通過呼吸機(jī)實現(xiàn)最佳呼吸和肺功能的精確診斷對于為 ICU 以及麻醉后護(hù)理室和急診室的患者制定安全預(yù)防措施至關(guān)重要。

雖然呼吸機(jī)對于無法自行呼吸的患者來說是至關(guān)重要的救生設(shè)備，但與任何醫(yī)療過程一樣，也存在一定的風(fēng)險因素，尤其是對于那些長時間使用呼吸機(jī)的患者。

呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎 （VAP） 是一種氣道感染，可在患者插管后 48 小時以上發(fā)生，是醫(yī)院獲得性感染中死亡的主要原因。它甚至超過了非插管患者因中心線感染、嚴(yán)重敗血癥和呼吸道感染導(dǎo)致的死亡率。

雖然預(yù)防任何類型的肺炎是所有醫(yī)療保健專業(yè)人員的目標(biāo)，但有一些理由特別關(guān)注與呼吸機(jī)使用相關(guān)的肺炎的影響。

也許最令人擔(dān)憂的方面是與 VAP 發(fā)病相關(guān)的高死亡率。發(fā)生 VAP 的通氣患者的住院死亡率為 46%，而未發(fā)生 VAP 的通氣患者的死亡率僅為 32%。

VAP 延長了在呼吸機(jī)上花費(fèi)的時間以及患者在 ICU 中的時間長度以及從 ICU 出院后的總體住院時間，估計為典型的住院費(fèi)用增加了 40，000 美元。

總體而言，最好的防御是良好的進(jìn)攻——減少患者插管的時間會降低 VAP 和相關(guān)并發(fā)癥的風(fēng)險。更好的呼吸機(jī)控制將減少患者插管的時間，從而降低 VAP 的風(fēng)險。

直觀的監(jiān)控，增強(qiáng)的操作

呼吸機(jī)控制包括患者監(jiān)測有創(chuàng)或無創(chuàng)通氣（有或沒有人工氣道通路）對于降低患者風(fēng)險、正確操作和優(yōu)化成本管理是不可或缺的。患者離開呼吸機(jī)的速度越快，發(fā)生 VAP 的可能性就越小。

呼吸機(jī)是一個重要的設(shè)備，因為它必須提供一個用戶界面，通過直觀的操作和監(jiān)控來提高安全性，同時在復(fù)雜的環(huán)境中提供卓越的性能，在不破壞資金的情況下改善患者的治療效果。

因此，Hamilton Medical 等公司正在開發(fā)創(chuàng)新的呼吸設(shè)備，例如采用 INTELLiVENT-ASV 技術(shù)的 HAMILTON-S1，可自動調(diào)節(jié)氧合和通氣，以滿足患者的個性化需求。自適應(yīng)支持通氣 （ASV） 技術(shù)采用閉環(huán)控制技術(shù)，可顯著減少患者的通氣時間。

在某些情況下，與傳統(tǒng)通氣相比，使用這種呼吸機(jī)的脫機(jī)時間可以減少 50% 以上，從而顯著降低感染和肺損傷的風(fēng)險。裝置內(nèi)的集成電子設(shè)備有助于促進(jìn)患者安全這一重要方面，將在下一節(jié)中進(jìn)行描述。此外，用戶設(shè)置需要的醫(yī)療保健提供者對主要設(shè)置的關(guān)注要少得多。

先進(jìn)的嵌入式電子產(chǎn)品走向移動

隨著醫(yī)療設(shè)備變得可移動，滿足體積和重量以及溫度、跌落和濕度的要求可能是一個挑戰(zhàn)。這些系統(tǒng)中的嵌入式電子設(shè)備需要堅固、緊湊和輕便，以跟上產(chǎn)品開發(fā)的步伐。

先進(jìn)的計算性能和網(wǎng)絡(luò)功能對于建立醫(yī)療設(shè)備和管理系統(tǒng)之間的通信以及提高患者安全性至關(guān)重要。

緊湊型計算機(jī)模塊 （COM） 已被證明是將呼吸機(jī)硬件與電子設(shè)備集成的理想方法，以提供無縫操作、改進(jìn)的監(jiān)測并最終提高患者的安全性。因為它們是一個小型模塊上的完整計算機(jī)，可以放置在堅固的外殼內(nèi)，所以 COM 為醫(yī)療設(shè)備開發(fā)提供了巨大的技術(shù)和設(shè)計優(yōu)勢。

這些一體化模塊包括硬件（CPU、芯片組、內(nèi)存、I/O），不固定于任何特定應(yīng)用功能，以及一個用 VHDL 代碼編程用于用戶定義 I/O 的 FPGA。

這些模塊基于 MEN Mikro 開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)模塊 （ESM） 規(guī)范，該規(guī)范定義了一種非常接近 PMC 格式的 71 x 149 毫米外形尺寸。事實上，這允許在一張 6U 載卡（例如 CompactPCI 或 VME）上使用最多三個 ESM，或者一個 ESM 和兩個 PMC。并且直接在 CPU 模塊上支持 FPGA 允許靈活的用戶定義 I/O 擴(kuò)展。

多功能 ESM 模塊包含堅固的 PCI-104 型連接器和焊接組件，可承受 15 g的沖擊 11 ms 和 2 g的 10 Hz 至 150 Hz（正弦）的振動以及 10 g的沖擊 16 ms。

它們設(shè)計為在 -40 °C 至 +85 °C 的溫度范圍內(nèi)工作，并且可以在惡劣的醫(yī)療環(huán)境中使用時進(jìn)行保形涂層以提供額外的保護(hù)。這包括成像設(shè)備和患者監(jiān)護(hù)設(shè)備，它們變得越來越便攜，體積、重量、溫度、跌落和濕度變得越來越重要。

許多呼吸機(jī)都依賴于這種 ESM COM 概念，使用基于可靠 PowerPC CPU 的標(biāo)準(zhǔn)組件，該 CPU 具有運(yùn)行頻率高達(dá) 400 MHz 和 700 MIPS 的 32 位處理器。這些器件的 FPGA 非常靈活，根據(jù)版本的不同，最多可以將 32 個標(biāo)準(zhǔn)和定制 IP 內(nèi)核加載到 FPGA 中（表 1）。通過 FPGA，實現(xiàn)了對應(yīng)用程序的必要靈活性和適應(yīng)性。通過為此目的優(yōu)化的載板可以連接到設(shè)備和特定應(yīng)用的 I/O（傳感器、呼吸機(jī)等）。

表 1：在 FPGA 上實現(xiàn)的典型功能

處理要求很高，以確保準(zhǔn)確的患者監(jiān)測。通過兩個串行外設(shè)接口 （SPI） 輪詢的兩個 8 通道 ADC 位于載板上。安全關(guān)鍵的 SPI 核心控制和監(jiān)測通風(fēng)壓力和流量。

對于呼吸機(jī)的控制方面，必須一次讀取 ADC 的所有八個通道，并且必須每毫秒寫入一次相應(yīng)的脈寬調(diào)制器，構(gòu)成控制周期的最后一個動作。監(jiān)控部分需要每 10 毫秒讀取一次八個 ADC 通道。

在沒有 PowerPC CPU 參與的情況下，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，將 PowerPC 上剩余的系統(tǒng)容量留作其他任務(wù)的儲備。因此，即使通風(fēng)在最高負(fù)載水平下工作，與控制面板交互等附加功能也不會導(dǎo)致通風(fēng)中斷。

系統(tǒng)通信是呼吸機(jī)設(shè)計的重中之重。事實上，安全警報功能通過處理器和載波通過可編程邏輯對 COM 進(jìn)行冗余監(jiān)控來運(yùn)行。

由于呼吸機(jī)需要更復(fù)雜、更易于使用以應(yīng)對錯誤，同時保持可移動性，因此可靠控制設(shè)備的所述 COM 概念可在更小的空間內(nèi)提供標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)的完整功能。

緊湊型計算帶來的巨大好處

因為它們將完整的計算系統(tǒng)集成在一塊板上，所以這些模塊將更多的處理能力帶入了更小的空間。使用載卡以適應(yīng)特定應(yīng)用的靈活性，加上堅固耐用和標(biāo)準(zhǔn)化的外形尺寸，進(jìn)一步增強(qiáng)了這種嵌入式計算概念在先進(jìn)醫(yī)療電子產(chǎn)品中的使用。智能通風(fēng)可以利用這項技術(shù)幫助在復(fù)雜環(huán)境中提供卓越的性能，同時降低成本并挽救生命。

審核編輯：郭婷