通过先进的呼吸机电子设备提高患者安全性

通过呼吸机实现最佳呼吸和肺功能的精确诊断对于为 ICU 以及麻醉后护理室和急诊室的患者制定安全预防措施至关重要。

虽然呼吸机对于无法自行呼吸的患者来说是至关重要的救生设备，但与任何医疗过程一样，也存在一定的风险因素，尤其是对于那些长时间使用呼吸机的患者。

呼吸机相关性肺炎 （VAP） 是一种气道感染，可在患者插管后 48 小时以上发生，是医院获得性感染中死亡的主要原因。它甚至超过了非插管患者因中心线感染、严重败血症和呼吸道感染导致的死亡率。

虽然预防任何类型的肺炎是所有医疗保健专业人员的目标，但有一些理由特别关注与呼吸机使用相关的肺炎的影响。

也许最令人担忧的方面是与 VAP 发病相关的高死亡率。发生 VAP 的通气患者的住院死亡率为 46%，而未发生 VAP 的通气患者的死亡率仅为 32%。

VAP 延长了在呼吸机上花费的时间以及患者在 ICU 中的时间长度以及从 ICU 出院后的总体住院时间，估计为典型的住院费用增加了 40，000 美元。

总体而言，最好的防御是良好的进攻——减少患者插管的时间会降低 VAP 和相关并发症的风险。更好的呼吸机控制将减少患者插管的时间，从而降低 VAP 的风险。

直观的监控，增强的操作

呼吸机控制包括患者监测有创或无创通气（有或没有人工气道通路）对于降低患者风险、正确操作和优化成本管理是不可或缺的。患者离开呼吸机的速度越快，发生 VAP 的可能性就越小。

呼吸机是一个重要的设备，因为它必须提供一个用户界面，通过直观的操作和监控来提高安全性，同时在复杂的环境中提供卓越的性能，在不破坏资金的情况下改善患者的治疗效果。

因此，Hamilton Medical 等公司正在开发创新的呼吸设备，例如采用 INTELLiVENT-ASV 技术的 HAMILTON-S1，可自动调节氧合和通气，以满足患者的个性化需求。自适应支持通气 （ASV） 技术采用闭环控制技术，可显着减少患者的通气时间。

在某些情况下，与传统通气相比，使用这种呼吸机的脱机时间可以减少 50% 以上，从而显着降低感染和肺损伤的风险。装置内的集成电子设备有助于促进患者安全这一重要方面，将在下一节中进行描述。此外，用户设置需要的医疗保健提供者对主要设置的关注要少得多。

先进的嵌入式电子产品走向移动

随着医疗设备变得可移动，满足体积和重量以及温度、跌落和湿度的要求可能是一个挑战。这些系统中的嵌入式电子设备需要坚固、紧凑和轻便，以跟上产品开发的步伐。

先进的计算性能和网络功能对于建立医疗设备和管理系统之间的通信以及提高患者安全性至关重要。

紧凑型计算机模块 （COM） 已被证明是将呼吸机硬件与电子设备集成的理想方法，以提供无缝操作、改进的监测并最终提高患者的安全性。因为它们是一个小型模块上的完整计算机，可以放置在坚固的外壳内，所以 COM 为医疗设备开发提供了巨大的技术和设计优势。

这些一体化模块包括硬件（CPU、芯片组、内存、I/O），不固定于任何特定应用功能，以及一个用 VHDL 代码编程用于用户定义 I/O 的 FPGA。

这些模块基于 MEN Mikro 开发的嵌入式系统模块 （ESM） 规范，该规范定义了一种非常接近 PMC 格式的 71 x 149 毫米外形尺寸。事实上，这允许在一张 6U 载卡（例如 CompactPCI 或 VME）上使用最多三个 ESM，或者一个 ESM 和两个 PMC。并且直接在 CPU 模块上支持 FPGA 允许灵活的用户定义 I/O 扩展。

多功能 ESM 模块包含坚固的 PCI-104 型连接器和焊接组件，可承受 15 g的冲击 11 ms 和 2 g的 10 Hz 至 150 Hz（正弦）的振动以及 10 g的冲击 16 ms。

它们设计为在 -40 °C 至 +85 °C 的温度范围内工作，并且可以在恶劣的医疗环境中使用时进行保形涂层以提供额外的保护。这包括成像设备和患者监护设备，它们变得越来越便携，体积、重量、温度、跌落和湿度变得越来越重要。

许多呼吸机都依赖于这种 ESM COM 概念，使用基于可靠 PowerPC CPU 的标准组件，该 CPU 具有运行频率高达 400 MHz 和 700 MIPS 的 32 位处理器。这些器件的 FPGA 非常灵活，根据版本的不同，最多可以将 32 个标准和定制 IP 内核加载到 FPGA 中（表 1）。通过 FPGA，实现了对应用程序的必要灵活性和适应性。通过为此目的优化的载板可以连接到设备和特定应用的 I/O（传感器、呼吸机等）。

表 1：在 FPGA 上实现的典型功能

处理要求很高，以确保准确的患者监测。通过两个串行外设接口 （SPI） 轮询的两个 8 通道 ADC 位于载板上。安全关键的 SPI 核心控制和监测通风压力和流量。

对于呼吸机的控制方面，必须一次读取 ADC 的所有八个通道，并且必须每毫秒写入一次相应的脉宽调制器，构成控制周期的最后一个动作。监控部分需要每 10 毫秒读取一次八个 ADC 通道。

在没有 PowerPC CPU 参与的情况下，对数据进行预处理，将 PowerPC 上剩余的系统容量留作其他任务的储备。因此，即使通风在最高负载水平下工作，与控制面板交互等附加功能也不会导致通风中断。

系统通信是呼吸机设计的重中之重。事实上，安全警报功能通过处理器和载波通过可编程逻辑对 COM 进行冗余监控来运行。

由于呼吸机需要更复杂、更易于使用以应对错误，同时保持可移动性，因此可靠控制设备的所述 COM 概念可在更小的空间内提供标准计算机的完整功能。

紧凑型计算带来的巨大好处

因为它们将完整的计算系统集成在一块板上，所以这些模块将更多的处理能力带入了更小的空间。使用载卡以适应特定应用的灵活性，加上坚固耐用和标准化的外形尺寸，进一步增强了这种嵌入式计算概念在先进医疗电子产品中的使用。智能通风可以利用这项技术帮助在复杂环境中提供卓越的性能，同时降低成本并挽救生命。

审核编辑：郭婷