【作 者】劉波，汪家旺

1 南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，江蘇，南京，210029

2 南京醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，江蘇，南京，210029

當(dāng)前，許多醫(yī)院都配置了中心供氣設(shè)施驅(qū)動(dòng)呼吸機(jī)和麻醉機(jī)等醫(yī)療設(shè)備[1]。與傳統(tǒng)的醫(yī)用空氣壓縮機(jī)相比較，中心供氣具有節(jié)省能源、無(wú)壓縮機(jī)噪聲和維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)[2]。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)， SIEMENS Compact和Mini等先進(jìn)呼吸機(jī)匹配的空氣壓縮機(jī)具備待機(jī)模式[3]，采用中心供氣，但當(dāng)中心供氣發(fā)生故障時(shí)，呼吸機(jī)可以自動(dòng)探測(cè)到氣體壓力的異常下降，并且智能切換至空氣壓縮機(jī)供氣。國(guó)內(nèi)的空氣壓縮機(jī)通常不具備此種功能，必須由使用人員手動(dòng)切換氣源，往往會(huì)造成切換時(shí)機(jī)的延誤，影響治療效果。

SMART呼吸機(jī)是我們研制的一款具有一定智能化程度的微機(jī)控制的高檔無(wú)創(chuàng)呼吸機(jī)，而與其配套的國(guó)產(chǎn)醫(yī)用空氣壓縮機(jī)不具備待機(jī)模式。針對(duì)這一問題對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，使其不但在中心供氣出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)切換至空氣壓縮機(jī)，而且當(dāng)故障排除后還可以自動(dòng)切換回中心供氣，完全滿足了SMART呼吸機(jī)的匹配要求。

1 氣源智能切換裝置

1.1 加裝氣源切換裝置的必要性

中心供氣系統(tǒng)需要嚴(yán)格的管理和經(jīng)常性的維護(hù)保養(yǎng)，以確保設(shè)備運(yùn)行的可靠性[4]。呼吸機(jī)是對(duì)自主呼吸能力喪失或減低的危重病人實(shí)施呼吸支持的重要設(shè)備[5]，一旦壓縮氣體的供應(yīng)出現(xiàn)故障，往往會(huì)導(dǎo)致呼吸機(jī)工作異常，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜安∪松？諝鈮嚎s機(jī)加裝氣源切換裝置后，可在中心供氣和空氣壓縮機(jī)供氣二者間自主切換，大大降低了因供氣發(fā)生的呼吸機(jī)故障。

1.2 氣源切換裝置硬件平臺(tái)搭建

1.2.1 材料

采用二個(gè)Honeywell公司的26PCF壓力傳感器分別用于測(cè)量中央供氣和空氣壓縮機(jī)供氣壓力。26PCF壓力傳感器采用集成電路技術(shù)和硅壓敏電阻技術(shù)[6]，其測(cè)量精確性較高，帶有溫度補(bǔ)償和校正，測(cè)量類型為表壓，量程為0-100 psi。采用德國(guó)寶德公司電控兩位三通閥作為氣源切換閥門。

Smart呼吸機(jī)采用兩個(gè)功能較為強(qiáng)大的C8051f020單片機(jī)作為控制核心。C8051f020單片機(jī)具備片內(nèi)12位8通道A/D轉(zhuǎn)換器[7]，可以直接通過引腳輸入壓力傳感器的模擬信號(hào)。在改裝過程中，我們避免使用專門的單片機(jī)，而是利用了呼吸機(jī)中的C8051f020單片機(jī)的富余能實(shí)現(xiàn)對(duì)氣源切換裝置進(jìn)行控制。

1.2.2 硬件安裝方法

為了對(duì)氣源壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并達(dá)到氣源自動(dòng)切換的目的，需要對(duì)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行一定程度的改裝。如圖1所示，將空氣壓縮機(jī)后蓋板拆除后，首先將空氣壓縮機(jī)氣體輸出單向閥前的管道斷開，依次接入一只三通接頭和一只兩位三通閥門，在三通接頭上連接壓力傳感器1，對(duì)空氣壓縮機(jī)的輸出壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)；然后在兩位三通閥的另一個(gè)輸入接口上連接一根軟管，軟管另一頭連接醫(yī)用氣體快速接頭，軟管中段用三通接頭接入壓力傳感器2，對(duì)中央供氣壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在空氣壓縮機(jī)側(cè)面板上開孔，將醫(yī)用氣體快速接頭固定其上。為了方便今后的檢修，將氣體快速接頭和兩個(gè)壓力傳感器的安裝位置做成可以打開的活門結(jié)構(gòu)。將壓力傳感器1、2的輸出信號(hào)用導(dǎo)線引出，經(jīng)運(yùn)算放大器放大、低通濾波后，分別接入呼吸機(jī)控制主板上的單片機(jī)的片內(nèi)AD轉(zhuǎn)換器0的模擬輸入引腳18、19。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Image of Hardware Structure

對(duì)空氣壓縮機(jī)電源進(jìn)行改裝，加裝控制繼電器，使呼吸機(jī)內(nèi)的單片機(jī)可以控制空氣壓縮機(jī)電源的通斷。

1.3 氣源切換裝置的軟件架構(gòu)

使用c語(yǔ)言編寫氣源監(jiān)測(cè)、切換程序，在呼吸機(jī)的控制菜單中增加氣源控制選項(xiàng)菜單。通過呼吸機(jī)的液晶屏幕，可選擇切換裝置的工作方式。

氣源切換裝置控制菜單的結(jié)構(gòu)如圖2所示，設(shè)置關(guān)閉和開啟兩個(gè)選項(xiàng)。當(dāng)選擇關(guān)閉選項(xiàng)時(shí)，呼吸機(jī)僅對(duì)氣源的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)氣源壓力異常時(shí)在液晶屏上顯示報(bào)警信息而不對(duì)氣源進(jìn)行切換。如果選擇開啟選項(xiàng)，則可進(jìn)一步選擇節(jié)能或待機(jī)兩種工作模式。當(dāng)選擇節(jié)能模式時(shí)，如果中心供氣壓力正常，單片機(jī)控制空氣壓縮機(jī)的電源繼電器處于斷開位置，空氣壓縮機(jī)不工作，同時(shí)兩位三通閥門處在接通中心供氣的位置。如果中心供氣壓力出現(xiàn)異常，則單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)使電源繼電器閉合，同時(shí)使兩位三通閥門處在接通空氣壓縮機(jī)的位置，空氣壓縮機(jī)開始工作，建立壓力后向呼吸機(jī)供氣。節(jié)能模式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)中心供氣壓力正常時(shí)，空氣壓縮機(jī)的電源是斷開的，在節(jié)省電能的同時(shí)降低了噪聲。其缺點(diǎn)是當(dāng)空氣壓縮機(jī)剛開始工作時(shí)，需要一定的時(shí)間才能使機(jī)內(nèi)貯氣罐中的空氣壓力由零上升至工作壓力，這可能導(dǎo)致在此段時(shí)間之內(nèi)呼吸機(jī)工作出現(xiàn)異常。

與節(jié)能模式相比較，待機(jī)模式的不同點(diǎn)在于不論中心供氣壓力是否正常，單片機(jī)總是控制空氣壓縮機(jī)處于加電狀態(tài)，使空氣壓縮機(jī)的貯氣罐中氣體壓力時(shí)刻處于工作壓力。這種情況下，如果中心供氣壓力出現(xiàn)異常，兩位三通閥自動(dòng)切換至接通空氣壓縮機(jī)位置，呼吸機(jī)可以立即得到正常壓力的壓縮空氣供應(yīng)，幾乎不會(huì)有任何延遲。其缺點(diǎn)是即使中心供氣壓力正常，空氣壓縮機(jī)也要一直維持工作壓力，導(dǎo)致能耗和噪聲較節(jié)能模式要大一些。氣源切換裝置的C語(yǔ)言程序流程圖見圖3。

圖2 切換裝置控制菜單結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Control Menu Structure of Switching Device

圖3 切換裝置軟件程序流程圖Fig.3 Flow Chart of Switching Device Software

2 結(jié)論

將改裝的空氣壓縮機(jī)安裝在SMART呼吸機(jī)上驗(yàn)證，結(jié)果證明智能氣源切換裝置操作方便，動(dòng)作靈敏可靠，能在中心供氣和空氣壓縮機(jī)供氣之間自動(dòng)進(jìn)行智能切換，且具備多種工作模式，較好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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