劉 峰，邵 潔，花曼曼，陳曉華，張 鑫，尹志強

野戰(zhàn)多功能呼吸機的研制

劉 峰，邵 潔，花曼曼，陳曉華，張 鑫，尹志強

目的:研制一種多功能呼吸機，用于野戰(zhàn)環(huán)境及搶險救災時危重傷病員呼吸衰竭的救治。方法:呼吸機采用電動電控原理設計，由主控單元和顯示屏2個部分組成，集通氣參數(shù)監(jiān)測、報警于一體，具有有創(chuàng)與無創(chuàng)通氣的各種呼吸模式。配件包括電池組件、氣瓶組件、機械臂、患者管路組件等。結果:該呼吸機可在野戰(zhàn)及海上救護環(huán)境下展開工作，顯著提高了野戰(zhàn)條件下戰(zhàn)傷后嚴重呼吸衰竭傷員的救治成功率。結論:該呼吸機操作簡便、攜帶方便、穩(wěn)定可靠、功能強大，可適應野戰(zhàn)環(huán)境的需求，值得推廣應用。

野戰(zhàn)；多功能呼吸機；呼吸衰竭

0 引言

顱腦外傷、胸部爆炸傷及溺水是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的常見傷型，常導致急性肺損傷（acute lung injury，ALI）及急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrom，ARDS）[1]。而在野戰(zhàn)醫(yī)療條件下，目前呼吸機性能有限，難以滿足傷員救治需要，是該傷型早期傷亡的主要原因。呼吸機按驅動方式分為3類[2]：（1）氣動氣控呼吸機：通氣源和控制系統(tǒng)均只以氧氣為動力來源，多為便攜式急救呼吸機。由于缺少電子控制裝置，該類設備無法對患者通氣進行多種監(jiān)測并形成反饋控制，因此，出現(xiàn)意外的風險較高，根本無法滿足嚴重呼吸衰竭傷員所需要的通氣要求[3]。（2）電動電控呼吸機：通氣源和控制系統(tǒng)均以電源為動力，內部有汽缸、活塞泵等，功能較簡單，主要問題是野戰(zhàn)醫(yī)療條件下電源無法保證。（3）氣動電控呼吸機：通氣源以氧氣或空氣為動力，控制系統(tǒng)以電源為動力，是多功能呼吸機的主流設計。但該類機器體積大、質量重，需要外接交流電源[4]，在野外難以展開。目前，對呼吸機的研究開發(fā)主要集中在平時急救轉運、無創(chuàng)通氣及高端多功能產(chǎn)品方面，但沒有考慮野戰(zhàn)救護的條件，尚無適用于野戰(zhàn)條件下的高端多功能呼吸機。因此，有必要研制一種性能先進、便于攜帶及在野戰(zhàn)條件下展開的呼吸機，以提升現(xiàn)場救治能力及搶救成功率[5]。

本研究的主要目的是提升我軍在野戰(zhàn)條件下的救護能力，提高嚴重呼吸衰竭傷員的搶救成功率。所研制的呼吸機性能與目前醫(yī)院使用的多功能呼吸機相同，自帶電池具有較長巡航能力，可在野戰(zhàn)條件下獨立展開，既能適應野外危重傷員急救，也能適應長途轉運，具有質量輕、抗震、防水、便于攜帶的特點，且功能齊全，可滿足野戰(zhàn)條件下嚴重呼吸衰竭的救治。

1 設計要求

根據(jù)野戰(zhàn)環(huán)境下危重傷員的搶救需求，提出以下設計要求。

1.1 基礎配置

（1）呼吸機主機1臺。

（2）2.8 L氧氣瓶組件1套。

（3）可充電鋰電池2套，工作時間8 h以上。

（4）成人呼吸管路套件一套。

1.2 技術參數(shù)

（1）適用范圍：成人。

（2）驅動方式：電動電控。

（3）顯示方式：12.1 in（1 in=25.4 mm）彩色薄膜晶體管顯示（采用屏機分離技術）。

（4）具有視頻圖形陣列（videographicsarray，VGA）數(shù)據(jù)傳輸功能。

（5）具有大氣壓自動校正功能。

（6）設置方式：觸摸式按鈕及穿梭鈕。

（7）通氣方式：輔助/控制、同步間歇指令通氣、自主通氣、持續(xù)正壓通氣、壓力支持通氣、壓力調節(jié)容量控制模式、雙水平正壓通氣、無創(chuàng)通氣。

（8）潮氣量：20～2 000 mL（容控）。

（9）呼吸頻率：4～80次/min。

（10）同步間歇指令通氣頻率：1～40次/min。

（11）吸氣時間：0.1～9 s。

（12）屏氣時間：0～4 s。

（13）壓力控制水平：5～60 cmH2O（1 cmH2O=98.063 8 Pa）。

（14）壓力支持水平：0～60 cmH2O。

（15）壓力觸發(fā)靈敏度：-20～0 cmH2O（自動參考呼氣末正壓值）。

（16）流速觸發(fā)靈敏度：動態(tài)流速觸發(fā)，0.5～20 L/min。

（17）呼氣末正壓：0～35 cmH2O。

（18）氧氣體積分數(shù)：21%～100%。

（19）報警靜音：不大于120 s。

（20）監(jiān)測參數(shù)：潮氣量（吸入、呼出）、總計呼吸頻率、自主呼吸頻率、分鐘通氣量、自主呼吸分鐘通氣量、氣道峰值壓力、氣道平均壓力、氣道平臺壓、呼吸末正壓、氧氣體積分數(shù)、順應性、流量波形、壓力波形、容量波形。

（21）報警：氧氣不足、空氣不足、分鐘通氣量上限、分鐘通氣量下限、呼氣潮氣量超限、自主呼吸頻率超限、氣道壓力上限、氣道壓力下限、窒息、交流電源斷電、氧氣體積分數(shù)上限、氧氣體積分數(shù)下限、電池電量低、持續(xù)氣道壓高、霧化開啟時報警，具有100條報警歷史記錄。

（22）總體質量：小于20 kg。

（23）主機體積：46.0 cm×51.2 cm×68.6 cm（長×寬×高）。

2 裝置的構造與原理

2.1 產(chǎn)品組成

主機控制本設備完成主要功能，由包含氣路接口和電氣接口的前面板和后面板組成。產(chǎn)品外觀如圖1所示。

圖1 主機外觀圖

2.2 呼吸機電路系統(tǒng)原理

呼吸機的電氣部分主要實現(xiàn)呼吸氣路控制、參數(shù)監(jiān)測、聲光報警、人機界面交互等功能。整機電氣系統(tǒng)如圖2所示，主要包括主控板、電源板（充電板）、圖形用戶界面顯示部分、電動機驅動部分、鋰電池、電磁閥、比例閥及其驅動電路部分等。其中，圖形用戶界面顯示部分主要負責顯示用戶操作信息輸入、報警燈；主控板部分主要負責呼吸機內部參數(shù)計算及對各個執(zhí)行機構的控制；混氧模塊主要負責氧氣和空氣按照預設的比例混合并提供給渦輪；電源部分主要負責電壓轉換、電池充電和呼氣閥加熱等功能的實現(xiàn)。

圖2 電路系統(tǒng)組成圖

2.3 呼吸機氣路系統(tǒng)原理

當氣容因渦輪的作用產(chǎn)生負壓時，空氣經(jīng)過過濾器進入氣容。氣容和空氣過濾器之間設有壓力傳感器，用于監(jiān)測過濾器阻力。渦輪工作時產(chǎn)生的負壓將混合腔的氣體抽出，通過降噪和散熱處理后，經(jīng)吸氣比例閥控制氣流通斷和通氣時的流量，氣體通過流量傳感器、單向閥和管路后接患者，患者呼出的氣體通過呼氣模塊呼出。高壓大流量氧氣通過過濾器和單向閥，經(jīng)減壓閥減壓后通過壓力傳感器檢測氣源壓力，進入電磁閥島，每個電磁閥出來的氣體可通過節(jié)流閥限制流量，通過控制電磁閥開啟的數(shù)量和時間長短來控制輸出的氧氣量，電磁閥島出來的氧氣進入氣容實現(xiàn)混氧。當沒有高壓大流量氧氣源時，低流量氧氣通過過濾器、單向閥進入氣容實現(xiàn)混氧。安全吸氣部分設有安全閥、安全吸氣閥、氧濃度傳感器和吸氣端氣道壓力傳感器，保證氣道壓力不超過設定的極限值和安全吸氣，并監(jiān)測氧氣體積分數(shù)和氣道壓力。呼氣部分包括呼氣閥、單向閥、壓力傳感器和流量傳感器，用于控制和監(jiān)測。有高壓氧氣時，呼吸機通過控制電磁閥提供霧化功能。氣路系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 氣路系統(tǒng)組成圖

2.4 人機界面設計

人機界面可以分為參數(shù)設置區(qū)、快捷鍵區(qū)、患者參數(shù)監(jiān)測區(qū)、患者波形區(qū)、信息區(qū)和用戶信息提示區(qū)6個部分。

2.4.1 信息區(qū)

信息區(qū)包含呼吸模式、報警信息、網(wǎng)絡和USB連接、觸發(fā)方式、患者類型和體質量、交流電和電池指示、時間等區(qū)域。

（1）呼吸模式區(qū)域：顯示當前的呼吸模式。（2）報警信息區(qū)域：當沒有信息時，此區(qū)域和屏幕背景顏色一致；當出現(xiàn)技術和功能報警時，此區(qū)域變成紅色或者黃色報警信息框。（3）網(wǎng)絡和USB連接區(qū)域：顯示網(wǎng)絡和USB連接狀態(tài)。（4）交流電和電池指示區(qū)域：顯示交流電和電池的連接狀態(tài)。（5）觸發(fā)方式區(qū)域：顯示呼吸機當前的觸發(fā)方式，有壓力觸發(fā)、流量觸發(fā)和人工觸發(fā)3種觸發(fā)方式。如果有當前無觸發(fā)通氣使用，觸發(fā)標志消失。（6）顯示還包括患者是成年還是兒童及患者體質量、當前時間。

2.4.2 患者波形區(qū)

患者波形區(qū)在屏幕區(qū)域的主要位置——屏幕中心。在系統(tǒng)默認的情況下，此區(qū)域有壓力、流量和潮氣量3種波形。

2.4.3 患者參數(shù)監(jiān)測區(qū)

該區(qū)顯示患者的監(jiān)測參數(shù)。單擊所顯示的監(jiān)測參數(shù)，出現(xiàn)子菜單，在子菜單下可以根據(jù)需要監(jiān)測其他參數(shù)。當高級報警出現(xiàn)時，參數(shù)報警限的背景顏色由黑色變成紅色，閃爍的頻率為2×（1±10%）Hz，且高級報警信息在報警信息區(qū)域同時出現(xiàn)。

2.4.4 參數(shù)設置區(qū)

適用于當前呼吸模式的呼吸參數(shù)設置在此區(qū)域顯示。如果當前呼吸機模式的呼吸參數(shù)設置項目沒有出現(xiàn)在此區(qū)域，可以通過“更多設置”訪問和改變其他設置項。

2.4.5 快捷鍵區(qū)

通過快捷鍵可以訪問很多呼吸機操作，包括吸氣保持、呼氣保持、霧化、手動吸氣、智能增氧、波形凍結、屏幕鎖、報警限值、主菜單和待機/開始通氣。

2.4.6 用戶信息提示區(qū)

該區(qū)提示待機、霧化、吸痰等用戶需注意的事項。

3 產(chǎn)品特點

3.1 穩(wěn)定可靠，功能強大

野戰(zhàn)多功能呼吸機具有開機自檢功能，保證了設備性能的穩(wěn)定，既可使用高壓氧氣作為氧氣來源，也可在沒有高壓氧的前提下使用低壓氧為患者提高吸入氣的氧氣體積分數(shù)；內置的金屬渦輪能夠為呼吸機提供壓縮空氣，無須依賴體積龐大的空氣壓縮機；自帶插拔式鋰電池保證了在沒有外接電源的情況下可以不間斷供電；具備當前所有高端呼吸機的通氣方式，監(jiān)測范圍廣，能夠滿足連枷胸及ARDS傷者的救治；由于內置了強有力的渦輪，具有漏氣補償功能，從而維持氣道壓力的穩(wěn)定；采用電子換向閥的專利技術，控制氧氣體積分數(shù)精確輸出，使得呼吸機具有更加穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。

3.2 適應野戰(zhàn)環(huán)境需求

野戰(zhàn)救護設備的使用環(huán)境惡劣[6]，為保證在惡劣

（????）（????）環(huán)境中仍能正常工作，該呼吸機通過權威機構的鹽霧實驗、電磁兼容試驗和搖擺與振動試驗等?？稍?～40℃溫度范圍、5%～95%相對濕度正常工作，并能承受從1.8 m高度墜落到堅硬表面，符合野戰(zhàn)環(huán)境下對沖擊和振動的要求。

3.3 操作簡便，攜帶方便

該設備連接方便，主機操作界面設計符合人機工程學原理，參數(shù)設置方便簡捷?？紤]到攜帶的方便性，首先在材質上采用管式機架和鋁合金氧氣瓶，大大地減輕了整機質量；另外，將主機、管路、氧氣瓶集成一體，使攜帶更加方便；機架可以與任意欄桿、床及擔架相匹配；配上墻壁支架，機器可快速安全地安裝在墻壁支架上；利用內置壓縮機作為空氣驅動，使得呼吸機體積小巧、集成度高、方便展收。

4 結語

野戰(zhàn)救護對救治能力的要求越來越高[7]，本文所研制的多功能野戰(zhàn)呼吸機體積小、質量輕、抗震、防水、性能全面，可在野戰(zhàn)及海上救護環(huán)境下展開工作，顯著提高野戰(zhàn)條件下戰(zhàn)傷后嚴重呼吸衰竭傷員的救治成功率。

[1]王東，張波.現(xiàn)代戰(zhàn)爭重傷救治中呼吸支持的若干問題[J].空軍總醫(yī)院學報，2005，21（3）：157-162.

[2]鄧詠如.急救呼吸機發(fā)展與分類[J].中國醫(yī)療器械信息，2006，12（4）：19-20.

[3]祝華，孔祥泉，趙達明.野戰(zhàn)條件下ALS型便攜式急救呼吸機的應用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2009，30（7）：139.

[4]薛長波，洪范宗，蘇秋玲.PB840呼吸機臨床應用常見報警和故障處理[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2013，34（1）：133.

[5]李輝，張祖進，郭召平，等.當前野戰(zhàn)衛(wèi)生裝備存在的問題及改進建議[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2011，32（6）：77-78.

[6]何光全.野戰(zhàn)衛(wèi)生裝備的設計制造理念探討[J].沈陽部隊醫(yī)藥，2010，23（1）：33-34.

[7]張同利，周柏玉，莫淑敏.現(xiàn)代戰(zhàn)傷救護的研究進展[J].西北國防醫(yī)學雜志，2012，33（1）：50-52.

（收稿：2014-06-09 修回：2014-10-23）

Development of field multi-function ventilator

LIU Feng1,SHAO Jie1,HUA Man-man1,CHEN Xiao-hua1,ZHANG Xin2,YIN Zhi-qiang1
(1.The 359th Hospital of the PLA,Zhenjiang 212001,Jiangsu Province,China; 2.Health Division of No.73841 Unit of the PLA,Nanjing 210003,China)

ObjectiveTo develop a field multi-function ventilator for the patient with respiratory failure at wartime and peacetime．MethodsThe ventilator controlled and powered electronically was composed of a main control unit and a graphical user interface(GUI),which could realize ventilation parameters monitoring and alarming,and invasive and noninvasive ventilation via Assist/Control,SIMV,CPAP and other modes.The accessories included a lithium battery assembly,an oxygen cylinder,a patient circuit positioning arm,patient circuit assemblies,etc.ResultsThe ventilator improved the treatment of respiratory failure casualties at field or sea conditions.ConclusionThe ventilator has easy operation,high stability and reliability,and thus is worthy popularizing in field conditions. [Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（6）：12-14，40]

field operation;multifunctional ventilator;respiratory failure

R318.6；TH777

A

1003-8868（2015）06-0012-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.06.012

南京軍區(qū)科技創(chuàng)新重點項目（11Z015）

劉 峰（1970—），男，博士，副主任醫(yī)師，主要從事危重病救治方面的研究工作，E-mail:medcine1970@hotmail.com。

212001江蘇鎮(zhèn)江，解放軍359醫(yī)院（劉 峰，邵 潔，花曼曼，陳曉華，尹志強）；210003南京，解放軍73841部隊衛(wèi)生處（張 鑫）

尹志強，E-mail:medcine1970@163.com