复杂环境下多功能救援担架的研制

裴 瑜，王媛媛，姜 梦，冉 丽，刘佳珺，唐心一，李韫韬，邹建中

（重庆医科大学生物医学工程学院，重庆市超声医学工程重点实验室，重庆 400016）

0 引言

作为自然灾害救援中的主要转运装置，传统担架由于自身结构及使用方法的限制，往往无法应对复杂的救援环境，使救援无法及时、有效进行。专用担架是用于某种特殊环境地域、运输符合某种伤病情需要的担架，其中包括以担架为主体的短途运输平台或治送结合平台。当前有海上舰船专用担架、海上漂浮式担架、通用型机载担架、雪地沙漠担架、组合滑橇式担架、高原型担架等多种专用担架的研究[1-3]，也有担架的组合型应用研究[4]，辛松岩等[5]也进行过数字式保温担架的研制，更有适于将伤病员从抢救现场转运至CT/MRI检查的多功能急救保护担架研制等[6]。且专用担架在某种特殊环境地域能发挥很好的效果。张慧等[7]本着快速、有效、方便的目的，研制了一款组合便携式多功能急救装置，符合平战结合的需求，但遇到水、陆等多种灾害的复杂救援环境下很难正常转运患者。目前也未见能同时运用于多种恶劣环境下的转运装置研究。

1 需求分析

据联合国国际救援组织统计，70%的人在灾难发生的时候直接丧失生命，而30%的人是由于救援的不及时和救援场合的复杂耽误了最佳救援时间[8]。地震、泥石流、海啸等灾难对人类产生巨大的危害。传统担架自身质量较大，携行和使用都不太方便。目前临床上使用的担架主要由担架杆、抬柄和帆布构成，为开放式结构，不能折叠变形，功能单一，且需要多人参与抬运。面对复杂的灾难环境，传统担架根本无法使用，主要通过徒手的背、抱、搀扶等方法转运到指定地点，同时不能提供输氧、输液等功能，缺乏水上救援等设施[9]，在转运过程中，不能及时地给予伤员急救措施，其生命随时都面临威胁。患者急救转运对运输过程也有很高的要求，高质量的运输过程可以节省许多时间，而这些宝贵的时间往往可挽救很多人的生命。基于现有担架存在的上述问题，亟须研制一种能同时适用于多种恶劣环境的多功能转运装置。

2 设计

2.1 总体设计

在结构上，设计定位为可重用性、可重构性和可扩充性3个方面，担架结构变形灵活，能应用于特殊复杂环境领域。在担架功能上，把设计定位在能适应不同的体位功能（仰卧、俯卧、坐位）和及时的基础治疗以及对特定环境的高度适应性。尺寸设计：长210 cm，宽55 cm，高15 cm；折叠后尺寸：长80 cm，宽55 cm，高25 cm。材质：采用碳纤维，质轻坚固，具有耐高温、耐腐蚀、耐摩擦等优点，可在潮湿、炎热、寒冷等环境中使用。担架总质量：5～7 kg。

2.1.1 结构设计

担架由架杆、把手、太阳能照明装置、气垫、连接机构、提手、护带、急救仪器盒等组成，如图1～2所示。

图1 担架结构图

图2 担架三维图

2.1.2 功能设计

担架对于使用双方具有专门的功能设计。救护人员可在搬运时根据具体环境状况及时调整担架结构，能进行抬式、背式、气垫式3种状态切换，使其不仅能水陆两用，还能保证担架正常通行于狭窄路段、垂直空间等特殊救援环境，在转运途中如伤员体征不稳定可予以输液、止血、辅助呼吸等相关基础治疗。伤员在转运中的体征数据可及时保存至数据库，并根据具体环境及伤员情况个性化配备急救设备，如有需要可临时搭建简易手术室对伤员实施抢救。担架配置有语音提示功能，可安抚伤员情绪并指导其使用担架维持生命体征，降低患者死亡风险。

2.2 关键结构设计

2.2.1 气垫设计

担架主支撑面上可安装气垫，由架杆和弧形托板上设置的辅助带固定。气垫采用人性化设计，具体设计指标：（1）造型：弧线形设计符合人体轮廓行，可节省材料；（2）尺寸：185 cm×50 cm×25 cm；（3）色彩：颜色为黄色，醒目易发现；（4）材料：高强度聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC），底部附有一层工程塑料；（5）承重：125 kg；（6）质量：2.0 kg。

气垫一侧设置有简易的可充气气孔，在发生洪灾时，工作人员可拆卸气垫，用配套的气枪对准充气口在2 min内完成充气，气垫由负压状态变为充气状态。将其安装固定于担架底部，此时弧形托板为伤员承载面，充气状态的气垫可在水面滑行，承重量能满足担架和1个伤员的总质量要求。担架底部的工程塑料能有效保护气垫。

当患者躺卧在内部凹陷的气垫上时，身体与气垫能紧密贴合，柔软舒适，保暖性能好；头部、颈部及腿部安全带可对患者加固，稳定性较好，降低了转运途中对患者的二次伤害风险。

2.2.2 连接机构设计

架杆可拆卸，由连接机构固定连接（如图3、4所示），连接机构可折叠，包括第一架杆、第二架杆。第一架杆侧壁设有至少一个用于限制锁扣摆动的卡槽，第一转轴上设有供锁扣插入的插孔，其上设有互相啮合且可自由转动的第一齿轮、第二齿轮。锁扣用于卡停第一齿轮，第二齿轮由设置于中间的连接臂连接，连接臂一端的第二架杆能保持与第二转轴同步转动。

图3 连接机构结构图

图4 连接机构三维图

第一架杆与第二架杆之间的夹角（90～180°）通过齿轮实现调整，进而实现架杆的折叠或放开，使担架在抬式和背式之间切换。该齿轮具有使用方便、折弯幅度灵活可调等优点。

利用连接机构可变形为背式担架（如图5、6所示），便于携带，背包内可放置一些急用药品和物资，也可直接用于背运患者。若工作人员紧缺或道路狭窄，可通过调节锁扣，使靠近背带一端的2个齿轮调至90°，另一端的齿轮啮合到合适角度，并加以固定。把伤员搬扶至担架上，背靠背带一侧，臀部贴于弧形托板，两脚通过弧形托板间的间隙，两侧用安全带围绕保护，防止伤员摔倒。另外，在采用背式功能转运伤员时，若需要可拆卸担架杆一端作为拐杖使用，辅助工作人员在崎岖的山路等险峻地势转运伤员。

图5 背式担架结构图

图6 背式担架实物图

2.3 辅助结构设计

2.3.1 太阳能照明装置

在把手内部设置有太阳能照明装置（如图7所示）。照明装置为LED灯管，其一端设有连接座，另一端设有把手盖，连接座使把手与架杆固定连接，架杆可作为担架的承重杆，用于转运伤员。连接座、把手盖之间设有环绕在灯管外的保护套，其为螺旋状或网格状的铁丝（可以选择直径较大如20～30 mm的铁丝，优选25 mm），具有较大的间隙，便于照明。螺旋铁丝形成的透光间隙宽度为1～2 cm，不影响灯管的照明。

把手盖内设有向灯管供电的多晶硅太阳能电板，能户外供电。灯管和保护套之间设有塑料材质可透光的保护管。灯管旁设有用于承载线路的基板，能向外导热，提高散热效率。灯管四周的外壳同时也具有散热功能，以提高灯管使用寿命。裸露在把手盖外的按钮与灯管电性连接即可实现灯管的通电和断电，操作方便。

2.3.2 急救仪器盒

在架杆侧缘设置有集解锁和触屏功能的急救仪器盒（如图8所示），采用无线充电原理，摆脱电源接口对摆放位置的限制，减少不必要的裸露线路，提高高温、潮湿环境下的安全性。仪器盒内放置呼吸机、心电仪、除颤器、血压计、输液泵等急救设备及常用急救物品，能现场检测伤员生命体征，并将数据实时反馈至显示屏上，医务工作人员可根据具体生命指标作及时、合理的抢救措施，如供氧、输液、循环复苏等，以维持伤员基础生命体征。对于危重症伤员，可紧急作止血、心肺复苏等对症处理，有手术需求的患者可立即行手术治疗，此担架可充当临时手术台，并通过仪器盒内的一些消毒工具方便、快捷地制造无菌环境，提供全身麻醉和术中监护。现场医务工作者不能应急情况下，生命体征信息可通过Wi-Fi远程传输到监护中心，通过智能化语音提示请求后方医疗专家远程指导完成手术。

图7 太阳能照明装置结构示意图

图8 急救仪器盒

2.3.3 安全护带

架杆上设置有安全护带，通过锁扣调节合适的紧扣度，保证患者在转运途中的稳定性和安全性。

2.3.4 挂绳

挂绳套在架杆上，在担架未使用时可用于捆绑担架袋；在转运中，工作人员可借助挂绳抬运患者，更省力；水上救援时，可用挂绳牵拉气垫，防止被洪水冲击。

2.3.5 提手

在架杆中部侧缘连接有与担架面平行的提手，必要时可辅助把手进行抬运。

3 使用方法

不使用时担架可折叠存放，使用时可根据具体救援环境，变形组合为不同工作模式。在转运伤员时，工作人员首先调节连接机构至架杆呈水平状态，展开后平放于地面，然后把伤员放置在气垫上，系好安全带，即可抬运伤员；面临洪灾等水域环境时，用气枪将气垫快速充满气后，使用辅助带将其固定于担架底部，利用气垫在水面上的浮力作用对伤员实施转运，并用挂绳拉住担架以降低洪水冲击造成的影响；在狭窄崎岖或人员紧缺等应急情况下，工作人员调节连接机构内的齿轮至整体呈背式状态，把患者搬扶至担架上后用安全护带绑定，使其背靠工作人员一侧，呈坐姿状态，借助背带背运伤员。为了省力，架杆一端可拆卸当拐杖使用。若情况不紧急，不建议采用背运，以免对患者造成二次伤害。转运中可打开急救仪器盒盖，提供氧气、心电监护及心肺复苏等应急措施，缓解伤员伤情，若情况紧急可就地开展手术。若夜间救援或手术时，可打开把手盖启动太阳能照明装置，充当无影灯进行照明。

4 应用效果

担架的3种功能形态可适应不同的救援需求，可在地震、洪水、风暴、雪灾等灾害现场，楼道和地势不平的场合下使用；采用碳纤维材质，质轻坚固，折叠方便，易携带，具有耐高温、耐腐蚀、耐摩擦等特点；可提供照明功能，伤员躺卧舒适且稳定性好；配载的急救设施可实现对伤员的第一现场救援和生命体征维持，必要时可进行紧急手术；可实现无线电通信及数据传输，功能多样；在溺水现场，伤员被救扶至气垫上时，能对其即刻提供初步复温和呼吸道吸引等基础抢救措施，并安全运送到陆地上。

5 结语

本文主要针对担架的主体结构、连接方式、实用功能等方面进行了创新设计，并对传统担架折叠不方便、躺卧不稳定、不舒适、功能单一等问题进行了改良设计，使本装置能应用在传统担架根本不能使用的复杂环境，把手内部太阳能照明装置的设计，既能解决夜间救援探明问题，又能为临时手术台提供照明，方便实用，节能环保，同时可现场给予伤员基础治疗，维持生命体征。因此，本担架具有较好的推广应用价值。但本研究的急救担架尚存在许多不足之处，如数据传输的实时性能检测、紧急手术治疗的风险性评估、远程监控及语音提示的通信功能等问题，需做进一步研究。

本担架能应用于地震、洪水、风暴、雪灾等灾害现场，楼道、竖井和地势不平等特殊复杂救援环境，后续将融合北斗卫星导航芯片以准确地掌握伤员位置信息，实时反映受灾情况，并深入研究智能化担架系统，完善信息通信系统，为伤员在转运到救援中心前提供更快更好的急救措施。同时提前对伤员进行伤情评估也利于转运到最近的、可支持的医疗机构，以促进分级转诊的发展。