醫用氧氣袋充氣報警保護裝置的設計

余世準，王邦輝，王小溪

十堰市太和醫院·湖北醫藥學院附屬醫院 （湖北十堰 442000）

醫用氧氣袋在各級醫療機構中使用非常廣泛，其應用范圍包括醫院手術室、急診室、ICU、病房等。因其攜帶方便，適用于心力衰竭、心肌梗死、哮喘、氣胸、缺氧等保留自主呼吸的危重患者在短距離轉運護送或搶救中的供氧[1]。使用前，需要給氧氣袋充滿氧氣，而氧氣袋裝置本身并沒有充滿保護與提示功能，每次充氣時，若沒有專人值守，氧氣袋就可能因為過分充氣且未及時關氣導致爆炸破損。氧氣袋的爆炸不僅會因較大的爆炸聲造成病房患者的驚嚇，而且會導致急救資產的損壞與短缺，嚴重影響患者的轉運與搶救。若在每次氧氣袋充氣時，安排專門的醫護人員值守十幾分鐘，會使病房本來就緊缺的醫護人力資源更加緊張，增加不必要的工作量，得不償失。原裝氧氣袋只具有充氣存儲與供氧功能，不具備充氣報警與保護功能。我們經過仔細研究，設計了一種電子自動控制裝置，能在氧氣袋充滿后報警提示，并及時關閉充氣氣路。

1 設計

1.1 需求分析與設計思路

研制一種可靠的電子控制裝置，能夠方便安裝在不同規格的氧氣袋充氣管路中，并監測氣路中的實時壓力。當氧氣袋充滿后，達到某一壓力值，該裝置能檢測出該壓力值，并使電路狀態發生翻轉，自動關閉氣體通路，停止充氣，同時發出聲光報警，提示醫護人員氧氣袋已充滿，可以取下氧氣袋使用，保護氧氣袋。

1.2 關鍵技術問題

如何確定氧氣袋充滿時的壓力值是一個必須要解決的關鍵技術問題，我們查閱了大量資料，得知一般不同規格氧氣袋充滿時的工作壓力為10 kPa。對此，我們也采用了技術手段進行驗證，主要采用YE100型膜盒壓力表，該壓力表量程為1～16 kPa，精度為0.1。將此壓力表接入氧氣袋充氣氣路中，待氧氣袋充滿后記錄壓力表的示數，采用不同規格（如30 L、42 L、50 L等）的氧氣袋進行多次實驗，將數據匯總分析，最后確定氧氣袋充滿后的內部壓力值約為10 kPa，并依據該壓力值選定壓力傳感器的型號規格，方可設計后續的控制電路。

1.3 原理構造

本裝置主要由電源部分、壓力測量部分、控制部分、報警提示部分與電磁閥執行部分組成，見圖1。（1）電源部分：供電電源采用直流DC+12 V可充電電池，經電源穩壓芯片TPS5430[2]穩壓后，輸出+5 V電壓，給后續電路提供工作電壓。（2）壓力測量部分：采用XGZP6857020KPG型氣體壓力傳感器，測量量程為0～20 kPa，精度為±1.5 kPa，工作電壓為+5 V,該傳感器通過三通安裝在氧氣袋充氣氣路中，能隨時監測氣路中的壓力，并輸出對應的電壓值[3]。（3）控制部分：控制部分主要采用微處理器STC12C4052AD[4]，該芯片能檢測壓力傳感器的輸出信號，當檢測到輸出+5 V電壓時，實現電路的狀態翻轉，發出相應控制信號；還能探測充氣啟動開關信號，向電磁閥執行部分的電磁閥驅動器（UDN2981A）發出啟動充氣的控制信號；電路的狀態翻轉（即充氣完成）后，該芯片能啟動報警裝置的聲光報警并向電磁執行部分的電磁閥驅動器（UDN2981A）發出停止通氣控制信號。（4）報警提示部分：主要采用蜂鳴器與發光二極管電路實現聲光提示與報警。（5）電磁閥執行部分：采用DC+12 V脈沖型常閉電磁閥及其驅動器（UDN2981A），電磁閥能實現開始充氣的氣路開放與充氣完成后的氣路關閉[5]。

1.4 控制原理

如圖1，氧氣袋開始充氣時，先將氧氣袋②充氣管的B接頭與本裝置三通接頭l接通，再將本裝置A接頭接通氧氣源接口，打開氧氣袋上的手動開關閥③，閉合電路開關⑤，按一下充氣啟動開關k，充氣啟動開關給主控單元⑧的微控芯片一個啟動信號，微控芯片輸出一個控制信號給電磁閥⑩的驅動芯片，該常閉電磁閥閥芯打開，充氣氣路打開，開始給氧氣袋充氣。當氧氣袋氣體充滿后，其內部（含充氣管）壓力達到10 kPa，壓力傳感器⑦感知到10 kPa壓力后，輸出+5 V電壓到主控單元⑧的微控芯片內部的比較器的反向輸入端，微控芯片發生電平翻轉，同時輸出三路控制信號。第一路信號輸入到聲光報警裝置⑨的發光二極管電路，發光二極管發出紅色的指示光；第二路信號輸入到聲光報警裝置⑨的蜂鳴器電路，蜂鳴器發出“滴滴……”聲；第三路信號輸入到電磁閥⑩的驅動芯片，驅動電磁閥閥芯關閉，充氣氣路關閉，充氣完成。醫護人員接收到該裝置的聲光報警后，關閉充氣管路手動開關閥③，取下B接頭，即可取走并使用該氧氣袋。圖1中的供電電源④為DC+12 V電源，為整個裝置供電；穩壓部分⑥為電源穩壓電路，輸出DC+5 V,為電路提供工作電壓。

圖1 基本構造

主要控制電路原理見圖2，各電路按照圖示所標注引腳或引線對應連接，構成整個控制電路。

圖2 電路原理

2 實驗與應用

2.1 臨床實驗

我們將制作好的該裝置應用于我院臨床科室，進行實驗驗證。將我院外科片區30名護士隨機分為3組，每組10名，分別為A1組、A2組、A3組。分兩批進行日常使用實驗，第1批使用傳統氧氣袋進行日常充氣與使用，第2批使氧氣袋配套該裝置進行日常充氣與使用，3個月內完成了實驗，并將數據采集、統計與匯總。使用氧氣袋報警保護裝置后，氧氣袋爆破的發生率由使用前的平均4.67%降到了0.00%，氧氣袋爆破的發生情況有顯著改善，充分證明了該裝置的可靠性。見表1。

表1 使用該保護裝置前后氧氣袋發生爆破統計

2.2 應用效果

該氧氣袋充氣報警保護裝置實現了電子化控制，取得了很好的應用效果。氧氣袋充滿后，發出聲光報警，及時提醒醫護人員，無須醫護人員長時間專人值守，極大地節約了醫院病房緊張的醫護人力資源。電子控制實現了充氣氣路的自動關閉，保護了氧氣袋，避免過分充氣導致的爆炸破損，避免了醫療資產的損失，保障了對患者及時高效的轉運與搶救。該裝置操作簡單、使用方便，可以配套不同規格的氧氣袋使用，普適性好，可靠性高。該裝置所采用的電子元件均是市場上使用成熟的元件，價格低廉，整套裝置成本較低。

3 結語

醫用氧氣袋充氣報警保護裝置操作方便、可靠性高，極大地避免了醫用氧氣袋的充氣爆破問題，延長氧氣袋的使用壽命，保障了患者的及時轉運與搶救；同時無須專人值守，大大降低了醫護人員的工作強度。該氧氣袋充氣報警保護裝置可為臨床工作中患者的轉運與搶救工作帶來諸多幫助，對避免氧氣袋類醫療資產的損壞具有重要意義。