一种高级重症监护型救护车的研制

张 涛，王家军，宋振兴，陈国钧

一种高级重症监护型救护车的研制

张 涛，王家军，宋振兴，陈国钧

目的：研制一种用于重症伤员或患者在现场救治、转运途中生命支持、院内救治无缝对接的达到ICU病房洁净度的高级重症监护型救护车。方法：根据重症监护型救护车的功能定位要求，研制具有自主知识产权的救护车专用底盘，研发、优选急救设备设施及制氧、净化设备，严格按急救医护流程布局配置3G网络、北斗和卫星通信系统。结果：车辆最高时速125 km/h，可同时满足1名卧姿伤员和3名坐姿伤员的转运、现场救治，图像、数据可适时查询、传输，具有全天候、全覆盖的语音通话，可实现不间断连续供氧，空气洁净程度达10万级。结论：整车性能优良、功能完备，实现了重症伤病员现场救治、转运途中生命支持和院内救治的无缝对接，显著提高了急救医疗装备的水平。

救护车；重症监护；净化系统；制压氧；远程会诊

0 引言

我国已经进入老龄化社会，且心脑血管疾病高发，同时自然灾害和突发事件较多，对重症伤员医疗救护的要求越来越高。现有的救护车辆功能较单一，对于生命支持的力度达不到实际需求。因此，为适应现场救治、运送途中实施心肺复苏和高级生命支持的要求，有必要研制一款高级重症监护型救护车[1]，用于交通重症创伤伤员、脑猝重症患者、心脏等重要脏器疾病重症患者、中毒重症患者以及灾害重症伤员在现场救治、运送途中实施心肺复苏和高级生命支持[2]，实现重症患者现场、转运途中和院内救治、生命支持的无缝对接。

1 设计

1.1 总体设计

高级重症监护型救护车严格按急救医护流程布局设计，重点突破以下各方面：

（1）车载生命支持医疗模块优化和集成技术[3]，具备完备的通气、吸氧、除颤、心肺复苏、生命体征监护等重症伤病员急救和高级生命支持功能。

（2）汽车底盘改装、救护车舱室空间优化设计和车厢内低噪声设计研究，提高车辆行驶的平顺性；设备设施选型[4]、布局符合急救医护流程，以降低医护人员的劳动强度，提高车厢的隔音性能，减少车厢内部的噪声源。

（3）车厢微环境洁净控制技术研究[5]，达到十万级洁净程度。

（4）伤病员担架平台“隔振+缓冲+限位+固定平台”等关键技术研究，提高重症患者转运的平顺性。

（5）车载微型一体化吸附塔型制氧技术、车载多级氧气灌充安全技术、不间断制压氧技术，为重症患者提供充足的氧气保障。

（6）车载重症监护信息的多通道通信网络技术、车载卫星/3G智能实时网络监控技术，实现对重症患者的医学信息远程传输和远程诊断能力。

（7）微型呼吸监护一体化集成技术，实现重症患者现场、转运途中和院内救治与生命支持的无缝连接。

（8）重症监护型救护车综合运用计算机实体建模、车辆结构动力学分析、有限元分析、试验优化和功效学评价等技术，开展整车综合集成与优化设计、车厢结构力学设计和降噪设计，提高车辆平顺性、行驶稳定性和救治流程的工效学水平，车辆达到国际同类产品的先进水平。

1.2 系统设计

1.2.1 底盘

高级重症监护型救护车采用公司自主研制的EQ6600KST救护车专用底盘（如图1所示），具有承载式车架、四轮空气悬架、国Ⅳ排放发动机、前轮盘式制动、后轮鼓式制动、电控气动变速箱，配备ABS、胎压监测、轮胎防爆等装置，最大总质量8 050 kg，最高时速125 km/h。

图1 救护车专用底盘

1.2.2 车身

高级重症监护型救护车车身分为驾驶舱和医疗舱2个部分。驾驶舱采用长头型，安全性能达到校车级安全标准；医疗舱采用整体骨架方舱型，便于功能布局；车身骨架采用龙门结构式，采用型材组焊而成；蒙皮全部采用模具冲压成形件，采用优质碳素结构钢，具有良好的强度和刚度；车身设计经有限元受力综合分析，在保证车身强度和刚度的情况下，使车辆达到最大轻量化设计。同时，在模拟分析的过程中忽略了蒙皮、玻璃等对车身骨架的加强作用，因此，车身设计强度符合车辆要求。

1.2.3 急救设备设施及医疗舱布局

高级重症监护型救护车分为驾驶舱和医疗舱2个部分。前后两舱之间设置有观察窗，双方可语音通话。按急救医护流程布局[6]药品器材柜、车载生命支持呼吸机、呼吸监护一体机、除颤仪、负压吸引器、急救快速输血/输液泵、伤病员上车担架、铲式担架、脊髓板、长沙发、医生座椅、护士座椅、工作台等，另配置洗手池及供水系统、车载制压氧系统、空气净化系统及换气系统、车载通信及远程会诊系统、车辆暖风及燃油加热系统等专用设施。

1.2.3.1 急救人员配置及布局

医疗舱内设置医生座椅1套、护士座椅1套和3人长沙发1套（如图2所示）。医生座椅设置在上车担架的前方，配置左、右扶手和三点式安全带，可360°旋转，方便医生操作通信系统和控制面板。护士座椅设置在上车担架左侧，靠上车担架中部。急救设备设置在护士座椅两侧，方便护士操作和观察。护士座椅配备有三点式安全带。3人长沙发设置在上车担架右侧，可同时容纳3个轻伤员或陪护就座。3人长沙发配置有3套两点式安全带。

1.2.3.2 空气净化及消毒系统

医疗舱配置空气净化消毒系统1套、紫外线消毒灯2盏、换气系统2套、空调系统1套、车辆暖风系统及燃油加热系统1套。空气净化消毒系统集成TiO2纳米材料制成的过滤网、紫外线灯、高效过滤器、离心风机等设备，安装在医疗舱前顶中部。空气净化消毒系统从下部进风，两侧出风，与空调系统共用一套风道，形成合理的气流组织，把净风送到医疗舱的每一个地方（如图3所示）。空气净化消毒系统的送风量为3.8 m3/min，10 min即可将舱内的空气净化消毒2次。经检测，舱内空气洁净度可达十万级标准。

配置的空调系统为顶置式，制冷量达到15 kW，20 min即可将医疗舱内的温度从40℃降至26℃。

配置的燃油加热系统为独立燃烧加热式，功率达16.3kW。燃油加热系统和车辆暖风系统同时工作，20 min即可将医疗舱内的温度从-40℃升至18℃。燃油加热系统和车辆暖风系统配置2套散热器，1套设置在左前侧器械柜底部，风口对准侧开门后侧，1套设置在右后侧长沙发下。

配置的2套换气系统设置在车顶左、右两侧的顶置空调后方。

1.2.3.3 制压氧系统

车载微型制压氧机包括分子筛PSA制氧模块和压氧模块。制氧模块主要解决一体化吸附塔型微型化技术。车载一体化吸附塔由上下模块组成，上模块集成了氧气罐、吸附器、气体分配阀、吸附器上端盖和排氮口，下基板集成了出氧管、节流孔和单向阀；吸附器由铝筒、分流筛板、分子筛组成。上下模块组合形成一体化吸附塔，使得整机主要由空压机和吸附塔组成，简化了整机结构，减少了故障点，可大大地提高可靠性。

图2 医疗舱布局图

图3 净化装置

压氧单元由灌充平台和智能控制系统等组成。其运行流程如图4所示。

控制单元应用PLC及触摸屏。触摸屏和PLC之间采用RS-232串行通信方式，参数设置为：波特率115 200，数据位7位，采用偶校验，2位停止位。

灌充平台设计中主要参考 GB 50030—1991《氧气站设计规范》和GB 16912—2005《氧气及相关气体安全技术规程》等规范要求，设计时考虑了多项安全保护措施。灌充管路结构设计如图5所示。

控制单元选用的CP1E系列PLC可以通过CX-Programmer专用软件进行编程、设定和监控。CX-Programmer是在Windows平台运行的编程软件，与Windows7系统兼容。PLC通过USB电缆与计算机通信连接。PLC程序采用模块化设计（如图6所示），主要包括数据采集、电源监测、压氧、参数设置、供氧、时间处理、报警7个子程序。

车载微型制压氧装置为医用车辆提供了一种全新的制供氧方式，实现了车载氧气瓶的实时灌充，形成不间断供氧能力，可有效提高急救车辆的长途转运能力。车载微型制压氧装置设置在医疗舱左前部工作台左侧。

1.2.3.4 车载医用综合信息通信工作平台

车载医用综合信息通信工作平台由车载信息工作站、车载通信系统（卫星通信系统、3G通信系统、BD1通信系统）、远程医疗音视频系统和话音调度系统组成，系统组成框图如图7所示。

（1）车载信息工作站。

车载信息工作站主要完成数据采集处理（医疗设备数据、伤员信息（电子病历）、音视频数据）、导航/车载音响、车况检测、车辆监测、多种通信方式的集中控制以及人机交互功能。

车载信息工作站在结构上进行一体化设计，其外形尺寸为标准的车载标准3DIN机箱，标准配置为7 in（1 in=25.4 mm）（分辨率为800×480）TFT彩色液晶器，为电阻式触摸屏。采用无通风孔设计，防震、防尘、防溅水，符合车载环境。

车载信息工作站采用12 V电源，可由汽车电瓶直接供电。配备4个标准串口、3个USB接口、1个网络接口、1个SD卡插口和1个mini USB接口，可用于医疗设备数据采集、通信控制、车辆检测、监控。同时还具有1路红外接口、1个蓝牙通信接口和1个Wi-Fi接口，可实现功能扩展。本系统与外接设备的连接主要通过网口、串口和USB口，同时具备蓝牙连接方式。

图4 压氧运行流程图

图5 灌充管路结构示意图

图6 制压氧机PLC控制程序框图

图7 车载医用综合信息通信工作平台系统框图

车载信息工作站嵌入车辆驾驶台内部，车载动中通天线、3G天线、话音调度系统天线、GPS/BD1终端（与天线一体）安装于医疗舱前顶部，车载摄像机设置在医疗舱右侧壁后部风道下，LED显示器安装在医疗舱前壁工作台上方，其余通信设备安装于机柜内。设备需占8 U高，机柜设计550 mm进深。通信机柜设在医疗舱前中部工作台下方。

①硬件功能。无线连接：蓝牙；通信功能：本身支持语音通信，支持3G无线上网（WCDMA或CDMA2000）；车况检测：通过ODBII接口与车辆ECU连接，实时获取车况数据；车辆监控：最多支持4路摄像头同时工作；数据传输：支持监控图像、车况数据、地理信息数据传输；导航定位：GPS/BD卫星定位；娱乐功能：车载音响、FM、MP3播放；环境参数：工作温度为-20～55℃，存储温度为-40～70℃。

②软件功能。采用Android2.3嵌入式操作系统（可升级到Android3.0）。软件系统主要分为硬件资源、驱动、操作系统和应用软件4个层次。操作系统负责对系统硬件控制及应用的管理，其功能一般包括系统进程管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理等。

车载医用信息系统应用软件包括：人机交互软件（UI操作界面）、医疗设备数据采集及控制软件模块（集控软件）、医疗数据存储及数据库管理软件模块、远程专家会诊音视频控制软件模块、多模通信系统控制软件模块、BD1通信控制软件模块、车辆在线监测软件模块、车辆监控图像采集传输控制软件模块、车辆智能导航软件。

（2）车载通信系统。

①动中通卫星通信系统。卫星通信适合室外各种复杂的自然环境下使用，不受地域限制，具有通信距离远、通信带宽宽、质量高等优点，常常被用于应急和军事通信中。ICU车采用动中通卫星通信系统，可以在运送危重伤病员的途中实时和后方保持视频、音频、数据通信，随时报告危重伤病员的情况；作为通信的另一方，建设一个卫星通信测试端站，与ICU车通信，在后方的医疗支持和指导下，ICU车实施途中的监护监测、抢救和会诊。

卫星通信体制采用SCPC点到点通信方式。医疗信息数据及音视频数据落地到卫星测试站后接入Internet公网，各使用单位可通过公网访问到医疗信息数据及音视频数据，实现双向业务传输。

重症监护型救护车卫星通信分系统主要由Ku频段动中通车载卫星天线、室外发射单元、卫星调制解调器、高清图像编解码器、多媒体服务器、网络交换机、音视频采集和显示设备、计算机设备组成，安装在小型机柜内。

测试端站的卫星通信分系统采用2.4 m Ku频段固定天线，终端处理设备与ICU车的设备组成基本相同。重症监护型救护车卫星通信示意图如图8所示。

图8 重症监护型救护车卫星通信示意图

②通信系统。本系统是利用前方现场的重症监护型救护车上的医疗仪器设备的通信接口，将伤员的监测、检查和生化病理分析等相关数据和影像资料通过现场采集和处理后，经过3G通信网络，将音视频数据和检测数据传输到Internet，在输出端可通过硬解码或软件解码的方式将音视频解出，在后方急救中心或医院信息中心将采集数据解析显示（如图9所示）。3G网络通信系统的数据传输量可达6 Mbit/s。

③北斗1（BD1）通信系统。北斗1（BD1）车载终端除可完成导航定位功能外，同时具备短报文通信功能。在极端情况下（无3G网络覆盖或3G网络损毁且无可利用的通信卫星资源），仍可将车辆位置信息及伤员重要的生命体征数据（如血压、脉搏、体温、体动等）通过北斗卫星以一定时间间隔自动回传。也可以通过手写输入方式，向中心发送短报文（类似手机短信），使后方及时获取车辆及伤员状况。

车载BD1终端支持连续和单次通信，收发频度为60 s 1次，一次最多支持120个汉字或字符通信，定位时间最少15 s。

车载终端尺寸为Φ130mm×80mm（与天线一体），采用12 V直流供电，为吸顶式安装方式。

（3）远程医疗音视频系统。

远程医疗音视频系统主要用于完成远程医疗过程中双向音视频采集、显示功能，高清图像/伴音回传，普通图像/伴音接收。主要包括车载视频采集设备——标清/高清摄像机、高清音视频编解码器、音频采集设备、车载显示设备——32 in LED显示器。

（4）话音调度系统。

车载通信系统用于实现远程医疗图像/话音/数据通信功能。此外，根据需要车辆还配备单独的话音调度系统，用于指挥中心的人工话音调度。

该系统包括手持电台2部（基本配置）和话音调度台1台（标准1 U机箱），可实现调度中心通过GSM/CDMA无线链路与该车辆上/下人员的常规手持电台通话调度功能。

1.2.3.5 患者隔振缓冲装置

图9 3G通信网络急救监护系统示意图

隔振缓冲装置应用逆触流变新型智能材料，实现黏弹性自适应调节，应用正负刚度并联机构等新技术，实现刚度高静低动，从而能在静态载荷下实现可靠固定，在稳态激励下实现有效隔振，在瞬态激励下实现有效缓冲，在可能极大冲击下实现速度锁定，在可能极大变形下实现有效限位，突破传统隔振缓冲技术的局限，可在整个激励频率范围内实现对卧姿重症伤病员的有效隔振、缓冲。目前，国内外尚无此类集逆触流变智能材料、隔振、缓冲、限位、固定于一体的技术及产品。

（1）设计了隔振缓冲限位固定装置原理样机。

该隔振缓冲限位固定装置采用正负刚度并联技术原理设计（如图10所示），原理和样机外形如图11所示，实现在整个激励频率范围内对卧姿重症伤病员的有效隔振、缓冲。

图10 正负刚度并联模型及受力示意图

图11 隔振缓冲限位固定装置原理样机

（2）进行了振动试验分析。

通过隔振缓冲器力-速度特性曲线实验测试，对重症监护车担架仓隔振系统进行振动传递特性试验、分析，结果表明该隔振系统在整个试验频率范围内其传递函数均小于1，除在共振频率附近外，其他频率点其传递函数均小于0.5，具有理想的隔振效果（如图12～13所示）。

图12 隔振缓冲器力-速度特性曲线

（3）建立了卧姿重症伤病员-担架-救护车系统振动物理模型（如图14所示）。

图13 隔振缓冲系统传递特性曲线

图14 卧姿重症伤病员-担架-救护车系统振动物理模型

根据车辆振动系统的物理结构，经过合理简化，建立了卧姿重症伤病员-担架-救护车系统振动物理模型，可为下一步进行整车动力学系统的模拟、分析、优化提供基础。

2 性能指标

通过研制重症监护型救护车，为交通重症创伤伤员、脑猝重症患者、心脏等重要脏器疾病重症患者、中毒重症患者以及灾害重症伤员在现场和运送途中实施心肺复苏和高级生命支持的救治，实现重症患者现场、转运途中和院内救治与生命支持的无缝对接，其性能指标包括以下4个方面：

（1）整车性能指标：①减振性能：在B级路面，伤病员转运推车上重症伤病员的全身频率计权加速度不大于1.00 m/s2；②通信功能：3G、北斗、动中通通信、高清视频传输、全地域通信；③车厢洁净程度：十万级水平；④噪声水平：在B级路面以60 km/h匀速行驶时，车辆自身噪声在车厢内测量时不大于75dB。

（2）制氧基本模块主要技术指标：①制氧流量：10 L/min；②压氧流量：10 L/min；③氧气体积分数：（93±3）%；④出氧压力：0.04～0.06MPa；⑤功耗：〈320W；⑥噪声：65 dB（A）。

（3）环境适应性：①工作温度：-25～41℃；②存贮温度：-40～50℃；③相对湿度：≯95%（25℃）。

（4）装载运输：能适应铁路平车、船舶、大中型运输机装载运输。

3 功能

（1）在救护车专用底盘基础上开发监护型救护车，车辆平顺性能达到高级客车标准，乘卧舒适、操控性能良好、动力强劲、主被动安全性能高。

（2）采用长头型车身设计，车辆安全性能高于校车标准。

（3）可同时运送1名卧姿伤员和3名坐姿伤员；自动体外除颤监护功能；心电、血压、体温、呼吸、血氧饱和度等生命体征信息监护功能；急救呼吸、通气、供氧功能；输液泵自动输液、加压快速输液功能；负压吸引功能；复合伤、多处伤急救处理（包扎、止血、固定等）。

（4）无线远程医学信息查询功能（如患者健康档案）；无线远程医疗指导与相关现场咨询；现场数据、图像的实时传输功能；GPS全球卫星定位功能。

（5）空气净化消毒系统可使舱内的空气达十万级净化程度，达到ICU病房清洁度的要求。

（6）车载制压氧系统[7]实现不间断连续供氧。（7）上车担架减震系统避免患者的二次损伤。（8）救护车舱室空间优化设计和车厢内低噪设计[8]。

4 创新点

（1）实现重症患者现场救治、转运途中和院内救治与生命支持的无缝对接。

（2）最新研制的制压氧系统可实现不间断连续供氧，符合医疗用氧标准，解决了重症患者长途转运过程中的氧气供应。

（3）空气净化消毒系统换气量为3.8 m3/min，10 min可对舱内的空气消毒过滤2次，舱内的空气达到十万级洁净程度，满足ICU病房清洁度的要求。

（4）配备北斗、3G和动中通卫星天线，可实现双向数据、图像的实时传输，并可进行语音通话，实现远程会诊。

5 样车测试及应用效果

车辆完工后，对样车供配电、制压氧、远程医疗系统等功能模块进行了调试，对整车进行了淋雨、路试、制动、空气净化效果、制压氧参数等多项检测，并进行了长途行驶试验，结果表明，车辆运行状态良好，设备固定可靠，减震效果良好，各项性能指标达到或高于设计要求。

车辆交付东风总医院进行了为期3个月的试用，结果表明，车辆操控性强，主被动安全性能高，功能完善，设备配置、布局合理，性能指标达到或高于实用要求，可以满足多种急救医疗任务。

6 结语

高级重症监护型救护车研制完成后，经各项性能指标检测[9-10]和用户试用，各项性能指标达到或高于设计标准，获得用户的一致好评。该救护车的成功研制有效解决了自然灾害和突发事件救援中重症伤员的现场救治、长距离转运的难题，对于提高国内自然灾害和突发事件中重症伤员的救治具有重要的意义。

[1]WS/T 292—2008 救护车[S].

[2]尹军，何庆华，颜乐先，等.应急医疗救援与临床医学工程[J].医疗卫生装备，2014，35（3）：132-135.

[3]韩学平，韩江林，吴建兵，等.航卫保障方舱的研究与设计[J].医疗卫生装备，2013，34（8）：10-11，16.

[4]谭树林，刘亚军，孙景工.应用医学救援方舱医院装备研究进展[J].医疗卫生装备，2011，32（9）：78-79.

[5]许钟麟.空气洁净技术原理[M].3版.北京：科学出版社，2003.

[6]汤黎明，汪长岭，刘志红，等.带有血透生命支持系统的方舱设计研究[J].医疗卫生装备，2013，34（9）：1-3.

[7]曲婷婷，崔昊.浅述医用氧与分子筛制氧法[J].中国医疗器械信息，2012（11）：32-35.

[8]QC/T 475—1999 客车密封性限值[S].

[9]GB 7258—2012 机动车运行安全技术条件[S].

[10]QC/T 252—1998 专用汽车定型试验规程[S].

（收稿：2013-12-30 修回：2014-05-02）

Development of advanced intensive care ambulance

ZHANG Tao1,WANG Jia-jun1,SONG Zhen-xing2,CHEN Guo-jun1
（1.Dongfeng Special Vehicle(Shiyan)Bus Co.,Ltd.,Shiyan 442013,Hubei Province,China;2.Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medicine Sciences,Tianjin 300161,China）

ObjectiveTo develop an advanced intensive care ambulance for the seamless connection between field first aid,en route life support and hospital treatment.MethodsThe function requirements of the ambulance were analyzed,the self-patented chassis was manufactured,and the ambulance-mounted devices were developed or selected for first aid, oxygen generation and air purification.3G network,Beidou Navigation Satellite System and etc were set up based on the working flow.ResultsThe ambulance with a maximum speed of 125 km/h could be used for transportation and first aid of one nonambulatory patient and two ambulatory patients,with image and data inquired and transmitted in time,all-weather all-terrain voice communication,continuous oxygen supply and 105level air cleanness.ConclusionThe ambulance realizes the seamless interface between first aid,en route life support and hospital treatment,and enhances the level of emergency medical equipment.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（10）：25-31]

ambulance;intensive care;air-purifying system;oxygen preparation and compression;tele-consultation

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2014）10-0025-07

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.10.025

国家科技支撑计划项目（2012BAI20B01）

张 涛（1976—），男，高级工程师，主要从事特种车辆设计、制造方面的研究工作。

442013湖北十堰，东风特汽（十堰）客车有限公司（张 涛，王家军，陈国钧）；300161天津，军事医学科学院卫生装备研究所（宋振兴）

陈国钧，E-mail：caj6865@163.com；宋振兴，E-mail：song9705@ 163.com