情况下紧急救治的重要性，相继成立了全国性的灾害医学学术组织和灾害医学救援中心，进行了广泛的理论和实践上的探索[3]，Oswald于1991年就明确提出了“便携式麻醉输送系统”（Portable anesthesia transport system）的概念，用于院内手术室以外的床边手术或危重病人的短途护送[4]。 Low E等则综述了适于艰苦野战环境下用于麻醉的便携式气道通气设备，提出理想的便携式野战麻醉设备必须具备方便携带、重量轻、可靠性好、操作简便等特点[5]。国外便携式麻醉机的发展以美军最有代表性，90年代美军配备了Ohio855A型野战麻醉机[6]。此外，还有德国出产的HEYER BAHNER Ⅱ型、Ⅲ型便携式麻醉机等。但是这些麻醉机价格都很昂贵，且麻醉气体回路部分仍很原始（管道式设计）。国内医学工程界近几年来开始重视这一领域，相继开发了很多相关产品，如总后卫生部03年配发的晨伟CWM-301型多功能野战麻醉机，长峰公司生产的ACM602型野战手术车车载便携式麻醉机，以及谊宜安公司生产的Aeon7200A车船载麻醉机[7-9]等。但是它们的设计模式基本都未脱离传统方式，集成度不够高，而所选用的元件、部件体积重量都较大。因此，总体上而言，目前国内外麻醉机都体积庞大、形体笨重、结构与操作复杂，属于相对固定式的医疗设备，比较适合在院内手术室使用，如果在其它场合如医院以外的急救现场或流动医院中使用就不方便。

便携式麻醉机的设计理念在近几年也有了新的变化，不再一味地强调多功能和自动化，而是强调实用性、稳定性和便携性， Ocean medicine公司在研制开发出Magellan-2200 Model 1 和Magellan-2200 Model 2 机控式便携式野战麻醉机之后，新研制的Magellan-2200 Model 3便携式麻醉机仅有手控功能，该机必须通过人工手捏呼吸囊的方式给病人供气，用于短期麻醉的使用或仅仅需要一个基础麻醉气体输送的情况。目前该机已经在美军中配发使用。由于避免采用了复杂的电路装置，该类型麻醉机可以在磁共振条件下使用[10]。

基于此，我们研制和开发了一套适用于现场紧急医疗救援的Cellular-Ⅰ型便携式野战麻醉机，它能在恶劣环境条件下迅速展开危重伤员救治和外科手术，从而提高我国流动医院或流动医疗队的紧急救治和外科手术能力。特别是在一些如战争、恐怖事件、洪水、台风、地震等造成的野外恶劣环境和突发性灾难事件中的紧急救治和外科手术中使用这种便携式野战麻醉机，对保障伤员的生命安全起到了决定性的作用，能最大限度地保障伤员的生命安全。

1 Cellular-Ⅰ型麻醉机的结构与功能

Cellular-Ⅰ型便携式野战麻醉机的结构（如图1所示）包括主机架、集成回路模块、挥发罐模块和气体流量控制模块[11-13]。集成回路模块、挥发罐模块和气体流量控制模块易装拆式连接在主机架上。提手可以放倒，节省空间体积。为了便于运输，我们还特别设计了适合于该麻醉机的箱体。本机利用Pro/E软件进行3维结构设计，并根据GB9706.29要求及相关国家标准进行机械加工。

图1 Cellular-Ⅰ型便携式野战麻醉机结构图Fig.1 Structure diagram of Cellular-Ⅰ Portable Field Anesthesia Machine (PFAM)

1.1工作原理

Cellular-Ⅰ型便携式野战麻醉机可使用氧气或者空气做高压气源，通过手控方式或者外接呼吸机的方式为患者提供呼吸支持和气体麻醉输送，保障适宜的呼吸频率、吸呼比和潮气量，其工作原理如图2所示。气体流量控制模块设有外接氧气和空气的气体输入口，其输出口连接挥发模块的输入口。集成回路模块有呼气口、吸气口和手控皮囊，挥发模块的混合气体输出口通过单向阀之一与集成回路模块的气体输入端相连。集成回路模块的控制输入端连接手控皮襄的气体输出端，呼气口和吸气口分别通过单向阀之二和单向阀之三连接供病人呼吸的呼吸管路。

图2 Cellular-I型便携式野战麻醉机工作原理图Fig.2 Work theory drawing of Cellular-Ⅰ PFAM

1.2主体部件的结构和功能

1.2.1 气源接口模块 可以用中心供氧（压缩空气）、压缩气瓶或者高压供氧（压缩空气）装置供气，为麻醉机提供动力和呼吸气源。气源进入有单向阀进行阻隔，防止气体倒流与窜气，并装有能过滤100μm以上颗粒杂质的过滤器。

1.2.2 氧气流量控制模块 包括氧气气源的通断、氧气流量计截流与流量显示、快速充氧阀、控制气路等。流量计采用单管，流量0.1-10L/min；充氧要求流速35-70L/ min；控制气路包含调压、气源高压保护等功能。设计符合相关国际标准与GB9706.29要求。

1.2.3 集成回路模块 该部分是该麻醉机的主要设计部分，也是难点部分，需要在密闭循环回路中整合吸收罐、PEEP阀、单向阀、自动切换开关、手动切换开关等重要部件，同时又要满足轻便、安全、便于拆装，气密性很好。该回路实现了半紧闭半开放、全紧闭麻醉，具有气道压力监测指示、呼吸循环控制、集成CO2吸收罐、手控机控切换、PEEP调节（可选）等功能，体积小巧，钠石灰罐拆装非常方便。拆卸钠石灰罐时气路自动切换，即使在使用中仍可以更换钠石灰，同时预留呼出流量监测接口，如图3所示。

图3 集成回路模块外形图Fig.3 Design of integrated circuit module (ICM)

1.2.4 挥发罐支架 该挥发罐支架是在金科威公司GA700支架的基础上进行的简化设计，只保留单罐位，在保证气路的同时减少了零件，使得成本更低、装配维护更加容易，设计符合国际标准与国内标准要求。其外形如图4所示。

图4 挥发罐支架Fig.4 Design of vaporizer stand

1.2.5 箱体结构 如图5所示，在麻醉机主体的底座部分有托架，可以支撑在机箱中。另外，可以考虑采用拉杆铝箱、背包等方式供用户选择。

1.3总体性能指标

图5 箱体结构Fig.5 Box structural design of Cellular-Ⅰ PFAM

图6 Cellular-Ⅰ型便携式野战麻醉机Fig.6 Cellular-Ⅰ Portable Field Anesthesia Machine (PFAM)

我们根椐ISO9000和EC60601要求，严格制订设计规范和设计生产过程，最终产品如图6所示。该机外形尺寸500(W)×365(H)×230(D)mm (包含底座)，主机重量9.5 kg（包含底座、不含钠石灰）。

Cellular-I型便携式麻醉机整机均采用便携性设计，通过连接管路将主机架、集成回路模块和挥发罐模块件有机地连接在一起，使麻醉机体积大大缩小，重量轻于同类产品，可以采用支架或铝合金拉杆箱方式转运麻醉机。该机适用于成人和儿童的麻醉，采用手控（MANUAL）通气模式，配备氧气和空气双气源供气，供气压力范围为100～500 kPa。由于采用了集成回路设计技术，CO2吸收罐拆卸安装方便，吸收罐容量为1L，在更换钠石灰时气路自动密闭。国产（谊安）或者进口（雅培）挥发罐均可以在本机上用来控制麻药浓度。该机还预留了呼吸机驱动气接口，可以与其它呼吸机组成机控系统用于手术中病人的机械通气和气体麻醉，同时也预留氧浓度监测、吸气流速和气道压力监测接口，其中气道压力监测设有报警装置。手动PEEP范围为0～20 cmH2O，压力限制范围为2～60 cmH2O，具有气源高压保护和气道过压保护安全装置。

2 Cellular-Ⅰ型麻醉机的性能特点

Cellular-I型便携式麻醉机的主要特点包括：

(1) 实用性 小型化、携带轻便、装卸快捷、操作简单和军地两用等。

(2) 安全性 包括麻醉机本身的防潮防摔防震等质量安全特性及用于伤员救治和麻醉过程中的生命安全，并具有气道压力、潮气量、氧浓度报警和可以空投等特性。

(3) 适用性 适用于战争或重大灾害等恶劣环境条件下的各种应急医疗救援中急危重病人的救治和外科手术，可用于儿童、成人的紧密或半紧密全身麻醉。

(4) 易操作性 经过麻醉相关培训的各级麻醉医务工作者，都能熟练操作。

因为该机重量轻和便于携带，它可以方便地应用于医院里的很多特殊需要的场合，如无痛胃肠镜、人流手术的保驾等。同时由于该机既可以用空气也可以使用氧气作为气源，所以方便在很多场合的使用，如在抗震救灾现场氧供不足情况下，可利用空气压缩机作为气源供应。当然，该机也存在一些技术风险，由于采用手控方式，对操作人员的要求比较高；能提供的报警等保护比较有限，在遇到诸如管道脱落、低气道压等情况下可能不能主动报警，因此需要与相关的监护和监测设备配合使用比较保险。

4 展望

Cellular-I型便携式麻醉机具有体积小、重量轻、移动非常便捷、操作和维护非常方便等特点[14]，但是对患者的安全保护却一样都不少，完全符合国际与国家标准规范。它摆脱了体积庞大、形体笨重固定性麻醉机的设计理念，将麻醉机功能单位进行了小型化、集成化和模块化设计，使麻醉机体积大大缩小，在保留麻醉机基本功能情况下更加便于携带、转运甚至空投。

目前的Cellular-I型便携式麻醉机，为手控通气实现紧闭、半紧闭麻醉手术，在第二代产品Cellular-II中，将采用全气控呼吸机作为驱动气体，报警使用低功耗电能，让麻醉手术更安全可靠，麻醉更舒适，减少术中麻醉师的工作量[15]。

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Development of Cellular- I Portable Field Anesthesia Machine

【Writers】Dou Jianhong, Zhou Gonghua, Shi Chong, Zhang Yanwu, Tu Weifeng＊Guangzhou General Army Hospital, Guangzhou, 510010

Portable, Field, Anesthesia machine, Integrated anesthetic breathing circuit

】Objective To develop a portable fi eld anesthesia machine system suitable for the medical fi rst-aid on the spot. Methods The three-dimensional structure of PFAM was designed with modeling software of Pro/E and manufactured according to the GB9706.29 and other national standards. Result Due to its small footprint and very light weight, PFAM is completely portable and convenienton different occasions within or outside a hospital environment. It can support breathing of patients and delivery anesthetic gas, fi tted for both adult and children patients. All of the safety alarm systems required are employed on board. Conclusion PFAM may play an important role in the fi rst-aid in the fi eld or outside the hospital.

1671-7104(2010)05-0347-03

2010-06-10

该项目获全军医药卫生科研基金项目资助,“便携式多功能野战麻醉机与野战麻醉应急预案”，课题编号08G029；获发明专利一项, “便携式野战麻醉机”,申请号/专利号:CN200910036664.2

屠伟峰，E-mail: wftuyx02@163.com

TH777

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10.3969/j.isnn.1671-7104.2010.05.009

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