高级重症监护型救护车关键技术研究

宋振兴，吴太虎，王海涛，张　广

高级重症监护型救护车关键技术研究

宋振兴，吴太虎，王海涛，张广

目的：解决高级重症监护型救护车的关键技术问题，为研制高性价比的国产化途中转运载体提供基础。方法：综合运用机械结构设计、人机工程、分子筛负压吸附、光触媒高效过滤、自动控制、信号处理等方法，研究高级重症监护型救护车底盘技术、医疗舱设计制造技术、重症患者担架台振动控制技术、车载制压氧技术、空气净化技术和医疗信息化通信技术。结果：高级重症监护型救护车具有内部空间宽敞、外形美观大气、动力强劲、车厢内环境质量高、信息化程度高、乘卧舒适及主被动安全性能高等特点。结论：高级重症监护型救护车是一种功能完备、结构布局合理、先进实用、能够满足重症患者在现场和运送途中实施心肺复苏和高级生命支持的新型急救机动平台。

救护车；重症监护；伤病员振动控制；车载医疗信息化

0　引言

我国各类医院每年处置的重症患者千万左右，其中大部分重症患者是由于创伤或突发心脑血管疾病引起的。由于病情严重，为了寻求更佳的治疗，以期望更好的预后，很多患者需要从低级别医院向高级别医院转运，例如从县级医院向地级市医院、从地级市医院向省级医院或更高级别的医院转运，转运救治需求很大[1]。如何采取措施防止院前、转运环节中的病情恶化，降低转运相关病死率就成为了重要的问题。采用具有转运经验的医务人员和先进的重症监护型救护车可保证转运过程中监测和治疗的连续性，是最佳的转运选择[2]。但目前使用的救护车中90%以上是运送型救护车，上装设备仅仅是担架车和氧气瓶，远远不能满足对重症患者转运救治的要求。

为规范重症患者转运过程，提高转运安全性，减少不良事件发生，2010年中华医学会重症医学分会制订了《中国重症患者转运指南》。该指南明确规定了在实施重症患者转运中对转运护送人员、转运设备、转运的监测与治疗等要求[3]。重症监护型救护车系统研发就是为该指南在全国范围的推广提供物质保障。本文主要是针对交通重症创伤伤员、脑猝中重症患者、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等救治措施提供平台支持而展开的研究。属于《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中“重点领域及其优先主题”第8条“人口与健康”领域第51项“先进医疗设备与生物医用材料”的范畴。

1　高级重症监护型救护车底盘技术

1.1车架

根据“高级重症监护型救护车的研制”（国家科技支撑课题：2012BAI20B01）设计任务书的要求，底盘采用东风二汽公司开发的EQ6600KST救护车专用底盘，具有完全自主知识产权。该底盘采用承载式车架，车身分为驾驶舱和医疗舱2个部分。医疗舱为整体骨架方舱，便于功能布局。车身骨架采用龙门结构式，由型材组焊而成。蒙皮全部由模具冲压成形件，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，实现车辆最大轻量化设计。

2　车厢设计制造技术

2.1车厢框架结构有限元分析

根据重症监护型救护车车身强度设计要求，车厢设计过程中利用三维软件建立高级重症监护型救护车的实体模型，然后将实体模型转换成有限元分析软件可识别的文件格式，导入有限元分析软件中对模型进行几何清理。在保证特征的前提下，进行了局部简化；在减少模型规模的同时，确保满足网格质量要求，包括在转换过程中弥补数据丢失造成的缺陷，在建模过程中保留倒角、倒圆的细微几何特征等，最终建立起整车的几何模型（如图1所示）。通过对重症监护型救护车车身骨架进行弯曲、扭转、制动和转弯等几种工况的有限元仿真分析和强校核表明[5]，该模型具有足够的精度来预测车身的强度，并能大致反映车身骨架应力的分布情况，车身骨架的平均应力小于材料的屈服强度（最小安全系数1.43），车身骨架设计具有较高的安全性，能够满足救护车承载、振动等方面的设计要求。

图1　重症监护型救护车车身骨架有限元分析模型

2.2医疗舱内部结构与人机工程设计

运用人机工程设计原理[6]把车辆设计为驾驶舱和医疗舱2个部分。优化设计了医疗舱内进出风口结构和布局，严格按急救医护流程合理布局车载医疗设备、车内药品器材柜、远程会诊系统、车载制供压氧一体机、洗手池、病员担架、轻伤员沙发座椅、医生座椅、护士座椅及工作台等，结构布局如图2所示。担架舱与医护人员座椅之间、医护人员座椅与医疗设备之间、医护人员座椅与工作台之间等尺寸符合WS/T 292—2008《救护车》的人机工程尺寸要求，即实现了一次可同时运输1名卧姿伤员和3名坐姿伤员的指标要求，又降低了医护人员劳动强度，满足了乘车人员的人机功效学要求。

图2　医疗舱结构布局图

2.3重症患者担架台振动控制技术

2.3.1振动控制措施

为有效提高恶劣路况下重症监护型救护车上重症患者的乘卧舒适性以及车载精密急救设备的运输安全性，必须采取有效的振动控制，降低车辆行驶中从底盘到卧姿重症患者担架台系统的振动传递，提高重症患者的乘卧舒适性[7]。为此，在底盘行走系统空气悬挂气囊减振的基础上，在重症患者转运功能模块与车厢底板间加装了6个三自由度零刚度减振器，以降低从救护车医疗舱底板到卧姿重症患者担架台系统的振动传递。减振装置如图3所示。

图3　卧姿重症患者担架台系统减振装置安装示意图

2.3.2振动控制效果

根据相关国家标准对高级重症监护型救护车进行了多种工况条件的振动测试，经试验信号的采集、处理、分析，最后获得的减振效率结果如图4所示。由图4可以看出，从医疗舱底板传递到卧姿重症患者担架台系统上卧姿人体的振动衰减了63%～79%，特别是在乡村起伏路行驶（车速15 km/h）时的减振效率能达到71.5%，说明零刚度减振器明显降低了振动强度。医疗舱担架台系统减振措施有效控制了行车途中从履带底盘到卧姿重症患者担架台系统的振动传递，提高了重症患者的乘卧振动舒适性。

图4　零刚度减振器减振效果图

2.4车厢微环境洁净控制技术

根据重症监护急救舱室的结构特点，研制了微环境洁净空调系统。医疗舱采用舱内前壁下部进风、舱内两侧壁出风的布局系统设计，并在进风口采用中效过滤器，中间采用254 nm波长紫外线灯和纳米TiO2光触媒过滤、出口采用高效过滤器及离心风机等器件进行综合集成构成了三级过滤体系[8]。不仅对车厢内的空气过滤净化，还增加了对空气中的细菌病毒进行消毒灭菌的功能，实现了手术区水平气流单向运动和空气的过滤净化，解决了舱室环境交叉感染问题。车厢洁净环境控制系统运用FLUENT软件，使用拉格朗日颗粒随机轨道模型进行污染物浓度场的分布状态模拟（如图5所示）。通过模糊比例-积分-微分（proportion-integration-differentiation，PID）自动控制技术，实现了空调系统变频控制，有效地控制了舱室内风速、温度、湿度等，满足了人体热舒适性要求。

3　车载制供压氧技术

通过攻克车载一体化吸附塔型微型制氧技术、车载多级氧气灌充气安全技术、不间断制供压氧技术，为重症患者提供充足的氧气保障[9]。车载微型制压氧装置为高级重症监护型救护车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。

图5　污染物浓度场的分布状态

4　医疗信息化通信技术

车载重症监护医疗信息化系统，采用北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system，BDS）、地理信息系统（geographic information system，GIS）、第三代移动通信技术（3rd-generation，3G）网络、移动定位、惯导等先进的通信与定位技术，设计了用于数字化重症监护型救护车的全区域定位、跟踪与指挥系统，实现了院前急救、途中连续后送、后方医院救治等环节的统一指挥、统一调度和统一管理，可提高院前急救的应急指挥能力、水平以及院前急救的效率，有效降低致残率、致死率。

5　结语

高级重症监护型救护车综合集成底盘技术、车厢设计制造技术、重症患者担架台振动控制技术、车厢微环境洁净控制技术、车载制供压氧技术、医疗信息化通信技术及性能优良的急救设备，具有内部空间

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）宽敞、外形美观大气、动力强劲、车厢内环境质量高、信息化程度高、乘卧舒适及主被动安全性能高等特点，是一种功能完备、结构布局合理、先进实用、能够满足重症患者在现场和运送途中实施心肺复苏和高级生命支持的新型急救机动平台。目前，该论文研制的重症监护型救护样车已通过了国家新开发车辆公告，并完成了各项性能试验，同时在东风总医院进行了临床试用。

[1]吴太虎，王运斗，何忠杰.现代院前急救与急救装备[M].北京：北京医学科学出版社，2013.

[2]宋振兴，吴太虎，孟兴菊，等.一体化急救护理及其途中转运载体移动ICU的研制[J].中国急救医学，2012，32（7）：641-644.

[3]宋振兴，吴太虎，孟兴菊，等.院前危重症患者转运用便携式生命支持装置的研制[J].中国危重病急救医学，2012，24（6）：232-236.

[4]喻凡，黄宏成，管西强.汽车空气悬架的现状及发展趋势[J].汽车技术，2001（8）：6-9.

[5]呼其图，王家军，王宇，等.某高级重症监护型救护车车身骨架的有限元分析[J].医疗卫生装备，2014，35（11）：9-11，97.

[6]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[7]徐新喜，王猛，崔向东，等.急救车担架台阻尼减振仿真分析与优化设计研究[J].振动工程学报，2009，22（4）：352-356.

[8]孙景工，刘亚军，吴太虎，等.一种重症监护型救护车车用空气净化装置：中国，201320365677.6[P].2014-07-26.

[9] 刘新星，赵连玉，陈平，等.急救车氧气灌充系统设计[J].军事医学，2012，36（11）：24-28.

（收稿：2014-11-12修回：2015-06-23）

Research on key techniques of advanced intensive care ambulance

SONG Zhen-xing,WU Tai-hu,WANG Hai-tao,ZHANG Guang
（Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China）

Objective To solve key technical problems of the advanced intensive care ambulance.Methods The techniques for ambulance chassis,medical cabin design and manufacturing,vibration control for intensive care stretcher unit, vehicle-mounted oxygen generation and filling,air purification and medical informatized communication were investigated with mechanical structure design,ergonomics,molecular sieve negative pressure absorption,photocatalyst filtering,automatic control,signal processing and etc.Results The advanced intensive care ambulance developed gained advantages in internal layout,external appearance,power,internal environment,informatization,comfort as well as active and passive safety.Conclusion The advanced intensive care ambulance behaves well in multi function,layout and practicality,and thus can be used for on-site or en-route CPR and advanced life support of critically ill patients.[Chinese Medical E-quipment Journal，2015，36（10）：8-10，42]

ambulance;intensive care;patient vibration control;vehicle-mounted medical informatization

[中国图书资料分类号]R318.6；U469.6A

1003-8868（2015）10-0008-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.008

国家科技支撑计划项目（2012BAI20B01）

专利：国家发明专利（ZL 201320365677.6）

宋振兴（1977—），男，助理研究员，主要从事急救集成技术与装备设计方面的研究工作，E-mail：song9705@163.com。

300161天津，军事医学科学院卫生装备研究所（宋振兴，吴太虎，王海涛，张广）

1.2动力选配及发动机的布置形式

在发动机选用方面，由于采用清洁燃料、混合燃料或双燃料环保型发动机的成本较高，且目前在救护车领域尚未应用，柴油发动机仍然是重症监护型救护车底盘的首选动力。所以该车发动机选用的是北京康明斯公司生产的ISF3.8S4168型发动机，属于国Ⅳ排放标准。另外，考虑救护车是特种车辆，安全性能比一般车辆要求高，车头采用长头型设计，安全系数更高，因此，发动机采用前置形式布置。

1.3空气悬架系统

悬架是影响重症监护型救护车乘卧舒适性的关键总成，由于重症患者转运对救护车的要求比较高，钢板弹簧悬架已不能满足舒适性的要求。空气弹簧是一种弹性元件，通过压缩空气对载荷和路面条件变化所引起的振动进行自动调节。由于空气弹簧比钢板弹簧的自振频率低，因此空气弹簧悬架在消除车辆振动、提高车辆的行驶平顺性和乘卧舒适性方面的性能要大大高于普通的钢板弹簧悬架[4]。本文所述的重症监护型救护车底盘所采用的是导向板簧加空气悬挂减振系统，并加以纵向、横向减振系统。通过试验与测试，这种复合式悬架系统的应用，可以提高重症监护型救护车的侧倾刚度、行驶平顺性及重症患者乘卧舒适性。

1.4制动系统

该车制动系统采用前轮盘式制动及后轮鼓式制动，除了采用双管路制动外，制动防抱死系统（antilock brake system，ABS）、涡流缓速器及制动蹄自动调隙装置等均属于标准配置。