一種用于艦船的便攜式智能化負壓吸引器設計

丁海雷，石夢堯，張 宇，胡尊琪，徐嘉鵬，朱振新*

（1.南通市海門區(qū)人民醫(yī)院普通外科，江蘇南通 226100；2.海軍軍醫(yī)大學第二附屬醫(yī)院胃腸外科，上海 200003）

0 引言

艦船內(nèi)相對狹小、密閉且相對易燃，因此燒灼性/化學性氣道傷、大面積體表創(chuàng)傷、胸腹部沖擊傷是造成艦員傷亡的最重要原因[1]。以實時負壓吸引技術為核心發(fā)展起來的氣道負壓吸引技術[2]、創(chuàng)面負壓吸引技術[3-4]和腹腔持續(xù)負壓吸引技術[5-6]是上述戰(zhàn)創(chuàng)傷最有效的搶救與早期救治手段[7]。實時負壓吸引技術的核心在于2個方面：（1）持續(xù)負壓吸引源。負壓吸引源不僅需要提供持續(xù)負壓，而且需要具有充分的壓力可調節(jié)范圍，才能滿足不同創(chuàng)傷救治對壓力的需求。（2）實時壓力控制。與傳統(tǒng)的負壓吸引器相比，實時負壓吸引技術需要對壓力進行實時感應與調節(jié)，對不同的救治內(nèi)容與救治模式實施不同的壓力控制以及壓力持續(xù)時間控制，任何不適當?shù)膲毫蛘邏毫Τ掷m(xù)時間均會導致救治效果不佳，甚至引起相關并發(fā)癥。

目前，我國艦船常規(guī)裝備的負壓吸引器為220 V電源電動醫(yī)用負壓吸引器與手動負壓吸引器。電動負壓吸引器雖然可以提供較大的負壓值，但體積巨大，且需要220 V電源，無法攜帶與移動，且不能實現(xiàn)負壓實時控制，在戰(zhàn)創(chuàng)傷救治方面存在較大弊端。以我國海軍某艦為例，目前裝備的負壓吸引器為上海祁鑫醫(yī)療器械廠生產(chǎn)的YX920/930系列電動吸引器。該吸引器體積為46.5 cm×42.5 cm×92 cm，質量為220 kg，由220 V交流電源供電，無法實現(xiàn)單兵攜帶與移動，且不能實現(xiàn)負壓實時控制。而手動吸引器雖然體積小、質量輕，可放置于單兵急救包中，但是其功率低、負壓小，且無法產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的負壓，流量、壓力不可控，可能在吸引過程中造成醫(yī)源性損傷。方素萍等[8]研究設計了一種小型負壓吸引器，在傷口的持續(xù)負壓吸引治療中取得了良好效果，證實了實時壓力控制與持續(xù)吸引技術在小型負壓吸引器上的應用成為可能。本研究在現(xiàn)有便攜式吸引器的基礎上，基于艦船環(huán)境應用需求，研發(fā)一種便攜式智能化負壓吸引器，實現(xiàn)負壓吸引器小型化與便攜化，使之可批量列裝于艦船，實現(xiàn)負壓吸引壓力實時智能控制，滿足實時負壓吸引要求，從而提高艦船戰(zhàn)創(chuàng)傷的救治水平。

1 設計

該負壓吸引器由外殼、主機和插入一體式廢液瓶組成。其中主機由中央控制系統(tǒng)、負壓發(fā)生系統(tǒng)、負壓實時控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)組成，其整體設計圖如圖1所示，實物如圖2所示。

圖1 便攜式智能化負壓吸引器的整體設計圖

圖2 便攜式智能化負壓吸引器實物圖

1.1 外殼

該負壓吸引器外殼采用鋁合金制成，由底板、蓋板和電池拆裝板3個部分組成，底板和蓋板設有相對應的定位槽，以實現(xiàn)裝備的快速拆卸與修理。其內(nèi)部布局如圖3所示，外殼內(nèi)各系統(tǒng)設有相應的空腔，以及負壓管道專用通道、信號專用通道、恒流電源專用通道及直流電源專用通道。外形設計上，滿足體積要求、受力面要求、平衡要求、便攜式要求及與艦船裝備和單兵攜帶相匹配的要求。整機主機與廢液瓶配合，外殼設有廢液瓶專用配套空腔，無需拆卸主機，只通過主機外殼的專用卡盒開關來實現(xiàn)廢液瓶與主機快速組裝與拆卸。電池倉靠外殼的一端設有電源拆裝板，可快速實現(xiàn)電池的更換，同時通過外殼充電樁，可實現(xiàn)邊充電邊更換電池或者持續(xù)通電使用。

圖3 外殼內(nèi)部布局圖

1.2 主機

1.2.1 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)集成了負壓發(fā)生系統(tǒng)、負壓實時控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)的智能化控制電路和處理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)持續(xù)負壓吸引和壓力實時控制。

1.2.2 負壓發(fā)生系統(tǒng)

負壓發(fā)生系統(tǒng)由負壓泵動力系統(tǒng)、降噪系統(tǒng)組成。其中負壓泵動力系統(tǒng)為8 W、12 V的無刷KVP8直流電動機，空載電流約0.52 A，最大電流≤0.65 A。降噪系統(tǒng)采用降噪隔音材料制成。負壓發(fā)生系統(tǒng)利用隔膜原理產(chǎn)生負壓，流量約為480 L/h，最大負壓255 mmHg（1 mmHg=133.32 Pa）。負壓發(fā)生系統(tǒng)實物如圖4所示。

圖4 負壓發(fā)生系統(tǒng)實物圖

1.2.3 負壓實時控制系統(tǒng)

負壓實時控制系統(tǒng)包括以下幾個模塊：（1）負壓傳感器模塊。負壓傳感器模塊采集壓力信號，當壓力信號滿足預設條件的情況下，傳感器發(fā)射信號到中央控制系統(tǒng)。（2）傾倒報警模塊。傾倒報警模塊通過內(nèi)部平衡系統(tǒng)采集傾斜信號，當整機傾斜到預先設置的最大閾值時，傾倒報警模塊發(fā)射信號至中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)接收到傾倒報警的信號后終止其他系統(tǒng)工作，如果傾倒報警模塊采集到傾斜信號回復至正常閾值范圍之內(nèi)，則其他系統(tǒng)恢復正常工作。（3）液位容量模塊。液位容量模塊通過在固定位置安裝的傳感器來控制，液位到達所述固定位置，模塊啟動，發(fā)射信號給中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)會中斷整機工作，直至替換新的配套廢液瓶。

1.2.4 供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)包括直流電源、電池組和智能恒流板。該負壓吸引器可以由外接直流電源供電或由電池組供電，由智能恒流板控制直流電源供電和電池組充放電的電流和電壓。

1.3 插入一體式廢液瓶

廢液瓶采用輕量的聚丙烯材料制作，容積為80 mL，采用側方插入的方法與瓶身形成連接，從而實現(xiàn)野戰(zhàn)環(huán)境下快速裝備，如圖5所示。

圖5 插入一體式廢液瓶實物圖

該負壓吸引器在海軍某大型艦船上進行了初步應用，應用場景為：（1）急性氣道梗阻的氣道負壓吸引；（2）大面積體表燒傷/創(chuàng)傷的創(chuàng)面負壓封閉吸引（vacuum sealing drainage，VSD）。在試用過程中，主要對以下項目進行考察：（1）便攜性：觀察其能否與單兵急救包相匹配，便于單兵前出攜帶；（2）實用性：重點考察其使用過程中各項參數(shù)及性能指標能否滿足醫(yī)療搶救需要；（3）安全性：觀察其在使用過程中是否存在過熱、爆炸、廢液反流與誤吸等安全隱患，并考察其在持續(xù)使用過程中的可靠性。

通過在某艦船的初步試用，在便攜性上，由于該負壓吸引器體積小、質量輕，可以放入急救包，不影響攜帶其他搶救裝備與藥品，完全可用于單兵攜帶前出救援，如圖6所示。同時由于其占用空間少，可實現(xiàn)在艦船狹小空間內(nèi)的批量列裝，從而滿足成批

圖6 負壓吸引器置入單兵急救包示意圖

1.4 核心參數(shù)

體積17 cm×11 cm×6.5 cm（長×寬×高）；質量≤0.95 kg；流速極值500 L/h；負壓極值255 mmHg，且可實現(xiàn)連續(xù)負壓的梯度調節(jié)；電動機壽命6 000 h（持續(xù)吸引狀態(tài)下）；單塊鋰電池可持續(xù)供電8 h，配備電池2塊，可快速更換；單塊鋰電池充滿電時間≤4 h。

2 使用方法

2.1 操作流程

使用時先檢查連接氣路是否封閉、電池是否滿電，再開啟電源鍵開機。開機后有2種模式可以選擇——自動模式或手動模式：（1）選擇自動模式，默認工作負壓為125 mmHg，默認時間為工作3 h休息1 h，1 h后自啟動循環(huán)；（2）選擇手動模式，自行設置時間、壓力和休息時間。

2.2 安全說明

（1）液位報警：廢液瓶滿了會自動停止工作并報警，更換廢液瓶后自動恢復工作。（2）傾倒報警：整機保持直立，若傾倒會自動停止工作并報警，恢復到正常工作位置后，重新啟動恢復正常工作。注意檢查廢液瓶液位，避免廢液溢出，損壞設備。（3）電壓太低無法正常工作：長時間不使用時電池保證1個月充滿一次電。

3 應用效果

傷員出現(xiàn)時的需要。在氣道負壓吸引、創(chuàng)面負壓封閉吸引的救治過程中，該負壓吸引器在負壓值、流量等核心技術指標上均滿足救治需求，同時未出現(xiàn)過熱、爆炸、廢液反流與誤吸等安全隱患，在長時間不間斷試用過程中，未出現(xiàn)相關機械故障。

4 結語

對于海上戰(zhàn)創(chuàng)傷救治而言，隨著我國大型水面艦船的陸續(xù)服役，強化作戰(zhàn)區(qū)域（艦船）和作戰(zhàn)支援區(qū)域（醫(yī)療船）的醫(yī)療力量配屬實力，是未來海上戰(zhàn)創(chuàng)傷救治發(fā)展的必然趨勢。夏照帆等[1]指出：我國海軍必須加強一線（作戰(zhàn)艦船）急救和早期救治水平，才能適應未來遠洋海上戰(zhàn)創(chuàng)傷救治需求。本研究設計的便攜式智能化負壓吸引器克服了目前艦船普遍使用的負壓吸引器的相關技術缺陷，在初步試用上也取得了良好的效果。該負壓吸引器在裝備的小型化、可移動化方面具有巨大的

（????）（????）優(yōu)勢，但存在續(xù)航能力不足、廢液瓶容積偏小的缺點。在下一步工作中，我們將進一步擴大試用范圍，并緊密貼合海上戰(zhàn)創(chuàng)傷實際救治需要，繼續(xù)改進設計，從而提高海上戰(zhàn)創(chuàng)傷救治水平。