宋振興，吳太虎，王海濤，張　廣

高級重癥監(jiān)護型救護車關(guān)鍵技術(shù)研究

宋振興，吳太虎，王海濤，張廣

目的：解決高級重癥監(jiān)護型救護車的關(guān)鍵技術(shù)問題，為研制高性價比的國產(chǎn)化途中轉(zhuǎn)運載體提供基礎(chǔ)。方法：綜合運用機械結(jié)構(gòu)設計、人機工程、分子篩負壓吸附、光觸媒高效過濾、自動控制、信號處理等方法，研究高級重癥監(jiān)護型救護車底盤技術(shù)、醫(yī)療艙設計制造技術(shù)、重癥患者擔架臺振動控制技術(shù)、車載制壓氧技術(shù)、空氣凈化技術(shù)和醫(yī)療信息化通信技術(shù)。結(jié)果：高級重癥監(jiān)護型救護車具有內(nèi)部空間寬敞、外形美觀大氣、動力強勁、車廂內(nèi)環(huán)境質(zhì)量高、信息化程度高、乘臥舒適及主被動安全性能高等特點。結(jié)論：高級重癥監(jiān)護型救護車是一種功能完備、結(jié)構(gòu)布局合理、先進實用、能夠滿足重癥患者在現(xiàn)場和運送途中實施心肺復蘇和高級生命支持的新型急救機動平臺。

救護車；重癥監(jiān)護；傷病員振動控制；車載醫(yī)療信息化

0　引言

我國各類醫(yī)院每年處置的重癥患者千萬左右，其中大部分重癥患者是由于創(chuàng)傷或突發(fā)心腦血管疾病引起的。由于病情嚴重，為了尋求更佳的治療，以期望更好的預后，很多患者需要從低級別醫(yī)院向高級別醫(yī)院轉(zhuǎn)運，例如從縣級醫(yī)院向地級市醫(yī)院、從地級市醫(yī)院向省級醫(yī)院或更高級別的醫(yī)院轉(zhuǎn)運，轉(zhuǎn)運救治需求很大[1]。如何采取措施防止院前、轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)中的病情惡化，降低轉(zhuǎn)運相關(guān)病死率就成為了重要的問題。采用具有轉(zhuǎn)運經(jīng)驗的醫(yī)務人員和先進的重癥監(jiān)護型救護車可保證轉(zhuǎn)運過程中監(jiān)測和治療的連續(xù)性，是最佳的轉(zhuǎn)運選擇[2]。但目前使用的救護車中90%以上是運送型救護車，上裝設備僅僅是擔架車和氧氣瓶，遠遠不能滿足對重癥患者轉(zhuǎn)運救治的要求。

為規(guī)范重癥患者轉(zhuǎn)運過程，提高轉(zhuǎn)運安全性，減少不良事件發(fā)生，2010年中華醫(yī)學會重癥醫(yī)學分會制訂了《中國重癥患者轉(zhuǎn)運指南》。該指南明確規(guī)定了在實施重癥患者轉(zhuǎn)運中對轉(zhuǎn)運護送人員、轉(zhuǎn)運設備、轉(zhuǎn)運的監(jiān)測與治療等要求[3]。重癥監(jiān)護型救護車系統(tǒng)研發(fā)就是為該指南在全國范圍的推廣提供物質(zhì)保障。本文主要是針對交通重癥創(chuàng)傷傷員、腦猝中重癥患者、心臟等重要臟器疾病重癥患者、中毒重癥患者以及災害重癥傷員在現(xiàn)場和運送途中實施心肺復蘇和高級生命支持等救治措施提供平臺支持而展開的研究。屬于《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中“重點領(lǐng)域及其優(yōu)先主題”第8條“人口與健康”領(lǐng)域第51項“先進醫(yī)療設備與生物醫(yī)用材料”的范疇。

1　高級重癥監(jiān)護型救護車底盤技術(shù)

1.1車架

根據(jù)“高級重癥監(jiān)護型救護車的研制”（國家科技支撐課題：2012BAI20B01）設計任務書的要求，底盤采用東風二汽公司開發(fā)的EQ6600KST救護車專用底盤，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。該底盤采用承載式車架，車身分為駕駛艙和醫(yī)療艙2個部分。醫(yī)療艙為整體骨架方艙，便于功能布局。車身骨架采用龍門結(jié)構(gòu)式，由型材組焊而成。蒙皮全部由模具沖壓成形件，采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的強度和剛度。車身設計經(jīng)有限元受力綜合分析，在保證車身強度和剛度的情況下，實現(xiàn)車輛最大輕量化設計。

2　車廂設計制造技術(shù)

2.1車廂框架結(jié)構(gòu)有限元分析

根據(jù)重癥監(jiān)護型救護車車身強度設計要求，車廂設計過程中利用三維軟件建立高級重癥監(jiān)護型救護車的實體模型，然后將實體模型轉(zhuǎn)換成有限元分析軟件可識別的文件格式，導入有限元分析軟件中對模型進行幾何清理。在保證特征的前提下，進行了局部簡化；在減少模型規(guī)模的同時，確保滿足網(wǎng)格質(zhì)量要求，包括在轉(zhuǎn)換過程中彌補數(shù)據(jù)丟失造成的缺陷，在建模過程中保留倒角、倒圓的細微幾何特征等，最終建立起整車的幾何模型（如圖1所示）。通過對重癥監(jiān)護型救護車車身骨架進行彎曲、扭轉(zhuǎn)、制動和轉(zhuǎn)彎等幾種工況的有限元仿真分析和強校核表明[5]，該模型具有足夠的精度來預測車身的強度，并能大致反映車身骨架應力的分布情況，車身骨架的平均應力小于材料的屈服強度（最小安全系數(shù)1.43），車身骨架設計具有較高的安全性，能夠滿足救護車承載、振動等方面的設計要求。

圖1　重癥監(jiān)護型救護車車身骨架有限元分析模型

2.2醫(yī)療艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)與人機工程設計

運用人機工程設計原理[6]把車輛設計為駕駛艙和醫(yī)療艙2個部分。優(yōu)化設計了醫(yī)療艙內(nèi)進出風口結(jié)構(gòu)和布局，嚴格按急救醫(yī)護流程合理布局車載醫(yī)療設備、車內(nèi)藥品器材柜、遠程會診系統(tǒng)、車載制供壓氧一體機、洗手池、病員擔架、輕傷員沙發(fā)座椅、醫(yī)生座椅、護士座椅及工作臺等，結(jié)構(gòu)布局如圖2所示。擔架艙與醫(yī)護人員座椅之間、醫(yī)護人員座椅與醫(yī)療設備之間、醫(yī)護人員座椅與工作臺之間等尺寸符合WS/T 292—2008《救護車》的人機工程尺寸要求，即實現(xiàn)了一次可同時運輸1名臥姿傷員和3名坐姿傷員的指標要求，又降低了醫(yī)護人員勞動強度，滿足了乘車人員的人機功效學要求。

圖2　醫(yī)療艙結(jié)構(gòu)布局圖

2.3重癥患者擔架臺振動控制技術(shù)

2.3.1振動控制措施

為有效提高惡劣路況下重癥監(jiān)護型救護車上重癥患者的乘臥舒適性以及車載精密急救設備的運輸安全性，必須采取有效的振動控制，降低車輛行駛中從底盤到臥姿重癥患者擔架臺系統(tǒng)的振動傳遞，提高重癥患者的乘臥舒適性[7]。為此，在底盤行走系統(tǒng)空氣懸掛氣囊減振的基礎(chǔ)上，在重癥患者轉(zhuǎn)運功能模塊與車廂底板間加裝了6個三自由度零剛度減振器，以降低從救護車醫(yī)療艙底板到臥姿重癥患者擔架臺系統(tǒng)的振動傳遞。減振裝置如圖3所示。

圖3　臥姿重癥患者擔架臺系統(tǒng)減振裝置安裝示意圖

2.3.2振動控制效果

根據(jù)相關(guān)國家標準對高級重癥監(jiān)護型救護車進行了多種工況條件的振動測試，經(jīng)試驗信號的采集、處理、分析，最后獲得的減振效率結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，從醫(yī)療艙底板傳遞到臥姿重癥患者擔架臺系統(tǒng)上臥姿人體的振動衰減了63%～79%，特別是在鄉(xiāng)村起伏路行駛（車速15 km/h）時的減振效率能達到71.5%，說明零剛度減振器明顯降低了振動強度。醫(yī)療艙擔架臺系統(tǒng)減振措施有效控制了行車途中從履帶底盤到臥姿重癥患者擔架臺系統(tǒng)的振動傳遞，提高了重癥患者的乘臥振動舒適性。

圖4　零剛度減振器減振效果圖

2.4車廂微環(huán)境潔凈控制技術(shù)

根據(jù)重癥監(jiān)護急救艙室的結(jié)構(gòu)特點，研制了微環(huán)境潔凈空調(diào)系統(tǒng)。醫(yī)療艙采用艙內(nèi)前壁下部進風、艙內(nèi)兩側(cè)壁出風的布局系統(tǒng)設計，并在進風口采用中效過濾器，中間采用254 nm波長紫外線燈和納米TiO2光觸媒過濾、出口采用高效過濾器及離心風機等器件進行綜合集成構(gòu)成了三級過濾體系[8]。不僅對車廂內(nèi)的空氣過濾凈化，還增加了對空氣中的細菌病毒進行消毒滅菌的功能，實現(xiàn)了手術(shù)區(qū)水平氣流單向運動和空氣的過濾凈化，解決了艙室環(huán)境交叉感染問題。車廂潔凈環(huán)境控制系統(tǒng)運用FLUENT軟件，使用拉格朗日顆粒隨機軌道模型進行污染物濃度場的分布狀態(tài)模擬（如圖5所示）。通過模糊比例-積分-微分（proportion-integration-differentiation，PID）自動控制技術(shù)，實現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)變頻控制，有效地控制了艙室內(nèi)風速、溫度、濕度等，滿足了人體熱舒適性要求。

3　車載制供壓氧技術(shù)

通過攻克車載一體化吸附塔型微型制氧技術(shù)、車載多級氧氣灌充氣安全技術(shù)、不間斷制供壓氧技術(shù)，為重癥患者提供充足的氧氣保障[9]。車載微型制壓氧裝置為高級重癥監(jiān)護型救護車提供了一種全新的制供氧方式，實現(xiàn)了車載氧氣瓶的實時灌充，形成不間斷供氧能力，可有效提高急救車輛的長途轉(zhuǎn)運能力。

圖5　污染物濃度場的分布狀態(tài)

4　醫(yī)療信息化通信技術(shù)

車載重癥監(jiān)護醫(yī)療信息化系統(tǒng)，采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system，BDS）、地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）、第三代移動通信技術(shù)（3rd-generation，3G）網(wǎng)絡、移動定位、慣導等先進的通信與定位技術(shù)，設計了用于數(shù)字化重癥監(jiān)護型救護車的全區(qū)域定位、跟蹤與指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)了院前急救、途中連續(xù)后送、后方醫(yī)院救治等環(huán)節(jié)的統(tǒng)一指揮、統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一管理，可提高院前急救的應急指揮能力、水平以及院前急救的效率，有效降低致殘率、致死率。

5　結(jié)語

高級重癥監(jiān)護型救護車綜合集成底盤技術(shù)、車廂設計制造技術(shù)、重癥患者擔架臺振動控制技術(shù)、車廂微環(huán)境潔凈控制技術(shù)、車載制供壓氧技術(shù)、醫(yī)療信息化通信技術(shù)及性能優(yōu)良的急救設備，具有內(nèi)部空間

（????）（????）寬敞、外形美觀大氣、動力強勁、車廂內(nèi)環(huán)境質(zhì)量高、信息化程度高、乘臥舒適及主被動安全性能高等特點，是一種功能完備、結(jié)構(gòu)布局合理、先進實用、能夠滿足重癥患者在現(xiàn)場和運送途中實施心肺復蘇和高級生命支持的新型急救機動平臺。目前，該論文研制的重癥監(jiān)護型救護樣車已通過了國家新開發(fā)車輛公告，并完成了各項性能試驗，同時在東風總醫(yī)院進行了臨床試用。

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（收稿：2014-11-12修回：2015-06-23）

Research on key techniques of advanced intensive care ambulance

SONG Zhen-xing,WU Tai-hu,WANG Hai-tao,ZHANG Guang
（Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China）

Objective To solve key technical problems of the advanced intensive care ambulance.Methods The techniques for ambulance chassis,medical cabin design and manufacturing,vibration control for intensive care stretcher unit, vehicle-mounted oxygen generation and filling,air purification and medical informatized communication were investigated with mechanical structure design,ergonomics,molecular sieve negative pressure absorption,photocatalyst filtering,automatic control,signal processing and etc.Results The advanced intensive care ambulance developed gained advantages in internal layout,external appearance,power,internal environment,informatization,comfort as well as active and passive safety.Conclusion The advanced intensive care ambulance behaves well in multi function,layout and practicality,and thus can be used for on-site or en-route CPR and advanced life support of critically ill patients.[Chinese Medical E-quipment Journal，2015，36（10）：8-10，42]

ambulance;intensive care;patient vibration control;vehicle-mounted medical informatization

[中國圖書資料分類號]R318.6；U469.6A

1003-8868（2015）10-0008-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.008

國家科技支撐計劃項目（2012BAI20B01）

專利：國家發(fā)明專利（ZL 201320365677.6）

宋振興（1977—），男，助理研究員，主要從事急救集成技術(shù)與裝備設計方面的研究工作，E-mail：song9705@163.com。

300161天津，軍事醫(yī)學科學院衛(wèi)生裝備研究所（宋振興，吳太虎，王海濤，張廣）

1.2動力選配及發(fā)動機的布置形式

在發(fā)動機選用方面，由于采用清潔燃料、混合燃料或雙燃料環(huán)保型發(fā)動機的成本較高，且目前在救護車領(lǐng)域尚未應用，柴油發(fā)動機仍然是重癥監(jiān)護型救護車底盤的首選動力。所以該車發(fā)動機選用的是北京康明斯公司生產(chǎn)的ISF3.8S4168型發(fā)動機，屬于國Ⅳ排放標準。另外，考慮救護車是特種車輛，安全性能比一般車輛要求高，車頭采用長頭型設計，安全系數(shù)更高，因此，發(fā)動機采用前置形式布置。

1.3空氣懸架系統(tǒng)

懸架是影響重癥監(jiān)護型救護車乘臥舒適性的關(guān)鍵總成，由于重癥患者轉(zhuǎn)運對救護車的要求比較高，鋼板彈簧懸架已不能滿足舒適性的要求?？諝鈴椈墒且环N彈性元件，通過壓縮空氣對載荷和路面條件變化所引起的振動進行自動調(diào)節(jié)。由于空氣彈簧比鋼板彈簧的自振頻率低，因此空氣彈簧懸架在消除車輛振動、提高車輛的行駛平順性和乘臥舒適性方面的性能要大大高于普通的鋼板彈簧懸架[4]。本文所述的重癥監(jiān)護型救護車底盤所采用的是導向板簧加空氣懸掛減振系統(tǒng)，并加以縱向、橫向減振系統(tǒng)。通過試驗與測試，這種復合式懸架系統(tǒng)的應用，可以提高重癥監(jiān)護型救護車的側(cè)傾剛度、行駛平順性及重癥患者乘臥舒適性。

1.4制動系統(tǒng)

該車制動系統(tǒng)采用前輪盤式制動及后輪鼓式制動，除了采用雙管路制動外，制動防抱死系統(tǒng)（antilock brake system，ABS）、渦流緩速器及制動蹄自動調(diào)隙裝置等均屬于標準配置。