一种用于舰船的便携式智能化负压吸引器设计

丁海雷，石梦尧，张 宇，胡尊琪，徐嘉鹏，朱振新*

（1.南通市海门区人民医院普通外科，江苏南通 226100；
2.海军军医大学第二附属医院胃肠外科，上海 200003）

舰船内相对狭小、密闭且相对易燃，因此烧灼性/化学性气道伤、大面积体表创伤、胸腹部冲击伤是造成舰员伤亡的最重要原因[1]。以实时负压吸引技术为核心发展起来的气道负压吸引技术[2]、创面负压吸引技术[3-4]和腹腔持续负压吸引技术[5-6]是上述战创伤最有效的抢救与早期救治手段[7]。实时负压吸引技术的核心在于2个方面：（1）持续负压吸引源。负压吸引源不仅需要提供持续负压，而且需要具有充分的压力可调节范围，才能满足不同创伤救治对压力的需求。（2）实时压力控制。与传统的负压吸引器相比，实时负压吸引技术需要对压力进行实时感应与调节，对不同的救治内容与救治模式实施不同的压力控制以及压力持续时间控制，任何不适当的压力或者压力持续时间均会导致救治效果不佳，甚至引起相关并发症。

目前，我国舰船常规装备的负压吸引器为220 V电源电动医用负压吸引器与手动负压吸引器。电动负压吸引器虽然可以提供较大的负压值，但体积巨大，且需要220 V电源，无法携带与移动，且不能实现负压实时控制，在战创伤救治方面存在较大弊端。以我国海军某舰为例，目前装备的负压吸引器为上海祁鑫医疗器械厂生产的YX920/930系列电动吸引器。该吸引器体积为46.5 cm×42.5 cm×92 cm，质量为220 kg，由220 V交流电源供电，无法实现单兵携带与移动，且不能实现负压实时控制。而手动吸引器虽然体积小、质量轻，可放置于单兵急救包中，但是其功率低、负压小，且无法产生持续、稳定的负压，流量、压力不可控，可能在吸引过程中造成医源性损伤。方素萍等[8]研究设计了一种小型负压吸引器，在伤口的持续负压吸引治疗中取得了良好效果，证实了实时压力控制与持续吸引技术在小型负压吸引器上的应用成为可能。本研究在现有便携式吸引器的基础上，基于舰船环境应用需求，研发一种便携式智能化负压吸引器，实现负压吸引器小型化与便携化，使之可批量列装于舰船，实现负压吸引压力实时智能控制，满足实时负压吸引要求，从而提高舰船战创伤的救治水平。

该负压吸引器由外壳、主机和插入一体式废液瓶组成。其中主机由中央控制系统、负压发生系统、负压实时控制系统及供电系统组成，其整体设计图如图1所示，实物如图2所示。

图1 便携式智能化负压吸引器的整体设计图

图2 便携式智能化负压吸引器实物图

1.1 外壳

该负压吸引器外壳采用铝合金制成，由底板、盖板和电池拆装板3个部分组成，底板和盖板设有相对应的定位槽，以实现装备的快速拆卸与修理。其内部布局如图3所示，外壳内各系统设有相应的空腔，以及负压管道专用通道、信号专用通道、恒流电源专用通道及直流电源专用通道。外形设计上，满足体积要求、受力面要求、平衡要求、便携式要求及与舰船装备和单兵携带相匹配的要求。整机主机与废液瓶配合，外壳设有废液瓶专用配套空腔，无需拆卸主机，只通过主机外壳的专用卡盒开关来实现废液瓶与主机快速组装与拆卸。电池仓靠外壳的一端设有电源拆装板，可快速实现电池的更换，同时通过外壳充电桩，可实现边充电边更换电池或者持续通电使用。

图3 外壳内部布局图

1.2 主机

1.2.1 中央控制系统

中央控制系统集成了负压发生系统、负压实时控制系统、供电系统的智能化控制电路和处理系统，从而实现持续负压吸引和压力实时控制。

1.2.2 负压发生系统

负压发生系统由负压泵动力系统、降噪系统组成。其中负压泵动力系统为8 W、12 V的无刷KVP8直流电动机，空载电流约0.52 A，最大电流≤0.65 A。降噪系统采用降噪隔音材料制成。负压发生系统利用隔膜原理产生负压，流量约为480 L/h，最大负压255 mmHg（1 mmHg=133.32 Pa）。负压发生系统实物如图4所示。

图4 负压发生系统实物图

1.2.3 负压实时控制系统

负压实时控制系统包括以下几个模块：（1）负压传感器模块。负压传感器模块采集压力信号，当压力信号满足预设条件的情况下，传感器发射信号到中央控制系统。（2）倾倒报警模块。倾倒报警模块通过内部平衡系统采集倾斜信号，当整机倾斜到预先设置的最大阈值时，倾倒报警模块发射信号至中央控制系统，中央控制系统接收到倾倒报警的信号后终止其他系统工作，如果倾倒报警模块采集到倾斜信号回复至正常阈值范围之内，则其他系统恢复正常工作。（3）液位容量模块。液位容量模块通过在固定位置安装的传感器来控制，液位到达所述固定位置，模块启动，发射信号给中央控制系统，中央控制系统会中断整机工作，直至替换新的配套废液瓶。

1.2.4 供电系统

供电系统包括直流电源、电池组和智能恒流板。该负压吸引器可以由外接直流电源供电或由电池组供电，由智能恒流板控制直流电源供电和电池组充放电的电流和电压。

1.3 插入一体式废液瓶

废液瓶采用轻量的聚丙烯材料制作，容积为80 mL，采用侧方插入的方法与瓶身形成连接，从而实现野战环境下快速装备，如图5所示。

图5 插入一体式废液瓶实物图

该负压吸引器在海军某大型舰船上进行了初步应用，应用场景为：（1）急性气道梗阻的气道负压吸引；
（2）大面积体表烧伤/创伤的创面负压封闭吸引（vacuum sealing drainage，VSD）。在试用过程中，主要对以下项目进行考察：（1）便携性：观察其能否与单兵急救包相匹配，便于单兵前出携带；
（2）实用性：重点考察其使用过程中各项参数及性能指标能否满足医疗抢救需要；
（3）安全性：观察其在使用过程中是否存在过热、爆炸、废液反流与误吸等安全隐患，并考察其在持续使用过程中的可靠性。

通过在某舰船的初步试用，在便携性上，由于该负压吸引器体积小、质量轻，可以放入急救包，不影响携带其他抢救装备与药品，完全可用于单兵携带前出救援，如图6所示。同时由于其占用空间少，可实现在舰船狭小空间内的批量列装，从而满足成批

图6 负压吸引器置入单兵急救包示意图

1.4 核心参数

体积17 cm×11 cm×6.5 cm（长×宽×高）；
质量≤0.95 kg；
流速极值500 L/h；
负压极值255 mmHg，且可实现连续负压的梯度调节；
电动机寿命6 000 h（持续吸引状态下）；
单块锂电池可持续供电8 h，配备电池2块，可快速更换；
单块锂电池充满电时间≤4 h。

2.1 操作流程

使用时先检查连接气路是否封闭、电池是否满电，再开启电源键开机。开机后有2种模式可以选择——自动模式或手动模式：（1）选择自动模式，默认工作负压为125 mmHg，默认时间为工作3 h休息1 h，1 h后自启动循环；
（2）选择手动模式，自行设置时间、压力和休息时间。

2.2 安全说明

（1）液位报警：废液瓶满了会自动停止工作并报警，更换废液瓶后自动恢复工作。（2）倾倒报警：整机保持直立，若倾倒会自动停止工作并报警，恢复到正常工作位置后，重新启动恢复正常工作。注意检查废液瓶液位，避免废液溢出，损坏设备。（3）电压太低无法正常工作：长时间不使用时电池保证1个月充满一次电。

伤员出现时的需要。在气道负压吸引、创面负压封闭吸引的救治过程中，该负压吸引器在负压值、流量等核心技术指标上均满足救治需求，同时未出现过热、爆炸、废液反流与误吸等安全隐患，在长时间不间断试用过程中，未出现相关机械故障。

对于海上战创伤救治而言，随着我国大型水面舰船的陆续服役，强化作战区域（舰船）和作战支援区域（医疗船）的医疗力量配属实力，是未来海上战创伤救治发展的必然趋势。夏照帆等[1]指出：我国海军必须加强一线（作战舰船）急救和早期救治水平，才能适应未来远洋海上战创伤救治需求。本研究设计的便携式智能化负压吸引器克服了目前舰船普遍使用的负压吸引器的相关技术缺陷，在初步试用上也取得了良好的效果。该负压吸引器在装备的小型化、可移动化方面具有巨大的

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）优势，但存在续航能力不足、废液瓶容积偏小的缺点。在下一步工作中，我们将进一步扩大试用范围，并紧密贴合海上战创伤实际救治需要，继续改进设计，从而提高海上战创伤救治水平。