急救高频喷射呼吸机的研究

【摘要】： 呼吸机在人类疾病治疗史上具有非常重要的地位。长期以来,它作为常用的替代或辅助病人呼吸功能的急救设备,一直在临床和急救等方面发挥重要的作用;而高频喷射呼吸机作为呼吸机中的一个分支,也具有较为广泛的应用范围,主要应用在对成人呼吸窘迫征、烧伤以及贯穿伤等疾病治疗领域。本文在对现今呼吸机的功能和应用范围进行分析和总结的基础上,以现代军队建设要求为标准,设计了应用于野战急救场合的急救高频喷射呼吸机。 目的:目前国际上各个国家的军队卫生装备水平都有了很大的提高,而呼吸机作为麻醉、急救复苏及危重病人抢救的必备工具,其临床应用越来越广泛。在现代战争中,伤员大部分都为枪弹伤(系贯穿伤),而对于这种伤病情况,普通的常频呼吸机不能够达到最佳的通气效果,而高频呼吸机却能够达到较好的通气治疗效果。 研究急救高频喷射呼吸机的目的,就是为了能够满足现代战争中对伤员的救治要求,丰富我军的卫生装备内容,提高我军的医疗救援水平以及我军医疗卫生装备的整体科研水平。 内容:为了达到上述科研目的,本文通过对现有的高频喷射呼吸机和急救呼吸机的剖析和研究,将高频喷射通气模式融入到了常频急救呼吸机的通气模式中,使得本呼吸机具有了常频和高频多种通气模式,从而满足在战场上和其它紧急情况下对伤患的通气治疗要求。 呼吸机的驱动控制模式选择为气动电控方式,现今大部分的先进急救呼吸机和高频呼吸机都是气动电控方式,因为气动电控能够保证呼吸机的稳定性和精确性,通过机器中主控芯片的控制,来保证整部机器的通气过程能够精确、完整以及稳定的进行。 呼吸机的整体可以分为两部分,气体驱动管路(即气路)和电动控制部分。气路指的就是在人工呼吸过程中,气体流通的整个部分,可以分为气源、控制管路、高频喷射器件和病人端呼吸阀等几个主要部分。气源包括碳纤维6.8升气瓶以及一级减压阀;控制管路部分由二级减压阀,高频电磁阀,空氧混和器,节流阀,压力调节阀和快排阀组成;高频喷射器件包括高频喷头、高频喷射接头和接管;病人呼吸端包括安全阀、快排阀和病人呼吸面罩等部分。其中高频喷射器件部分的设计和选择是最为重要的,它是急救高频喷射呼吸机中最重要通气模式(高频喷射通气)进行的最为关键的部件。 电动控制部分是指对呼吸机进行控制,使管路中各个部分能够正常工作,保证对病人的人工通气正常进行。设计方面主要包括以下六个方面:电源模块设计、主控模块设计、显示模块设计、传感器模块设计、参数控制模块设计和报警模块设计。电源模块与其他呼吸机相比增加了过电压保护功能,可以防止大电压对机器的伤害;主控模块选择了简单的单片机进行控制,即节省了资源又减低了开支;显示模块选择了大液晶屏进行显示,使其能够更加清晰地反映病人的呼吸参数变化;传感器模块是按照国内外的高频喷射呼吸机进行设计的,它主要对管路中空氧混合气体的压力和流速进行测量,并将模拟信号转换成数字信号,以方便治疗人员对参数的设置能更加贴近病患的生理需求;在此基础上设计的报警模块能够在气道压力过高或者过低的情况下,及时的对治疗人员进行提醒,以降低对病患的伤害;而参数控制模块是指通过旋钮等方式对病人的几种基本呼吸生理参数进行调节,包括潮气量、吸呼比、吸呼频率、呼吸模式的选择和气道压力报警上下限等多项参数的设置。 在研究过程中,对高频喷嘴部分、电源部分和测量信号的采集、处理等方面进行了重点设计。通过一系列的措施,使得高频呼吸机的性能、稳定性和抗干扰性得到了很大的提高。 方法:根据人体的生理过程来设计本呼吸机。人体的呼吸过程包括三个同时进行又相互联系的环节,即外呼吸、气体运输和内呼吸,呼吸机就是要起到替代人体外呼吸功能的作用。由于是急救高频喷射呼吸机,所以通气模式简单化,体积微型化。 气路搭建就相对简单一些,只需要能够保证人体的呼吸功能正常进行即可。根据流体力学的概念,以及工业管路搭建方法进行构建,其中用到的电磁阀等器件可以选择小功率的工业用器件,而如快排阀等器件必须要重新设计,使其能够满足人体的生理需求的同时又不会对人体造成损伤。 硬件操作系统设计,选用现今通用的流量传感器和压力传感器,采用特殊滤波电路和非线性校正方法进行调试,保证其测量精度达到国家标准;控制模块采用抗干扰措施,保证控制信号的正常传送和执行;主控芯片采用较为简单的单片机,操作简单,性能稳定,对环境的抗干扰能力较强;电源部分增加了过压保护的功能,防止外界电压不稳对呼吸机控制部分造成损坏;而且与以往的急救高频呼吸机相比,又增加了PEEP呼吸方式,这种呼吸方式能够有助于恢复肺部的正常通气功能。 成果:通过较长时间的研究工作,在理论上形成了一套理论框架,并且搭建了试验机,在此基础上可以进行更进一步的开发,来研制不同特殊功能需求的急救用呼吸机。 结论:经过测试,本急救高频喷射呼吸机能够很好的满足特殊伤患人员的需要,同时也能够圆满的完成病人的机械通气救治任务。