气动气控袖珍急救转运呼吸机研制及应用

吴耀宇，刘冬敏，王 中，孟庆友

(1.中州大学工程技术学院，郑州 450044;2.河南辉瑞生物医电技术有限公司，郑州 450008;3.解放军第152医院麻醉科，河南 平顶山 467000)

呼吸机作为抢救和治疗各种原因引起的急慢性呼吸衰竭不可缺少的重要工具，正逐渐取得日益广泛的临床应用，然而急救转运受诸多因素的限制，目前在病房普遍使用的气动电控型呼吸机，由于体积、重量和操作因素，并不适用于急救转运临床中。适合急救转运特点、使用方便、操作简单，并能满足临床需要的急救转运呼吸机受到迫切关注。［1-2］为此，我们在多年急救与转运呼吸机研发的基础上，研制出新型气动气控袖珍急救与转运呼吸机。现从急救与转运特点出发，就新型气动气控袖珍急救呼吸机在急救转运中的应用价值探讨。

1.产品设计

1.1 主要组成

气动气控型急救呼吸机主要由稳压阀、气动报警器、常通二位二通定比气控阀、单向阀、手控阀、频率调节阀(节流阀)、空氧混合器、气道压力表等元件组成，常通二位二通定比气控阀与频率调节阀配合，在气体压力的作用下按照一定频率和占空比开启与闭合，从而输出一定频率的潮气量。调节频率阀可控制通气频率，调节潮气量阀则可控制输出潮气量的大小。利用文丘里原理做成的空氧混合器可以使氧气与周围空气的混合，降低输出混合气体的氧浓度。

1.2 气路原理与集成化设计

图1 气路系统原理图

气路原理如图1所示，1为氧气源，经过滤器2后在稳压阀3稳压，输出压力保持在0.28MPa左右，当供气气源压力低于0.30MPa时，此压力值将达不到0.28MPa，此时气动低压报警器4将产生蜂鸣音，提示给氧气瓶充气。阀5为常通二位二通定比气控阀，当阀处于左位时，为导通状态，反之处于右位时为截止状态。在进气压力和弹簧的共同做用下，该阀处于左位并导通，主路气体通过潮气量调节阀10进入空氧混合器12，通过呼吸阀13供给病人气，供病人吸气，完成通气过程，与此同时有一路气体通过频率调节阀6和气容7返回阀5右侧，由于阀5左右阀芯面积差，右侧推力很快大于左侧推力及弹簧合力，阀芯左移使阀5截止而使得主气路供气停止，病人完成呼气过程，呼出气体也是通过呼吸阀排向大气。主气路供气停止使得阀5右侧压力迅速下降，在进气压力和复位弹簧的作用下阀5复位，主气路导通，进入下一个通气循环。其中通气时间和呼气时间之比被称为呼吸比，是由阀5的左右阀芯面积和弹簧弹性综合作用的结果。每个通气循环的通气频率由频率阀6调节。手控阀8可用来手控通气，当操作人员按下阀8时，阀8导通，直接向潮气量阀10供气，同时有一路气体通向阀5右侧而使其截止，通气时间及频率完全由操作者根据临床实际来控制。安全阀15限制气道压力不超过6kPa。空氧混合器12利用文丘里效应与从11口进入的空气混合，供给病人45% ～60%浓度的富氧空气。气道压力表14实时检测气道压力的变化。

为了保证在基本设计功能的前提下尽量微型化，经过方案论证，决定将气源快速接口1、过滤器2、减压阀3集成设计，同时将气源压力报警器4直接安装于铝合金部件阀体之上，作为气源供给部件整体;将常通二位二通定比气控阀5、频率调节阀6、气容7、手控通气阀8、单向阀9、潮气量调节阀10经过集成化设计为一体，形成该气动气控急救呼吸机核心阀部件;空氧混合器12、呼吸阀13、安全压力阀15集成设计为输出部件，通过压力输出管和气道压力管与主机连接。

在设计上采用Pro/ENGINEER三维设计软件将两部分气路集成模块进行模拟设计，将每一个气动元件的结构、每一条气路及其装配关系都清晰、直观地显示出来。在进行多种方案评估与论证时，可当场做出修改并模拟显示修改后的零件模型和装配关系，保证了修改后结构的合理性和准确性。将设计好的集成气路块在数控加工中心进行加工，然后将相关元器件装配后进行气路块性能测试。

1.3 产品外观设计

产品外观采用流线型设计(如图2所示)，主机外形尺寸为210mm×88mm×70mm，重量仅0.8kg。单手可把握，不仅产品美观，而且能避免医护人员手持操作时可能产生的机械损伤风险。由1和2快速插体组成气源输入口;3为手控按钮，设计在产品的侧面，方便医护人员需要手控通气模式时，可单手把握呼吸机，只需用大拇指(左手把握时)或食指(右手把握时)轻按即为通气，松开为停止通气;通过频率控制旋钮4可调节提供给病人的通气频率，调节范围4～60次/分;5为分钟通气量调节旋钮，通过此旋钮可调节提供给病人的分钟通气量，调节范围2～24L/min;气道压力表6反映气道压力值，指示范围-2.0～10 kPa，当气道压力≥6.0 kPa时，指示区域为红色区域。气道压力安全阀7、呼吸阀8为一体，与空氧混合器9相连接，通过压力气体输出管10和气道压力管11通过双管快速插体与主机连接，图3为产品照片。

2.产品特点

气动气控袖珍急救与转运呼吸机是气动气控，时间/容量循环呼吸机。主机内部的气动逻辑回路依靠压缩空气或医用氧气运行，从而实现控制通气模式，向失去自主呼吸、自主呼吸微弱及需要心肺复苏的病人提供机械通气支持。用于急救、院前复苏抢救与转运、院内科室间转运过程中向病人提供氧和呼吸支持。采用气路集成化设计，主机尺寸小(210mm×88mm×70mm)，只有成人手掌大，重量仅0.8kg(见图3)。加上随主机氧气瓶，总重量只有5.0kg，具有控制、手动等必须的急救通气模式，参数设置方便快捷。由于完全气动气控，没有任何电源(包括电池)，可以应用于没有电源或需要限制电源使用的特殊场合如飞机、高压氧舱、矿井易燃易爆环境。在制作材料上全部选择工程塑料、塑胶与硅胶(外壳、管路、气体喷嘴)、铝合金和铜合金(阀体、阀座、阀芯、调节杆、气嘴)、不锈钢(弹簧、螺钉)等非磁性材料，非常适合于对电磁干扰要求比较严格的CT检查室、核磁共振检查室等。与面罩、喉镜、开口器、吸痰器、吸氧流量阀等集中于急救箱中，具有吸氧、吸痰等多种急救与转运功能。

3.应用情况

2007年4月至2008年10月，应用J-ⅢC急救转运呼吸机病例172例，年龄4～78岁。男性102例，女性70例。其中在心脏手术后转运至ICU 68例，心肺复苏急救插管后人工通气87例，从ICU至核磁共振室检查15例，CT室18例。应用时间30分钟～4小时不等。在人工通气时潮气量为10～12ml/kg，通气频率16～18次/分。病人ECG、血压、SPO2、ETCO2等均在正常生理范围。

4.结语

急救转运具有突发性和紧急性，环境条件差，急救人员少、劳动强度大、素质要求高［4］，机械通气的病人发生危险事件的几率高［5］。操作快捷、简便，具有基本通气模式、必要的监测和报警功能，体积小、重量轻、持续工作时间长的呼吸机是急救转运临床的最佳选择。J-ⅢC型袖珍气动气控急救转运呼吸机非常适合急救转运特点，具有非常好的推广应用前景。

［1］黄忠会，曹全斌，王杉.多功能便携式呼吸机在危重患者院前院内急救中的应用［J］.中国急救医学，2007，27(11):1051-1052.

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［3］黄平东.呼吸机走向智能化［J］.医疗保健器具医疗器械版，2003，10(7):26-28.

［4］唐灵芝，房蔚霞，郑春燕等.急救转运途中病人的护理问题及特点［J］.护理研究，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.