通過呼吸機實現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重要。

雖然呼吸機對于無法自行呼吸的患者來說是至關重要的救生設備，但與任何醫療過程一樣，也存在一定的風險因素，尤其是對于那些長時間使用呼吸機的患者。

呼吸機相關性肺炎 （VAP） 是一種氣道感染，可在患者插管后 48 小時以上發生，是醫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心線感染、嚴重敗血癥和呼吸道感染導致的死亡率。

雖然預防任何類型的肺炎是所有醫療保健專業人員的目標，但有一些理由特別關注與呼吸機使用相關的肺炎的影響。

也許最令人擔憂的方面是與 VAP 發病相關的高死亡率。發生 VAP 的通氣患者的住院死亡率為 46%，而未發生 VAP 的通氣患者的死亡率僅為 32%。

VAP 延長了在呼吸機上花費的時間以及患者在 ICU 中的時間長度以及從 ICU 出院后的總體住院時間，估計為典型的住院費用增加了 40，000 美元。

總體而言，最好的防御是良好的進攻——減少患者插管的時間會降低 VAP 和相關并發癥的風險。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。

直觀的監控，增強的操作

呼吸機控制包括患者監測有創或無創通氣（有或沒有人工氣道通路）對于降低患者風險、正確操作和優化成本管理是不可或缺的。患者離開呼吸機的速度越快，發生 VAP 的可能性就越小。

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

因此，Hamilton Medical 等公司正在開發創新的呼吸設備，例如采用 INTELLiVENT-ASV 技術的 HAMILTON-S1，可自動調節氧合和通氣，以滿足患者的個性化需求。自適應支持通氣 （ASV） 技術采用閉環控制技術，可顯著減少患者的通氣時間。

在某些情況下，與傳統通氣相比，使用這種呼吸機的脫機時間可以減少 50% 以上，從而顯著降低感染和肺損傷的風險。裝置內的集成電子設備有助于促進患者安全這一重要方面，將在下一節中進行描述。此外，用戶設置需要的醫療保健提供者對主要設置的關注要少得多。

先進的嵌入式電子產品走向移動

隨著醫療設備變得可移動，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。這些系統中的嵌入式電子設備需要堅固、緊湊和輕便，以跟上產品開發的步伐。

先進的計算性能和網絡功能對于建立醫療設備和管理系統之間的通信以及提高患者安全性至關重要。

緊湊型計算機模塊 （COM） 已被證明是將呼吸機硬件與電子設備集成的理想方法，以提供無縫操作、改進的監測并最終提高患者的安全性。因為它們是一個小型模塊上的完整計算機，可以放置在堅固的外殼內，所以 COM 為醫療設備開發提供了巨大的技術和設計優勢。

這些一體化模塊包括硬件（CPU、芯片組、內存、I/O），不固定于任何特定應用功能，以及一個用 VHDL 代碼編程用于用戶定義 I/O 的 FPGA。

這些模塊基于 MEN Mikro 開發的嵌入式系統模塊 （ESM） 規范，該規范定義了一種非常接近 PMC 格式的 71 x 149 毫米外形尺寸。事實上，這允許在一張 6U 載卡（例如 CompactPCI 或 VME）上使用最多三個 ESM，或者一個 ESM 和兩個 PMC。并且直接在 CPU 模塊上支持 FPGA 允許靈活的用戶定義 I/O 擴展。

多功能 ESM 模塊包含堅固的 PCI-104 型連接器和焊接組件，可承受 15 g的沖擊 11 ms 和 2 g的 10 Hz 至 150 Hz（正弦）的振動以及 10 g的沖擊 16 ms。

它們設計為在 -40 °C 至 +85 °C 的溫度范圍內工作，并且可以在惡劣的醫療環境中使用時進行保形涂層以提供額外的保護。這包括成像設備和患者監護設備，它們變得越來越便攜，體積、重量、溫度、跌落和濕度變得越來越重要。

許多呼吸機都依賴于這種 ESM COM 概念，使用基于可靠 PowerPC CPU 的標準組件，該 CPU 具有運行頻率高達 400 MHz 和 700 MIPS 的 32 位處理器。這些器件的 FPGA 非常靈活，根據版本的不同，最多可以將 32 個標準和定制 IP 內核加載到 FPGA 中（表 1）。通過 FPGA，實現了對應用程序的必要靈活性和適應性。通過為此目的優化的載板可以連接到設備和特定應用的 I/O（傳感器、呼吸機等）。

表 1：在 FPGA 上實現的典型功能

處理要求很高，以確保準確的患者監測。通過兩個串行外設接口 （SPI） 輪詢的兩個 8 通道 ADC 位于載板上。安全關鍵的 SPI 核心控制和監測通風壓力和流量。

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的脈寬調制器，構成控制周期的最后一個動作。監控部分需要每 10 毫秒讀取一次八個 ADC 通道。

在沒有 PowerPC CPU 參與的情況下，對數據進行預處理，將 PowerPC 上剩余的系統容量留作其他任務的儲備。因此，即使通風在最高負載水平下工作，與控制面板交互等附加功能也不會導致通風中斷。

系統通信是呼吸機設計的重中之重。事實上，安全警報功能通過處理器和載波通過可編程邏輯對 COM 進行冗余監控來運行。

由于呼吸機需要更復雜、更易于使用以應對錯誤，同時保持可移動性，因此可靠控制設備的所述 COM 概念可在更小的空間內提供標準計算機的完整功能。

緊湊型計算帶來的巨大好處

因為它們將完整的計算系統集成在一塊板上，所以這些模塊將更多的處理能力帶入了更小的空間。使用載卡以適應特定應用的靈活性，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療電子產品中的使用。智能通風可以利用這項技術幫助在復雜環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