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。

虽然呼吸机至关重要，但对于无法自行呼吸的患者，与任何医疗过程一样，呼吸机是救生设备，但存在某些风险因素，特别是对于那些长时间连接到呼吸机的患者。

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央管感染、严重脓毒症和呼吸道感染而导致的死亡率。

虽然预防任何种类的肺炎是所有医疗专业人员的目标，但有一些原因需要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的通气患者的医院死亡率为46%，而未发生VAP的通气患者的医院死亡率仅为32%。

VAP延长了在呼吸机上花费的时间以及患者在ICU中的时间长度和从ICU出院后的整体住院时间，估计为典型的住院增加了40，000美元。

总的来说，最好的防御是一个好的进攻 - 减少患者插管的时间可以降低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）是降低患者风险、正确操作和最佳成本管理不可或缺的一部分。患者从呼吸机上下来的速度越快，发生 VAP 的机会就越小。

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测来提高安全性，同时在复杂的环境中提供卓越的性能，从而在不破坏资金的情况下改善患者的治疗效果。

因此，像汉密尔顿医疗这样的公司正在开发创新的呼吸设备，如汉米尔顿-S1，其INTELLiVENT-ASV技术，提供氧合和通气的自动调整，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，可显著缩短患者的通气时间。

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

精密的嵌入式电子产品实现移动化

随着医疗设备的移动性，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通信的骨干以及提高患者安全性是必要的。

紧凑型计算机模块（COM）已被证明是将呼吸机的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，并最终提高患者安全性。由于COM是位于小型模块上的完整计算机，可以放置在坚固的外壳内，因此在医疗设备开发中提供了巨大的技术和设计优势。

这些一体化模块包括不固定于任何应用特定功能的硬件（CPU、芯片组、存储器、I/O），以及用VHDL代码编程的FPGA，用于用户定义的I/O。

这些模块基于 MEN Mikro 开发的嵌入式系统模块 （ESM） 规范，该规范定义了一个非常接近 PMC 格式的 71 x 149 mm 外形。事实上，这允许在一个 6U 载卡（例如，CompactPCI 或 VME）或一个 ESM 和两个 PMC 上使用最多三个 ESM。直接在 CPU 模块上支持 FPGA，可实现灵活的用户定义 I/O 扩展。

多功能 ESM 模块采用坚固的 PCI-104 型连接器和焊接组件，可承受 11 ms 内 15 g 的冲击和 10 Hz 至 150 Hz 的 2 g 振动（正弦）以及 10 g 的冲击 16 ms。

它们设计用于在 -40 °C 至 +85 °C 的温度下工作，并且在恶劣的医疗环境中使用时，可以进行保形涂层，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，使得体积、重量、温度、液滴和湿度的考虑因素变得越来越重要。

许多呼吸机都依赖于这种 ESM COM 概念，利用基于可靠的 PowerPC CPU 的标准组件，该 CPU 具有 32 位处理器，工作频率高达 400 MHz 和 700 MIPS。这些器件的 FPGA 非常 灵活， 根据 版本， FPGA 可 加载 最多 32 个 标准 和 定制 IP 核 （表 1）。通过FPGA，实现了必要的灵活性和对应用的适应性。通过为此目的而优化的载板，可以连接到设备和特定于应用的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。安全关键型 SPI 内核控制和监控通风压力和流量。

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，构成控制周期的最终行为。监视部分要求每10毫秒读取一次8个ADC通道。

在没有 PowerPC CPU 参与的情况下，数据将被预处理，使系统容量保留在 PowerPC 上作为其他任务的储备。因此，即使通风在最高负载水平下工作，与控制面板的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，安全报警功能是通过处理器对COM进行冗余监控来运行的，并通过可编程逻辑对载波进行冗余监控。

由于呼吸机需要更复杂，更易于使用，以便在保持可运输性的同时防止错误，因此所描述的可靠地控制设备的COM概念在更小的空间内提供了标准计算机的完整功能。

紧凑型计算带来的巨大优势

由于它们在单个电路板上集成了完整的计算系统，因此这些模块在更小的空间内带来了更多的处理能力。使用载卡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中的使用。智能通风可以利用这项技术来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