一种高流量加温加湿氧疗装置的设计及临床应用

何琼 刘红立 王玉巧 阚天燕 宁夏回族自治区人民医院重症医学科 （宁夏 银川 750002）

内容提要： 目的：为了解决高流量加温加湿氧疗设备有限不能满足病患救治需求的问题，设计一种在重症监护病房能够实现的高流量加温加湿氧疗装置。方法：该装置由压缩氧气终端、压缩空气终端、气体连接管路、氧气流量计、空气流量计、医用加温湿化器组成，利用医院压缩气体源终端提供的恒定且较高流速的空气和氧气，实现高流量、空氧混合及加温加湿功能。在同一医用吊塔安装费雪派克高流量氧疗仪及该装置，在同一时间段设定相同的混合气流速及混合气体氧浓度，测定两组装置实际的吸入气氧浓度，计算吸入气氧浓度绝对误差值，并进行统计学分析。结果：该装置与费雪派克高流量氧疗仪相比，在设定提供相同流速、氧浓度的混合气体时，实际吸入气氧浓度绝对误差值无统计学差异（P>0.05）。结论：该项氧疗装置的设计及临床应用，可以为临床实现高流量加温加湿氧疗技术提供另一途径，提高医疗资源利用率，有一定的临床应用及研究价值。

经鼻高流量加温加湿氧疗（high-flow nasal cannula oxygen therapy，HFNC），是国内外近年来开展的一项新型氧疗技术[1]，目前，此项氧疗技术已开始被临床广泛用于呼吸衰竭患者的生命支持。与鼻导管吸氧，Sotello等研究发现HFNC能更有效地改善患者的氧合[2]。与无创通气相比，众多研究证实，HFNC提高患者舒适度和依从性。国内成人经鼻高流量湿化氧疗临床规范应用专家共识中推荐建议：HFNC可临床应用于轻中度低氧血症（100 mmHg≤PaO2/FiO2<300 mmHg，1 mmHg=0.133kPa）、没有紧急气管插管指征、生命体征相对稳定的患者；轻度通气功能障碍（pH≥7.3）患者也可以谨慎应用。目前，该项氧疗技术已被普遍应用于救治重症肺炎、急性呼吸窘迫综合征、重症监护病房有创通气撤机、外科术后及部分Ⅱ型呼吸衰竭的患者[2]。无论是在呼吸衰竭患者病情加重阶段还是病情好转撤离呼吸机后，HFNC均是可以被采用的救治患者不可或缺的一项技术。国内外多家医院开展HFNC技术，需要相应的高流量氧疗设备，国外常用的主要装置有Teleflex Medical的Comfort Flo humidification system，Smiths Medical的Aquinox high flow humidification system以及Vapotherm的2000i和Precision Flow系列[3]。国内应用的主要是费雪派克公司爱我（AIRVO）系列的高流量加温加湿氧疗设备[4]，其他还有斯百瑞高流量无创呼吸治疗仪、TNI softflow机型等。一些有创呼吸机也在整合无创高流量氧疗技术。随着对高流量氧疗技术的认可及普及，需要高流量氧疗技术救治的患者在增多，存在某个时间段因设备数量有限不能同时满足所有病患治疗需求的矛盾。本文以高流量加温加湿氧疗的原理及要素为基础，利用重症监护病房常规配备的装置设备进行重组改造，设计一种在重症监护病房可实现的高流量加温加湿氧疗装置。

1.结构设计

HFNC[5]是一种为患者提供持续的、可以调控的、并相对恒定的吸入气体的治疗方式，吸氧浓度范围21%～100%，温度范围31～37℃，流量范围10～60L/min。这种氧疗方式的要素有：高流量、空氧混合、加温加湿。氧疗装置提供的流速需要超过或大致等于患者自主吸气的流速，满足患者自主呼吸的全部流速需求。已有的高流量设备需要空氧混合器或涡流驱动装置。医院内压缩气体源终端一般维持于≥0.04 kpa的压力，可以提供恒定于至少40L/min的流速。该项设计利用压缩气体源释放气体提供的流速，满足患者呼吸的全部流速需求，同时实现空氧混合。空气流速和氧气流速通过浮标式流量计手动调节。加温加湿部分需要连接医用湿化器，选用伺服型加温控制型湿化器最佳。伺服型加温控制型湿化器可以控制气体离开湿化罐时的温度达37℃，气体继续通过呼吸管路加热，当患者气道吸入气体时，温度正好是37℃、相对湿度100%，绝对湿度44mg/L，并被水蒸气饱和，达到呼吸道等温饱和界面，此界面下的气体使得呼吸道的黏液纤毛转运系统功能处于最佳状态[6]。伺服型湿化器的温湿化效果更符合人体呼吸道的生理需求。

2.方法

2.1 医用吊塔的压缩氧气终端通过氧气接头与氧气管相连，氧气管的一端通过挂架卡夹Ⅰ连接氧气流量计；医用吊塔的压缩空气终端通过空气接头与空气管相连，空气管的一端通过挂架卡夹Ⅱ连接空气流量计；氧气流量计和空气流量计分别连接一根吸氧管，两根吸氧管通过转接头与医用湿化水罐的进气端相连，医用湿化水罐的出气端连接呼吸管道；呼吸管道连接鼻塞导管，然后将鼻塞导管导入患者鼻腔。

2.2 医用湿化罐与医用加温湿化器相连接，将灭菌注射用水注入医用湿化水罐，接通电源，开启医用加温湿化器（图1）。

图1.高流量加温加湿氧疗装置的结构示意图（1-医用吊塔的压缩氧气终端，2-医用吊塔的压缩空气终端，3-氧气接头，4-空气接头，5-空气管，6-氧气管，7-挂架卡夹Ⅰ，8-挂架卡夹Ⅱ，9-呼吸管道，10-医用加温湿化器，11-转接头，12-吸氧管Ⅰ，13-空气流量计，14-吸氧管Ⅱ，15-氧气流量计）

2.3 调节氧气流量计和空气流量计，空气中的氧浓度为21%，医用压缩氧气源中氧气的浓度为99%，混合气中氧浓度的计算公式为：混合气氧浓度=(氧气流速×0.99+空气流速×0.21)/(氧气流速+空气流速)×100%。混合气的总流速=氧气流速+空气流速(流速单位均为L/min)。实际工作中，混合气的氧浓度及总流速是临床医师根据患者实际病情个体化制定的，是由氧疗装置提供的目标值。空气流速=混合气总流速(0.99-混合气的氧浓度)/0.78，氧气流速=混合气总流速-空气流速。根据计算出的氧气流速和空气流速，扭动浮标旋钮调节氧气流量计和空气流量计，进行高流量加温加湿氧疗。

3.应用效果

在同一医用吊塔安装费雪派克高流量加温加湿氧疗仪（呼吸湿化治疗仪PT101AZ）和专利设计的高流量加温加湿装置，依据氧疗装置的不同分为费雪派克组（对照组）与专利装置组（研究组）。两组设备在同一时间段设定相同的总流速及吸入气氧浓度。总流速自20L/分开始，以10L/min的梯度逐步递加至60L/分；吸入气氧浓度自30%开始，以5%的梯度逐步增加至80%。对照组与研究组样本数均为55。两组在预设相同总流速及吸入气氧浓度的条件下，在同一时间使用CY-12C型数字测氧仪测定实际吸入气氧浓度，计算吸入气氧浓度绝对误差值，即测定的吸入气氧浓度与目标设定的吸入气氧浓度之差。应用SPSS 20.0统计软件进行统计学分析。计量资料不符合正态分布，采用中位数（四分位数间距）表示。两组间比较采用Kruskal-Wallis H秩和检验，见表1。

表1.两组吸入气氧浓度绝对误差(%)

4.讨论

急性呼吸衰竭是患者入住重症监护病房的最常见原因，大约有40%患者需要进行机械通气。机械通气治疗技术的进步挽救了更多患者的生命，但由于其相关并发症的发生[7]，也大大延长了患者在监护病房内的停留时间并增加医疗费用。而如何在挽救生命的同时尽量减少机械通气的应用，缩短监护病房住院时间，减轻患者家庭及社会医疗保险体系的负担，是当前呼吸治疗学研究的热点。目前，一种新的无创氧疗方式：经鼻高流量加温加湿氧疗，已被愈加广泛地应用于呼吸衰竭患者的救治过程中。与普通氧疗相比，高流量氧疗对急性低氧性呼吸衰竭具有较好的治疗效果，既能有效纠正缺氧，又能提供很好的舒适度[8,9]。适当的应用高流量氧疗还具有潜在的减少无创通气及气管插管的益处[10,11]。高流量氧疗作为机械通气撤机后的序贯治疗方式，还有助于改善患者的呼吸循环指标[12]。不仅在急重症领域，在慢病管理中高流量氧疗也有被推荐[13]。随着对经鼻高流量氧疗技术的认可，随着该项技术应用范围的增加，存在局部时空内氧疗设备无法与患者数量匹配而导致该项氧疗技术无法实施的矛盾。在重症监护病房，利用医用吊塔的压缩气源，重组常规配备的耗材设备，更换更大流速调节范围的流量计，无论理论还是现实均可便捷有效实现高流量温湿化氧疗。而这一种装置的应用因普通病房无空气压缩气源而不能实现。已有多位学者探讨氧疗装置的设计或改进[14,15]，涉及提供稳定的吸入气氧浓度、恒定的温湿度、供氧及温湿化联动及智能反馈等。晁月甫、林洪波[16,17]均探讨了文丘里装置联合呼吸机加温湿化器所组成的氧疗系统，能提供符合氧疗条件的输出，提高加温加湿效果，改善通气和氧合，该氧疗系统本质上也是一种高流量温湿化系统，临床效果与呼气末正压效应、生理死腔冲刷效应、维持黏液纤毛清除系统功能、降低患者上气道阻力和呼吸功等生理学机制[18]相契合。较文丘里面罩，本文设计的高流量加温加湿氧疗装置以医用吊塔压缩气源供给氧气和空气，能提供更大范围的流速要求，可以实现氧浓度与流速的任意匹配，联合伺服型呼吸机加温加湿器，媲美于费雪派克高流量氧疗仪。经实验论证，该高流量加温加湿氧疗装置在提供相同流速、吸入气氧浓度的情况下，实际吸入气氧浓度绝对误差与费雪派克高流量氧疗仪相比无统计学差异（P>0.05），在临床工作允许的范围内。可以成为临床医师在实际工作中实施高流量加温加湿氧疗技术的一种选择。

5.结束语

高流量加温加湿氧疗技术已成为呼吸支持治疗技术中的重要一部分，这项氧疗装置的设计及临床应用，可以为实现高流量氧疗提供另一途径，提高医疗资源利用率，救治ICU内呼吸衰竭患者。除此以外，这项氧疗装置，可以提供高于60L/min的更大流速，其应用价值有待进一步研究。