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        MEDUMAT Standard a 型轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)氧艙內(nèi)拓展使用的可行性研究

        2023-10-20 05:53:32管亞東印中鵬鄭海寧
        醫(yī)療衛(wèi)生裝備 2023年8期
        關(guān)鍵詞:氧艙環(huán)境壓力旋鈕

        管亞東,印中鵬,賈 萍,鄭海寧

        (1.東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院高壓氧科,南京 210002;2.南京明基醫(yī)院高壓氧科,南京 210019)

        0 引言

        氧艙配置適宜呼吸機(jī)是高壓氧救治合并呼吸功能障礙重癥患者的重要生命支持手段[1-2]。基于預(yù)防呼吸機(jī)設(shè)備產(chǎn)生電火花風(fēng)險(xiǎn)及克服氧艙環(huán)境壓力變化對(duì)呼吸機(jī)性能影響的考慮,國內(nèi)較多醫(yī)療機(jī)構(gòu)選配了國產(chǎn)市售的某型氧艙專用氣動(dòng)氣控多功能呼吸機(jī)[3-4]。該設(shè)備有非電子元件的消防安全優(yōu)勢,但其內(nèi)置氣動(dòng)元件及各種氣動(dòng)、氣控管線均為塑料材質(zhì),易發(fā)生管路脫落、老化、爆裂等故障,降低了設(shè)備的可靠性,縮短了設(shè)備的使用壽命。另外氧艙環(huán)境壓力變化影響氣動(dòng)邏輯單元執(zhí)行時(shí)間切換和壓力控制,導(dǎo)致呼吸機(jī)實(shí)際輸出的通氣頻率(Freq)、潮氣量(tidal volume,TV)精度不高[5],在氧艙內(nèi)使用期間須頻繁修正Freq 調(diào)節(jié)旋鈕和分鐘通氣量(minute volume,MV)調(diào)節(jié)旋鈕以克服環(huán)境壓力變化的影響,增加了使用、管理難度。

        臨床使用的呼吸機(jī)針對(duì)人類常規(guī)居住的大氣壓條件設(shè)計(jì),而JJF 1234—2018《呼吸機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定呼吸機(jī)校準(zhǔn)的大氣壓為86~106 kPa[6]。在海拔1 400 m 以下的高原及平原地區(qū)大氣壓中,經(jīng)過定期校準(zhǔn)的呼吸機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行且參數(shù)準(zhǔn)確。若大氣壓數(shù)值超過呼吸機(jī)安全規(guī)定,將嚴(yán)重影響呼吸機(jī)的性能及其參數(shù)輸出。目前鮮有常規(guī)呼吸機(jī)在高壓氧艙內(nèi)拓展使用的報(bào)道。筆者研究氧艙環(huán)境壓力變化對(duì)多個(gè)品牌及型號(hào)的呼吸機(jī)輸出參數(shù)和安全性能的影響,證實(shí)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的MEDUMAT Standard a 型轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)可通過單一修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值克服氧艙環(huán)境壓力變化的影響,實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)目標(biāo)通氣量。

        1 材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)器材

        選用德國維曼醫(yī)療器械有限公司生產(chǎn)的MEDUMAT Standard a 型轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)[4],主機(jī)尺寸為190 mm(長)×110 mm(高)×90 mm(寬),質(zhì)量為1.1 kg。呼吸機(jī)控制面板如圖1 所示,轉(zhuǎn)換手柄可切換NO AIR MIX(純氧)或AIR MIX(空氧混合,氧氣體積分?jǐn)?shù)為55%~85%)模式;按壓Assist 觸摸按鈕(輔助呼吸選擇鈕)可選擇間歇正壓通氣(intermittent positive pressure ventilation,IPPV)和同步間歇指令通氣(synchronized intermittent mandatory ventilation,SIMV)模式;旋轉(zhuǎn)Pmax(氣道峰壓)、MV、Freq 調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)置對(duì)應(yīng)參數(shù);報(bào)警顯示板提供管道狹窄、斷開連接、氧氣源壓力低、電源低電壓4 種類型聲光報(bào)警提示。

        圖1 MEDUMAT Standard a 型轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)控制面板

        該呼吸機(jī)為氣動(dòng)電控型,以0.27~0.60 MPa 氧氣源為單一通氣動(dòng)力來源。氣動(dòng)原理如圖2 所示,其中V1(壓力調(diào)節(jié)器)將氧氣源壓力降至0.27 MPa,呼吸機(jī)根據(jù)設(shè)定Freq,按1∶1.67 恒定吸呼比發(fā)出指令控制V2(電磁閥)開啟或關(guān)閉,按指令輸出的壓縮氧氣經(jīng)V3(放大閥)壓力進(jìn)一步降低,再經(jīng)V5(MV 調(diào)節(jié)閥)控制氧氣流量并降壓,最后經(jīng)由V9(噴射器單元)按Freq 間歇噴射輸出,實(shí)現(xiàn)正壓機(jī)械通氣。V9噴射輸出的氣體體積即為TV。轉(zhuǎn)換手柄保持NO AIR MIX 模式,V9 噴射輸出氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)為100%;切換成AIR MIX 模式,建立空氣經(jīng)V7(順序閥)注入V9 的通路,V9 噴射氧氣時(shí)發(fā)揮文丘里效應(yīng),抽吸經(jīng)V7 混入的空氣,V9 噴射輸出的氣體中氧氣體積分?jǐn)?shù)為55%~85%。

        圖2 MEDUMAT Standard a 型轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)氣動(dòng)原理圖

        呼吸機(jī)電控主板包含控制芯片、壓力傳感器、電磁閥、P/E 轉(zhuǎn)換器、A/D 轉(zhuǎn)換器、電池等(如圖3 所示),是呼吸機(jī)微機(jī)化并實(shí)現(xiàn)多種通氣模式、精確控制呼吸參數(shù)及報(bào)警功能的關(guān)鍵電子元件,其電壓和功率均符合GB/T 12130—2020《氧艙》進(jìn)艙電氣設(shè)備的規(guī)定[7]。電控主電源選用法國SAFT 生產(chǎn)的LSH14 鋰電池(標(biāo)稱電壓3.6 V、容量5.8 Ah);電控輔助電源為CR2430 紐扣電池,在主電源突然故障或電量耗盡時(shí)輔助供電,確保呼吸機(jī)報(bào)警系統(tǒng)性能正常。正常使用條件下,主、輔電源電池的電量足夠使用2 年。整機(jī)符合EN 60601-1-2 和EN 794-3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁相容性要求。

        圖3 MEDUMAT Standard a 型轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)電控主板

        透明亞克力方柱體水箱為自行設(shè)計(jì)的可計(jì)量模擬肺(A 箱表面設(shè)有體積計(jì)量刻度,在測量潮氣量時(shí)可在水中加入色素以便于觀察),用于計(jì)量呼吸機(jī)實(shí)際輸出參數(shù),如圖4 所示。該模擬肺利用水的不可壓縮、流體及靜水壓特性,在氧艙環(huán)境壓力變化條件下計(jì)量TV、氣道壓力及彈性回縮力。吸氣末,A 箱水位下降的體積即為TV,A 箱與B、C 箱的液位差靜水壓即為吸氣末氣道壓力,液位差重力相當(dāng)于肺的彈性回縮力。實(shí)驗(yàn)前,用經(jīng)校準(zhǔn)的美國鳥牌Vela 呼吸機(jī)測試模擬肺,模擬肺顯示的Freq、TV、氣道壓力與Vela呼吸機(jī)屏顯監(jiān)護(hù)參數(shù)吻合。

        圖4 呼吸機(jī)可計(jì)量模擬肺

        選用蕪湖潛水裝備廠生產(chǎn)的三艙七門式ICU 功能氧艙作為實(shí)驗(yàn)氧艙[8]。氧艙分設(shè)ICU 艙、治療艙和過渡艙,氧艙直徑為4 000 mm,總長度為16 800 mm,合計(jì)艙室容積約195 m3。呼吸機(jī)氧氣氣源由氧艙內(nèi)設(shè)備帶氧氣終端提供[9]。

        1.2 設(shè)定呼吸機(jī)參數(shù)及實(shí)驗(yàn)分組

        將呼吸機(jī)設(shè)置為IPPV、NO AIR MIX 模式,F(xiàn)req設(shè)置為12 次/min、Pmax 設(shè)置為35 cmH2O(1 cmH2O=98.07 Pa)。依據(jù)設(shè)定的MV 調(diào)節(jié)旋鈕值分為a、b、c、d 4 個(gè)實(shí)驗(yàn)組,具體為:MVa=4.8 L/min(TVa=400 mL),MVb=6 L/min(TVb=500 mL),MVc=7.2 L/min(TVc=600 mL),MVd=6 L/min(TVd=500 mL)。

        1.3 實(shí)驗(yàn)方法

        高壓氧治療方案:加壓階段(0→120 kPa,表壓,下同)18 min,穩(wěn)壓階段(120 kPa)停留65 min,減壓階段(120→0 kPa)22 min,總治療時(shí)間105 min。

        在a、b、c、d 組的加壓階段、減壓階段,氧艙環(huán)境壓力每變化10 kPa 觀測記錄模擬肺計(jì)量的Freqa、Freqb、Freqc、Freqd和TVa、TVb、TVc、TVd數(shù)值1 次。其中,a、b、c 組呼吸機(jī)參數(shù)無修正調(diào)整,將記錄的環(huán)境壓力值、TV 值進(jìn)行相關(guān)性分析。在d 組加壓階段、減壓階段,氧艙環(huán)境壓力每變化10 kPa 修正呼吸機(jī)MV 調(diào)節(jié)旋鈕,使模擬肺計(jì)量的TVd接近預(yù)設(shè)目標(biāo)值(TV=500 mL),記錄修正調(diào)節(jié)旋鈕值和模擬肺計(jì)量的TVd值,編制成《環(huán)境壓力值-修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值對(duì)照表》并進(jìn)行回歸分析。

        1.4 測試呼吸機(jī)安全性能

        實(shí)驗(yàn)期間,測試呼吸機(jī)電控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)及內(nèi)置鋰電池運(yùn)行性能,測試方法參照呼吸機(jī)說明書及李群等[10]報(bào)道的方法。

        1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

        采用Excel 2016、SPSS 25.0 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。計(jì)量數(shù)據(jù)分析前采用Kolmogorov-Smirnov法檢驗(yàn)其分布特征,數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布且方差齊以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用t檢驗(yàn);數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布或方差不齊以中位數(shù)表示,采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。環(huán)境壓力值與模擬肺計(jì)量的TVa、TVb、TVc值以及環(huán)境壓力值與d 組修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值采用簡單線性回歸分析;修正后模擬肺計(jì)量的TVd值與預(yù)設(shè)目標(biāo)值(TV=500 mL)采用單樣本t檢驗(yàn)。P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        2.1 一般情況

        實(shí)驗(yàn)前,呼吸機(jī)管路與可計(jì)量模擬肺連接,啟動(dòng)呼吸機(jī)后可觀察到模擬肺液位升降頻率(Freq)、TV 值與a、b、c、d 組別設(shè)置的參數(shù)吻合,水位差高度(相當(dāng)于氣道壓)與控制面板上的呼吸壓力計(jì)指針數(shù)值一致。

        a、b、c 組在加壓階段、減壓階段可見模擬肺計(jì)量的TV 值、液位差值隨氧艙環(huán)境壓力值增減反向變化;在穩(wěn)壓階段,模擬肺計(jì)量的TV 值及液位差值達(dá)到最小且保持穩(wěn)定;返回常壓后,模擬肺計(jì)量的TV 值恢復(fù)。實(shí)驗(yàn)期間,呼吸機(jī)Freq 保持恒定,未發(fā)生報(bào)警提示。

        2.2 氧艙環(huán)境壓力值與TV 值的相關(guān)性分析

        a、b、c 組的加壓階段、減壓階段環(huán)境壓力值與模擬肺計(jì)量的TV 值呈線性負(fù)相關(guān)(如圖5 所示),其中a 組線性擬合方程為y=-1.80x+378.3(R2=0.980,P<0.001),b 組線性擬合方程為y=-2.20x+464.3(R2=0.968,P<0.001),c 組線性擬合方程為y=-2.64x+562.1(R2=0.971,P<0.001)。

        2.3 維持預(yù)設(shè)MV 目標(biāo)值的修正方法

        將d 組升壓階段、減壓階段記錄的數(shù)據(jù)編制成《環(huán)境壓力值-修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值對(duì)照表》(見表1)。穩(wěn)壓階段,艙內(nèi)環(huán)境壓力值恒定,呼吸機(jī)TV 值穩(wěn)定,MV 調(diào)節(jié)旋鈕值無須修正。

        表1 環(huán)境壓力值-修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值對(duì)照表(Freq=12)單位:L/min

        對(duì)表1 中的環(huán)境壓力值與MV 調(diào)節(jié)旋鈕值進(jìn)行回歸分析,結(jié)果呈線性相關(guān),一元線性回歸方程為y=0.056 2x+5.341(R2=0.973,P<0.001),如圖6 所示。

        圖6 環(huán)境壓力值與修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值關(guān)系圖

        d 組加壓階段、減壓階段的TVd=(503.7±9.1)mL、變異系數(shù)(coefficient of variation,CV)=1.81%,與呼吸機(jī)預(yù)設(shè)目標(biāo)值(TV=500 mL)比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.965,P=0.058)。

        2.4 氧艙內(nèi)呼吸機(jī)安全性能

        實(shí)驗(yàn)期間,氧艙內(nèi)呼吸機(jī)持續(xù)正常工作,未出現(xiàn)開關(guān)或調(diào)節(jié)旋鈕失靈、呼吸壓力計(jì)顯示錯(cuò)誤、管路阻塞、電池低電壓報(bào)警及無故障觸發(fā)聲光報(bào)警提示等情形。人為制造管路狹窄、呼吸閥與模擬肺連接滑脫狀態(tài),呼吸機(jī)發(fā)出相應(yīng)聲光報(bào)警提示。穩(wěn)壓期間(表壓為0.12 MPa),人為調(diào)節(jié)氧艙氧氣源壓力<0.39 MPa,呼吸機(jī)氧氣源供氣余壓<0.27 MPa(供氣余壓=氧氣源壓力表數(shù)值-氧艙壓力表數(shù)值),報(bào)警顯示板即時(shí)發(fā)出氧氣源壓力不足聲光報(bào)警提示,報(bào)警期間,呼吸機(jī)Freq 值保持恒定、TV 降低;恢復(fù)氧氣源壓力,聲光報(bào)警提示終止、TV 恢復(fù)正常。

        3 討論

        具備呼吸力學(xué)監(jiān)測、呼吸參數(shù)屏顯、多種通氣模式的高檔精密氣動(dòng)電控型呼吸機(jī)應(yīng)在設(shè)備允許的環(huán)境大氣壓范圍內(nèi)運(yùn)行,才能保證呼吸機(jī)工作狀態(tài)正常、輸出參數(shù)精準(zhǔn)。筆者在預(yù)實(shí)驗(yàn)中選擇Dr?ger-Savina 重癥監(jiān)護(hù)呼吸機(jī)、Dr?ger-Oxylog3000 型轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)、MEDUMAT Standard2轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī),運(yùn)行環(huán)境大氣壓的要求分別為70~106 kPa、57~120 kPa和54~110 kPa。該3 款呼吸機(jī)在氧艙環(huán)境壓力達(dá)到125 kPa(絕對(duì)壓)即出現(xiàn)多個(gè)輸出參數(shù)數(shù)值紊亂現(xiàn)象,因而不具備氧艙內(nèi)拓展使用的可能性。

        本研究選用的呼吸機(jī)為氣動(dòng)電控型轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī),結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,控制面板設(shè)有Pmax、MV 和Freq調(diào)節(jié)旋鈕,IPPV、SIMV 通氣模式切換鍵,No Air Mix、Air Mix 模式轉(zhuǎn)換手柄及呼吸壓力計(jì)。研究證實(shí)0~120 kPa 氧艙環(huán)境壓力變化對(duì)該呼吸機(jī)的電控Freq及報(bào)警性能無影響;對(duì)呼吸機(jī)噴射器單元按Freq 間歇噴射方式輸出的氧氣(或空氧混合氣)體積(即TV)有壓縮性影響,導(dǎo)致高壓氧治療加壓階段TV 縮小、減壓階段TV 增大。a、b、c 組環(huán)境壓力值與TV 值的線性擬合R2分別為0.980、0.968、0.971(P<0.001),存在線性負(fù)相關(guān),提示該型呼吸機(jī)具備通過修正MV調(diào)節(jié)旋鈕克服環(huán)境壓力變化影響的潛力。

        在d 組實(shí)驗(yàn)中,觀察到單一修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕克服氧艙環(huán)境壓力變化影響并保持TVd≈500 mL(MV=TV×Freq=500 mL×12≈6 L)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。回歸分析證實(shí)《環(huán)境壓力值-修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值對(duì)照表》中的環(huán)境壓力值與對(duì)應(yīng)的MV 調(diào)節(jié)旋鈕值呈線性相關(guān)(P<0.001);t 檢驗(yàn)證明氧艙加壓階段、減壓階段、穩(wěn)壓階段按《環(huán)境壓力值-修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值對(duì)照表》修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值,呼吸機(jī)輸出的TV 值與預(yù)設(shè)目標(biāo)值(TV=500 mL)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。實(shí)驗(yàn)證實(shí),氧艙環(huán)境壓力變化在0~120 kPa范圍內(nèi),該轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)能通過單一修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值克服環(huán)境壓力變化對(duì)噴射體積(TV)的影響,維持TVd≈500 mL 的預(yù)設(shè)機(jī)械通氣目標(biāo)。

        與現(xiàn)有氧艙專用氣動(dòng)氣控型呼吸機(jī)相比,本研究中選用的呼吸機(jī)具有體積小巧、操作簡便、參數(shù)控制準(zhǔn)確、故障報(bào)警功能齊全、電控耗能低、內(nèi)置電池續(xù)航時(shí)間長的優(yōu)勢,因而具有氧艙內(nèi)拓展使用的前景。但筆者只研究了該型呼吸機(jī)氧艙內(nèi)拓展使用潛力及維持實(shí)際輸出TV≈500 mL、Freq=12 次/min 的修正方法,未來需要在積累臨床使用經(jīng)驗(yàn)的前提下,針對(duì)不同體質(zhì)量、不同疾病狀態(tài)患者,進(jìn)行不同F(xiàn)req、不同TV 值的修正方法研究并完善《環(huán)境壓力值-修正MV 調(diào)節(jié)旋鈕值對(duì)照表》,滿足不同高壓氧治療患者個(gè)體化機(jī)械通氣的需要。

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