医用氧气袋充气报警保护装置的设计

2019-03-02余世准王邦辉王小溪

医疗装备 2019年3期

余世准，王邦辉，王小溪

十堰市太和医院·湖北医药学院附属医院（湖北十堰 442000）

医用氧气袋在各级医疗机构中使用非常广泛，其应用范围包括医院手术室、急诊室、ICU、病房等。因其携带方便，适用于心力衰竭、心肌梗死、哮喘、气胸、缺氧等保留自主呼吸的危重患者在短距离转运护送或抢救中的供氧[1]。使用前，需要给氧气袋充满氧气，而氧气袋装置本身并没有充满保护与提示功能，每次充气时，若没有专人值守，氧气袋就可能因为过分充气且未及时关气导致爆炸破损。氧气袋的爆炸不仅会因较大的爆炸声造成病房患者的惊吓，而且会导致急救资产的损坏与短缺，严重影响患者的转运与抢救。若在每次氧气袋充气时，安排专门的医护人员值守十几分钟，会使病房本来就紧缺的医护人力资源更加紧张，增加不必要的工作量，得不偿失。原装氧气袋只具有充气存储与供氧功能，不具备充气报警与保护功能。我们经过仔细研究，设计了一种电子自动控制装置，能在氧气袋充满后报警提示，并及时关闭充气气路。

1 设计

1.1 需求分析与设计思路

研制一种可靠的电子控制装置，能够方便安装在不同规格的氧气袋充气管路中，并监测气路中的实时压力。当氧气袋充满后，达到某一压力值，该装置能检测出该压力值，并使电路状态发生翻转，自动关闭气体通路，停止充气，同时发出声光报警，提示医护人员氧气袋已充满，可以取下氧气袋使用，保护氧气袋。

1.2 关键技术问题

如何确定氧气袋充满时的压力值是一个必须要解决的关键技术问题，我们查阅了大量资料，得知一般不同规格氧气袋充满时的工作压力为10 kPa。对此，我们也采用了技术手段进行验证，主要采用YE100型膜盒压力表，该压力表量程为1～16 kPa，精度为0.1。将此压力表接入氧气袋充气气路中，待氧气袋充满后记录压力表的示数，采用不同规格（如30 L、42 L、50 L等）的氧气袋进行多次实验，将数据汇总分析，最后确定氧气袋充满后的内部压力值约为10 kPa，并依据该压力值选定压力传感器的型号规格，方可设计后续的控制电路。

1.3 原理构造

本装置主要由电源部分、压力测量部分、控制部分、报警提示部分与电磁阀执行部分组成，见图1。（1）电源部分：供电电源采用直流DC+12 V可充电电池，经电源稳压芯片TPS5430[2]稳压后，输出+5 V电压，给后续电路提供工作电压。（2）压力测量部分：采用XGZP6857020KPG型气体压力传感器，测量量程为0～20 kPa，精度为±1.5 kPa，工作电压为+5 V,该传感器通过三通安装在氧气袋充气气路中，能随时监测气路中的压力，并输出对应的电压值[3]。（3）控制部分：控制部分主要采用微处理器STC12C4052AD[4]，该芯片能检测压力传感器的输出信号，当检测到输出+5 V电压时，实现电路的状态翻转，发出相应控制信号；还能探测充气启动开关信号，向电磁阀执行部分的电磁阀驱动器（UDN2981A）发出启动充气的控制信号；电路的状态翻转（即充气完成）后，该芯片能启动报警装置的声光报警并向电磁执行部分的电磁阀驱动器（UDN2981A）发出停止通气控制信号。（4）报警提示部分：主要采用蜂鸣器与发光二极管电路实现声光提示与报警。（5）电磁阀执行部分：采用DC+12 V脉冲型常闭电磁阀及其驱动器（UDN2981A），电磁阀能实现开始充气的气路开放与充气完成后的气路关闭[5]。

1.4 控制原理

如图1，氧气袋开始充气时，先将氧气袋②充气管的B接头与本装置三通接头l接通，再将本装置A接头接通氧气源接口，打开氧气袋上的手动开关阀③，闭合电路开关⑤，按一下充气启动开关k，充气启动开关给主控单元⑧的微控芯片一个启动信号，微控芯片输出一个控制信号给电磁阀⑩的驱动芯片，该常闭电磁阀阀芯打开，充气气路打开，开始给氧气袋充气。当氧气袋气体充满后，其内部（含充气管）压力达到10 kPa，压力传感器⑦感知到10 kPa压力后，输出+5 V电压到主控单元⑧的微控芯片内部的比较器的反向输入端，微控芯片发生电平翻转，同时输出三路控制信号。第一路信号输入到声光报警装置⑨的发光二极管电路，发光二极管发出红色的指示光；第二路信号输入到声光报警装置⑨的蜂鸣器电路，蜂鸣器发出“滴滴……”声；第三路信号输入到电磁阀⑩的驱动芯片，驱动电磁阀阀芯关闭，充气气路关闭，充气完成。医护人员接收到该装置的声光报警后，关闭充气管路手动开关阀③，取下B接头，即可取走并使用该氧气袋。图1中的供电电源④为DC+12 V电源，为整个装置供电；稳压部分⑥为电源稳压电路，输出DC+5 V,为电路提供工作电压。

图1 基本构造

主要控制电路原理见图2，各电路按照图示所标注引脚或引线对应连接，构成整个控制电路。

图2 电路原理

2 实验与应用

2.1 临床实验

我们将制作好的该装置应用于我院临床科室，进行实验验证。将我院外科片区30名护士随机分为3组，每组10名，分别为A1组、A2组、A3组。分两批进行日常使用实验，第1批使用传统氧气袋进行日常充气与使用，第2批使氧气袋配套该装置进行日常充气与使用，3个月内完成了实验，并将数据采集、统计与汇总。使用氧气袋报警保护装置后，氧气袋爆破的发生率由使用前的平均4.67%降到了0.00%，氧气袋爆破的发生情况有显著改善，充分证明了该装置的可靠性。见表1。

表1 使用该保护装置前后氧气袋发生爆破统计

2.2 应用效果

该氧气袋充气报警保护装置实现了电子化控制，取得了很好的应用效果。氧气袋充满后，发出声光报警，及时提醒医护人员，无须医护人员长时间专人值守，极大地节约了医院病房紧张的医护人力资源。电子控制实现了充气气路的自动关闭，保护了氧气袋，避免过分充气导致的爆炸破损，避免了医疗资产的损失，保障了对患者及时高效的转运与抢救。该装置操作简单、使用方便，可以配套不同规格的氧气袋使用，普适性好，可靠性高。该装置所采用的电子元件均是市场上使用成熟的元件，价格低廉，整套装置成本较低。