可调节模拟肺的设计

【作 者】徐梁，罗哲

1 上海中山医疗科技发展公司

2 复旦大学附属中山医院麻醉科，上海，200032

随着人们对呼吸生理的不断认识，各种符合人体生理要求的智能呼吸机不断涌现，大大增加了对危重病人的抢救和治疗的手段。如何使用新型呼吸机诸多的功能？除了传统的上课教学和参考说明书以外，还缺少一种工具使这些新型呼吸机诸多的功能得以直观的显示。目前，即使在三级医院和临床医学教学医院，使用呼吸机的医务人员往往得不到呼吸机的操作培训，而且呼吸机说明书为临床医生提供的信息有限；而随着呼吸机在医疗机构的普及使用，尤其是社区和农村医院，操作呼吸机的医务人员更很少有机会得到呼吸机的操作培训。这严重影响了呼吸机的有效使用，影响对病人的抢救和治疗。

为了能尽快了解各种新型呼吸机的功能，掌握各种数据的调节方法，最大程度发挥呼吸机的功能，为各级医院，尤其是基层医院的医务人员直观地了解和掌握呼吸机的使用，我们研制了一种可调节模拟肺，它与呼吸机连接后，通过模拟呼吸系统气道阻力和肺顺应性（肺硬度）的变化及漏气（漏气损失），产生阻塞性通气障碍或限制性通气障碍的病理状态效果，通过调节各项机械通气参数，观察呼吸机运行状态变化，进而掌握呼吸机工作原理和性能，为熟练操作呼吸机的各种功能打好基础。此外，作为一种技术储备，以提高医疗机构应对类似“SARS”、“H1N1”等突发流行性病毒发生时，抢救和治疗的病人能力。

1 结构设计

图1为可调节模拟肺俯视图，图2为其侧视图。可调节模拟肺由呼吸机气管连接的接头12、调节气流的球阀1、漏气调节螺钉2、上夹板3、连接件4、橡胶囊连接柱5、悬挂孔6、橡胶囊连接孔7、上夹板圆孔8、下夹板9、容量调节杆10、橡胶囊11、第一漏气孔13和第二漏气孔14组成。

橡胶模拟肺囊对称地置于上夹板和下夹板之间，上夹板、橡胶囊以及下夹板的尾端固定在一起，上夹板与下夹板的前端分别与连接接头固定，接头连通橡胶囊，接头上设有球阀。上、下夹板由塑料制成。当橡胶囊（肺囊）张开时，上、下夹板可发生弹性变形，这样就可以实现肺囊的均匀膨胀和收缩。此外，橡胶囊（肺囊）是可换的，根据肺活量的大小，选择橡胶囊（肺囊）大小。

图1 可调节模拟肺俯视图Fig1. Top view of the adjustable simulated lung

其中，上夹板的上侧设有容量调节杆，缩短夹板的长度，减少了弹性变形，“肺”的硬度就增加了；反之，增加夹板的长度，弹性变形也就增加，“肺”的硬度就降低了。此外，调节杆可锁定，由此可得到明确的且可以重复的测试数据，还可以防止参数在使用时被误调节。

我们还设计了可无级调节的漏气模拟，如图3所示。通过转动调节漏气调节螺钉，使第一漏气孔13和第二漏气孔14相通或关闭，并可控制这二个漏气孔的通气量，模拟漏气量的大小，以了解呼吸机对漏气补偿的功能。

图2 可调节模拟肺侧视图Fig2.side view of the adjustable simulated lung

图3 漏气调节示意图Fig3. Air leak adjust schematic

2 工作原理

可调节模拟肺接入呼吸机后，呼吸机的进气进入橡胶囊，将可调节模拟肺的夹板撑开；在呼吸机停止进气时，夹板的压力将气体从橡胶囊中压出，模拟人肺的呼吸活动。通过调节杆的移动，改变橡胶囊的容积，模拟人肺的容量，此时调整呼吸机的参数，以达到较好的顺应性。控制球阀的通气量，模拟人呼吸道的阻力。观察呼吸机的变化，调整呼吸机的参数，以补偿这个阻力。通过调节的螺钉，模拟漏气损失。借助可调节模拟肺，来调整容量、阻力和漏气，就模拟了机械通气支持病人的肺顺应性、呼吸道阻力以及呼吸管路的漏气情况。

上述可调节模拟肺，通过模拟病人呼吸系统气道阻力、肺顺应性（肺硬度）和漏气变化，产生阻塞性通气障碍或限制性通气障碍的病理状态效果，使操作呼吸机的医务人员可观察到呼吸机运行状态的变化和应对各项模拟调整的反馈。通过调节呼吸机机械通气的各项参数，并且对气道阻力、肺顺应性（肺硬度）和漏气损失可以相互独立地以不同的参量来调节，进而了解和掌握呼吸机工作原理和性能。如何调整呼吸机的参数，使之达到一个理想的状态，就变得直观了。这样呼吸机临床使用的效率和安全就能得以提高。此外，可调节的模拟肺还可用于呼吸机生产企业、医疗器械质量检测机构对呼吸机的检测。

3 结论

我们设计的可调节模拟肺，与呼吸机连接后，可通过模拟呼吸系统气道阻力和肺顺应性（肺硬度）的变化及漏气（漏气损失），呼吸机操作者能直观地观察到呼吸机运行状态变化，调节各项机械通气参数，进而掌握呼吸机工作原理和性能。