刘 峰，邵 洁，花曼曼，陈晓华，张 鑫，尹志强

野战多功能呼吸机的研制

刘 峰，邵 洁，花曼曼，陈晓华，张 鑫，尹志强

目的:研制一种多功能呼吸机，用于野战环境及抢险救灾时危重伤病员呼吸衰竭的救治。方法:呼吸机采用电动电控原理设计，由主控单元和显示屏2个部分组成，集通气参数监测、报警于一体，具有有创与无创通气的各种呼吸模式。配件包括电池组件、气瓶组件、机械臂、患者管路组件等。结果:该呼吸机可在野战及海上救护环境下展开工作，显著提高了野战条件下战伤后严重呼吸衰竭伤员的救治成功率。结论:该呼吸机操作简便、携带方便、稳定可靠、功能强大，可适应野战环境的需求，值得推广应用。

野战；多功能呼吸机；呼吸衰竭

0 引言

颅脑外伤、胸部爆炸伤及溺水是现代战争的常见伤型，常导致急性肺损伤（acute lung injury，ALI）及急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrom，ARDS）[1]。而在野战医疗条件下，目前呼吸机性能有限，难以满足伤员救治需要，是该伤型早期伤亡的主要原因。呼吸机按驱动方式分为3类[2]：（1）气动气控呼吸机：通气源和控制系统均只以氧气为动力来源，多为便携式急救呼吸机。由于缺少电子控制装置，该类设备无法对患者通气进行多种监测并形成反馈控制，因此，出现意外的风险较高，根本无法满足严重呼吸衰竭伤员所需要的通气要求[3]。（2）电动电控呼吸机：通气源和控制系统均以电源为动力，内部有汽缸、活塞泵等，功能较简单，主要问题是野战医疗条件下电源无法保证。（3）气动电控呼吸机：通气源以氧气或空气为动力，控制系统以电源为动力，是多功能呼吸机的主流设计。但该类机器体积大、质量重，需要外接交流电源[4]，在野外难以展开。目前，对呼吸机的研究开发主要集中在平时急救转运、无创通气及高端多功能产品方面，但没有考虑野战救护的条件，尚无适用于野战条件下的高端多功能呼吸机。因此，有必要研制一种性能先进、便于携带及在野战条件下展开的呼吸机，以提升现场救治能力及抢救成功率[5]。

本研究的主要目的是提升我军在野战条件下的救护能力，提高严重呼吸衰竭伤员的抢救成功率。所研制的呼吸机性能与目前医院使用的多功能呼吸机相同，自带电池具有较长巡航能力，可在野战条件下独立展开，既能适应野外危重伤员急救，也能适应长途转运，具有质量轻、抗震、防水、便于携带的特点，且功能齐全，可满足野战条件下严重呼吸衰竭的救治。

1 设计要求

根据野战环境下危重伤员的抢救需求，提出以下设计要求。

1.1 基础配置

（1）呼吸机主机1台。

（2）2.8 L氧气瓶组件1套。

（3）可充电锂电池2套，工作时间8 h以上。

（4）成人呼吸管路套件一套。

1.2 技术参数

（1）适用范围：成人。

（2）驱动方式：电动电控。

（3）显示方式：12.1 in（1 in=25.4 mm）彩色薄膜晶体管显示（采用屏机分离技术）。

（4）具有视频图形阵列（videographicsarray，VGA）数据传输功能。

（5）具有大气压自动校正功能。

（6）设置方式：触摸式按钮及穿梭钮。

（7）通气方式：辅助/控制、同步间歇指令通气、自主通气、持续正压通气、压力支持通气、压力调节容量控制模式、双水平正压通气、无创通气。

（8）潮气量：20～2 000 mL（容控）。

（9）呼吸频率：4～80次/min。

（10）同步间歇指令通气频率：1～40次/min。

（11）吸气时间：0.1～9 s。

（12）屏气时间：0～4 s。

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

（14）压力支持水平：0～60 cmH2O。

（15）压力触发灵敏度：-20～0 cmH2O（自动参考呼气末正压值）。

（16）流速触发灵敏度：动态流速触发，0.5～20 L/min。

（17）呼气末正压：0～35 cmH2O。

（18）氧气体积分数：21%～100%。

（19）报警静音：不大于120 s。

（20）监测参数：潮气量（吸入、呼出）、总计呼吸频率、自主呼吸频率、分钟通气量、自主呼吸分钟通气量、气道峰值压力、气道平均压力、气道平台压、呼吸末正压、氧气体积分数、顺应性、流量波形、压力波形、容量波形。

（21）报警：氧气不足、空气不足、分钟通气量上限、分钟通气量下限、呼气潮气量超限、自主呼吸频率超限、气道压力上限、气道压力下限、窒息、交流电源断电、氧气体积分数上限、氧气体积分数下限、电池电量低、持续气道压高、雾化开启时报警，具有100条报警历史记录。

（22）总体质量：小于20 kg。

（23）主机体积：46.0 cm×51.2 cm×68.6 cm（长×宽×高）。

2 装置的构造与原理

2.1 产品组成

主机控制本设备完成主要功能，由包含气路接口和电气接口的前面板和后面板组成。产品外观如图1所示。

图1 主机外观图

2.2 呼吸机电路系统原理

呼吸机的电气部分主要实现呼吸气路控制、参数监测、声光报警、人机界面交互等功能。整机电气系统如图2所示，主要包括主控板、电源板（充电板）、图形用户界面显示部分、电动机驱动部分、锂电池、电磁阀、比例阀及其驱动电路部分等。其中，图形用户界面显示部分主要负责显示用户操作信息输入、报警灯；主控板部分主要负责呼吸机内部参数计算及对各个执行机构的控制；混氧模块主要负责氧气和空气按照预设的比例混合并提供给涡轮；电源部分主要负责电压转换、电池充电和呼气阀加热等功能的实现。

图2 电路系统组成图

2.3 呼吸机气路系统原理

当气容因涡轮的作用产生负压时，空气经过过滤器进入气容。气容和空气过滤器之间设有压力传感器，用于监测过滤器阻力。涡轮工作时产生的负压将混合腔的气体抽出，通过降噪和散热处理后，经吸气比例阀控制气流通断和通气时的流量，气体通过流量传感器、单向阀和管路后接患者，患者呼出的气体通过呼气模块呼出。高压大流量氧气通过过滤器和单向阀，经减压阀减压后通过压力传感器检测气源压力，进入电磁阀岛，每个电磁阀出来的气体可通过节流阀限制流量，通过控制电磁阀开启的数量和时间长短来控制输出的氧气量，电磁阀岛出来的氧气进入气容实现混氧。当没有高压大流量氧气源时，低流量氧气通过过滤器、单向阀进入气容实现混氧。安全吸气部分设有安全阀、安全吸气阀、氧浓度传感器和吸气端气道压力传感器，保证气道压力不超过设定的极限值和安全吸气，并监测氧气体积分数和气道压力。呼气部分包括呼气阀、单向阀、压力传感器和流量传感器，用于控制和监测。有高压氧气时，呼吸机通过控制电磁阀提供雾化功能。气路系统组成如图3所示。

图3 气路系统组成图

2.4 人机界面设计

人机界面可以分为参数设置区、快捷键区、患者参数监测区、患者波形区、信息区和用户信息提示区6个部分。

2.4.1 信息区

信息区包含呼吸模式、报警信息、网络和USB连接、触发方式、患者类型和体质量、交流电和电池指示、时间等区域。

（1）呼吸模式区域：显示当前的呼吸模式。（2）报警信息区域：当没有信息时，此区域和屏幕背景颜色一致；当出现技术和功能报警时，此区域变成红色或者黄色报警信息框。（3）网络和USB连接区域：显示网络和USB连接状态。（4）交流电和电池指示区域：显示交流电和电池的连接状态。（5）触发方式区域：显示呼吸机当前的触发方式，有压力触发、流量触发和人工触发3种触发方式。如果有当前无触发通气使用，触发标志消失。（6）显示还包括患者是成年还是儿童及患者体质量、当前时间。

2.4.2 患者波形区

患者波形区在屏幕区域的主要位置——屏幕中心。在系统默认的情况下，此区域有压力、流量和潮气量3种波形。

2.4.3 患者参数监测区

该区显示患者的监测参数。单击所显示的监测参数，出现子菜单，在子菜单下可以根据需要监测其他参数。当高级报警出现时，参数报警限的背景颜色由黑色变成红色，闪烁的频率为2×（1±10%）Hz，且高级报警信息在报警信息区域同时出现。

2.4.4 参数设置区

适用于当前呼吸模式的呼吸参数设置在此区域显示。如果当前呼吸机模式的呼吸参数设置项目没有出现在此区域，可以通过“更多设置”访问和改变其他设置项。

2.4.5 快捷键区

通过快捷键可以访问很多呼吸机操作，包括吸气保持、呼气保持、雾化、手动吸气、智能增氧、波形冻结、屏幕锁、报警限值、主菜单和待机/开始通气。

2.4.6 用户信息提示区

该区提示待机、雾化、吸痰等用户需注意的事项。

3 产品特点

3.1 稳定可靠，功能强大

野战多功能呼吸机具有开机自检功能，保证了设备性能的稳定，既可使用高压氧气作为氧气来源，也可在没有高压氧的前提下使用低压氧为患者提高吸入气的氧气体积分数；内置的金属涡轮能够为呼吸机提供压缩空气，无须依赖体积庞大的空气压缩机；自带插拔式锂电池保证了在没有外接电源的情况下可以不间断供电；具备当前所有高端呼吸机的通气方式，监测范围广，能够满足连枷胸及ARDS伤者的救治；由于内置了强有力的涡轮，具有漏气补偿功能，从而维持气道压力的稳定；采用电子换向阀的专利技术，控制氧气体积分数精确输出，使得呼吸机具有更加稳定可靠的优点。

3.2 适应野战环境需求

野战救护设备的使用环境恶劣[6]，为保证在恶劣

（►►►►）（◄◄◄◄）环境中仍能正常工作，该呼吸机通过权威机构的盐雾实验、电磁兼容试验和摇摆与振动试验等。可在5～40℃温度范围、5%～95%相对湿度正常工作，并能承受从1.8 m高度坠落到坚硬表面，符合野战环境下对冲击和振动的要求。

3.3 操作简便，携带方便

该设备连接方便，主机操作界面设计符合人机工程学原理，参数设置方便简捷。考虑到携带的方便性，首先在材质上采用管式机架和铝合金氧气瓶，大大地减轻了整机质量；另外，将主机、管路、氧气瓶集成一体，使携带更加方便；机架可以与任意栏杆、床及担架相匹配；配上墙壁支架，机器可快速安全地安装在墙壁支架上；利用内置压缩机作为空气驱动，使得呼吸机体积小巧、集成度高、方便展收。

4 结语

野战救护对救治能力的要求越来越高[7]，本文所研制的多功能野战呼吸机体积小、质量轻、抗震、防水、性能全面，可在野战及海上救护环境下展开工作，显著提高野战条件下战伤后严重呼吸衰竭伤员的救治成功率。

[1]王东，张波.现代战争重伤救治中呼吸支持的若干问题[J].空军总医院学报，2005，21（3）：157-162.

[2]邓咏如.急救呼吸机发展与分类[J].中国医疗器械信息，2006，12（4）：19-20.

[3]祝华，孔祥泉，赵达明.野战条件下ALS型便携式急救呼吸机的应用[J].医疗卫生装备，2009，30（7）：139.

[4]薛长波，洪范宗，苏秋玲.PB840呼吸机临床应用常见报警和故障处理[J].医疗卫生装备，2013，34（1）：133.

[5]李辉，张祖进，郭召平，等.当前野战卫生装备存在的问题及改进建议[J].医疗卫生装备，2011，32（6）：77-78.

[6]何光全.野战卫生装备的设计制造理念探讨[J].沈阳部队医药，2010，23（1）：33-34.

[7]张同利，周柏玉，莫淑敏.现代战伤救护的研究进展[J].西北国防医学杂志，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

南京军区科技创新重点项目（11Z015）

刘 峰（1970—），男，博士，副主任医师，主要从事危重病救治方面的研究工作，E-mail:medcine1970@hotmail.com。

212001江苏镇江，解放军359医院（刘 峰，邵 洁，花曼曼，陈晓华，尹志强）；210003南京，解放军73841部队卫生处（张 鑫）

尹志强，E-mail:medcine1970@163.com