通過呼吸機實現(xiàn)最佳呼吸和肺功能的精確診斷對于為ICU以及麻醉后護理室和急診室的患者制定安全預防措施至關(guān)重要。

雖然呼吸機至關(guān)重要，但對于無法自行呼吸的患者，與任何醫(yī)療過程一樣，呼吸機是救生設(shè)備，但存在某些風險因素，特別是對于那些長時間連接到呼吸機的患者。

呼吸機相關(guān)性肺炎 （VAP） 是一種氣道感染，可在患者插管后 48 小時以上發(fā)生，是醫(yī)院獲得性感染中死亡的主要原因。它甚至超過了非插管患者因中央管感染、嚴重膿毒癥和呼吸道感染而導致的死亡率。

雖然預防任何種類的肺炎是所有醫(yī)療專業(yè)人員的目標，但有一些原因需要特別關(guān)注與呼吸機使用相關(guān)的肺炎的影響。

也許最令人擔憂的方面是與VAP發(fā)病相關(guān)的高死亡率。發(fā)生VAP的通氣患者的醫(yī)院死亡率為46%，而未發(fā)生VAP的通氣患者的醫(yī)院死亡率僅為32%。

VAP延長了在呼吸機上花費的時間以及患者在ICU中的時間長度和從ICU出院后的整體住院時間，估計為典型的住院增加了40，000美元。

總的來說，最好的防御是一個好的進攻 - 減少患者插管的時間可以降低VAP和相關(guān)并發(fā)癥的風險。更好的呼吸機控制將減少患者插管的時間，從而降低VAP的風險。

直觀的監(jiān)控，增強的操作

呼吸機控制包括患者監(jiān)測有創(chuàng)或無創(chuàng)通氣（有或沒有人工氣道通路）是降低患者風險、正確操作和最佳成本管理不可或缺的一部分?；颊邚暮粑鼨C上下來的速度越快，發(fā)生 VAP 的機會就越小。

呼吸機是一個重要的設(shè)備，因為它必須提供一個用戶界面，通過直觀的操作和監(jiān)測來提高安全性，同時在復雜的環(huán)境中提供卓越的性能，從而在不破壞資金的情況下改善患者的治療效果。

因此，像漢密爾頓醫(yī)療這樣的公司正在開發(fā)創(chuàng)新的呼吸設(shè)備，如漢米爾頓-S1，其INTELLiVENT-ASV技術(shù)，提供氧合和通氣的自動調(diào)整，以滿足患者的個性化需求。自適應(yīng)支持通氣 （ASV） 技術(shù)采用閉環(huán)控制技術(shù)，可顯著縮短患者的通氣時間。

在某些情況下，與傳統(tǒng)通氣相比，使用這種呼吸機的撤機時間可以減少50%以上，從而顯著降低感染和肺損傷的風險。該裝置內(nèi)的集成電子設(shè)備有助于促進患者安全的這一重要方面，并將在下一節(jié)中介紹。此外，用戶設(shè)置需要醫(yī)療保健提供者對主要設(shè)置的關(guān)注要少得多。

精密的嵌入式電子產(chǎn)品實現(xiàn)移動化

隨著醫(yī)療設(shè)備的移動性，滿足體積和重量以及溫度、跌落和濕度的要求可能是一個挑戰(zhàn)。這些系統(tǒng)中的嵌入式電子設(shè)備需要堅固、緊湊和輕便，以跟上產(chǎn)品開發(fā)的步伐。

先進的計算性能和網(wǎng)絡(luò)功能對于建立醫(yī)療設(shè)備和管理系統(tǒng)之間通信的骨干以及提高患者安全性是必要的。

緊湊型計算機模塊（COM）已被證明是將呼吸機的硬件與電子設(shè)備集成的理想方法，以提供無縫操作，改進的監(jiān)測，并最終提高患者安全性。由于COM是位于小型模塊上的完整計算機，可以放置在堅固的外殼內(nèi)，因此在醫(yī)療設(shè)備開發(fā)中提供了巨大的技術(shù)和設(shè)計優(yōu)勢。

這些一體化模塊包括不固定于任何應(yīng)用特定功能的硬件（CPU、芯片組、存儲器、I/O），以及用VHDL代碼編程的FPGA，用于用戶定義的I/O。

這些模塊基于 MEN Mikro 開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)模塊 （ESM） 規(guī)范，該規(guī)范定義了一個非常接近 PMC 格式的 71 x 149 mm 外形。事實上，這允許在一個 6U 載卡（例如，CompactPCI 或 VME）或一個 ESM 和兩個 PMC 上使用最多三個 ESM。直接在 CPU 模塊上支持 FPGA，可實現(xiàn)靈活的用戶定義 I/O 擴展。

多功能 ESM 模塊采用堅固的 PCI-104 型連接器和焊接組件，可承受 11 ms 內(nèi) 15 g 的沖擊和 10 Hz 至 150 Hz 的 2 g 振動（正弦）以及 10 g 的沖擊 16 ms。

它們設(shè)計用于在 -40 °C 至 +85 °C 的溫度下工作，并且在惡劣的醫(yī)療環(huán)境中使用時，可以進行保形涂層，以提供額外的保護。這包括成像設(shè)備和患者監(jiān)護設(shè)備，它們變得越來越便攜，使得體積、重量、溫度、液滴和濕度的考慮因素變得越來越重要。

許多呼吸機都依賴于這種 ESM COM 概念，利用基于可靠的 PowerPC CPU 的標準組件，該 CPU 具有 32 位處理器，工作頻率高達 400 MHz 和 700 MIPS。這些器件的 FPGA 非常 靈活， 根據(jù) 版本， FPGA 可 加載 最多 32 個 標準 和 定制 IP 核 （表 1）。通過FPGA，實現(xiàn)了必要的靈活性和對應(yīng)用的適應(yīng)性。通過為此目的而優(yōu)化的載板，可以連接到設(shè)備和特定于應(yīng)用的I/O（傳感器、呼吸機等）。

表 1：在 FPGA 上實現(xiàn)的典型功能

處理要求很高，以確保準確的患者監(jiān)測。通過兩個串行外設(shè)接口 （SPI） 輪詢的兩個 8 通道 ADC 位于載板上。安全關(guān)鍵型 SPI 內(nèi)核控制和監(jiān)控通風壓力和流量。

對于呼吸機的控制方面，必須一次讀取ADC的所有八個通道，并且必須每毫秒寫入一次相應(yīng)的脈寬調(diào)制器，構(gòu)成控制周期的最終行為。監(jiān)視部分要求每10毫秒讀取一次8個ADC通道。

在沒有 PowerPC CPU 參與的情況下，數(shù)據(jù)將被預處理，使系統(tǒng)容量保留在 PowerPC 上作為其他任務(wù)的儲備。因此，即使通風在最高負載水平下工作，與控制面板的交互等附加功能也不會導致通風中斷。

系統(tǒng)通信是呼吸機設(shè)計的重中之重。事實上，安全報警功能是通過處理器對COM進行冗余監(jiān)控來運行的，并通過可編程邏輯對載波進行冗余監(jiān)控。

由于呼吸機需要更復雜，更易于使用，以便在保持可運輸性的同時防止錯誤，因此所描述的可靠地控制設(shè)備的COM概念在更小的空間內(nèi)提供了標準計算機的完整功能。

緊湊型計算帶來的巨大優(yōu)勢

由于它們在單個電路板上集成了完整的計算系統(tǒng)，因此這些模塊在更小的空間內(nèi)帶來了更多的處理能力。使用載卡適應(yīng)特定應(yīng)用的靈活性，加上堅固耐用和標準化的外形尺寸，進一步增強了這種嵌入式計算概念在先進醫(yī)療電子中的使用。智能通風可以利用這項技術(shù)來幫助在復雜環(huán)境中提供卓越的性能，同時降低成本并挽救生命。

審核編輯：郭婷