自動呼吸控制比手動方式呼吸更經(jīng)濟有效
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本文介紹了一個便攜式自動呼吸控制系統(tǒng)，它基于飛思卡爾的8位MC9S08QG4 微控制器(MCU)而設(shè)計。它是便攜式的、可為人工脈搏血氧和呼吸監(jiān)測和控制的自動化替代產(chǎn)品，可處理脈動血氧計中獲得的動脈氧氣飽和度的（SpO2）數(shù)據(jù)。在手術(shù)中僅需較少的人員干預，特別是可在嬰兒手術(shù)中被使用。
概述
所有的組織都通過血管來供氧，以幫助組織生長和修補組織損傷。通常身體依靠紅細胞中血紅蛋白的化學特性，通過自身調(diào)節(jié)在細胞外液體中保持一定的氧氣濃度。
然而，對多數(shù)外科手術(shù)而言，醫(yī)生們必須使用一定量的麻醉劑，這會抑制肌力，使病人呼吸減弱。當手術(shù)過程中血液流失時，會使病人供氧不足，從而導致體內(nèi)缺乏足夠的氧氣。這時就必須使用麻醉呼吸機和測量血液中氧氣飽和度的儀器（脈動血氧定量計）來調(diào)節(jié)麻醉劑和氧氣的混合比例。
傳統(tǒng)的機械式呼吸設(shè)備將一個外部設(shè)備直接連接到病人，通過人工方式進呼吸氣體的交換。機械呼吸設(shè)備被用來維持足夠的氣體交換，尤其是在呼吸頻率減小并且心肌能力減弱的時候，它可被用來在呼吸機能減弱的時候獲得足夠的肺擴張，同時使麻醉鎮(zhèn)靜劑和肌肉放松類藥物正確結(jié)合，以穩(wěn)定胸壁。
呼吸機可以分為五類，這取決于吸入氣體的過程是如何被終止的。 壓力周期呼吸設(shè)備：當設(shè)定的壓力達到時，中止吸入氣體；體積周期呼吸設(shè)備：當設(shè)定的體積達到時，中止吸入氣體；時間周期呼吸設(shè)備：吸氣和呼氣被程序化，類似于氣焊助焊劑的工作方式；溢流周期呼吸設(shè)備：當吸入的溢流低于一個預定水平時，中止吸入氣體；混合呼吸設(shè)備：結(jié)合了其它設(shè)備的特性，被最廣泛使用。
內(nèi)科醫(yī)生能夠設(shè)置血氧容量的限制，當血氧飽和度過低時，呼吸設(shè)備可以從手動模式轉(zhuǎn)換到自動模式，幫助病人獲得足夠的血氧飽和度。當血氧達到正常水平時，系統(tǒng)就退出自動模式。
如何為兒科病人選擇合適的呼吸設(shè)備
新生兒具有較高的新陳代謝水平，這使氧氣消耗增加（5-8ml/kg）。體重少于1600 克、懷孕周期小于37 周的早產(chǎn)兒患有視網(wǎng)膜發(fā)育不全的風險很高，這是由高壓氧氣傳送導致的氧氣中毒和肺部發(fā)育不良所引起的。自動呼吸系統(tǒng)在這些病例中起著至關(guān)重要的作用，它保證了新生兒不會接收100%氧氣濃度的空氣。
在新生兒中，壓力限制的持續(xù)溢流設(shè)備和時間周期呼吸設(shè)備使充分的自主呼吸不受任何限制。在學齡兒童和年齡大于12歲的兒童中，脈搏-溢流呼吸設(shè)備被用來控制體積和壓力。新一代的體積呼吸設(shè)備使溢流體積達到20ml，結(jié)合傳感器的作用，呼吸設(shè)備能夠周期性地工作。醫(yī)生可在2~3千克的嬰兒中使用這一設(shè)備。
電路
電路是機械呼吸設(shè)備和病人之間的接口。它有三種類型：新生兒型（11mm直徑），兒童型（15 mm直徑）和成人型（22 mm直徑）。一些電路配備可以伺服控制溫度濕度的電熱絲，雖然比較昂貴，但可使兒科病人獲得更舒適的濕度和溫度。這些設(shè)備輕便、靈活，具有安全連接的吸收阻抗和最小的溢流阻抗，標準尺寸為15C22mm。
系統(tǒng)如何工作
自動呼吸系統(tǒng)根據(jù)血氧水平反饋來為嬰兒提供安全可控的呼吸設(shè)備。主要性能包括：
接收和處理血氧計發(fā)出的動脈血氧飽和度數(shù)據(jù)的能力；
便攜性，可用于偏遠地區(qū)；
在血氧計和MCU之間通過串型接口（SCI）通訊的能力；
能根據(jù)設(shè)置的呼吸頻率和壓力的參數(shù)提供精確設(shè)備控制的步進電機。
通過MCU可以實現(xiàn)自動化呼吸控制系統(tǒng)，重要的數(shù)據(jù)可以被處理并貯存，以確保特定身高和體重病人的合適的呼吸量。程序只需改變患者的參數(shù)，而無需更改系統(tǒng)其他方面的參數(shù)。圖1說明了自動呼吸控制的實現(xiàn)。
圖1 自動呼吸控制系統(tǒng)示意圖
圖2 MC9S08QG8/4特性
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