医用保温毯关键技术的研究

 近年来, 越来越多的学者对手术期间病人的低体温现象给予高度重视[1]。 对体温的有效监测和调节是保证麻醉手术成功、 降低术后并发症的重要措施之一[2,3]。以往在手术期间, 采用电热毯、 热水袋等对病人保温的措施因存在电热毯漏电、 热水袋烫伤等危险的可能性,使用效果不尽满意。 随着心血管外科技术的发展, 体外循环式血流变温箱被应用于临床, 并根据类似原理研发出保温毯 (或变温毯)。 如水循环式保温毯通过控制水温的变化, 在与病人的接触部位及周围一定空间范围内形成传导、 对流及辐射等; 而充气式保温毯是覆盖在病人躯体或肢体上, 将暖风经导气管道输入保温毯, 再经内层小孔流出, 在病人体表形成暖流达到保暖的目的[4]。 研究表明 , 采取在床垫下放置保温毯与在躯体或肢体覆盖保温毯的两种不同热传导方式, 后者的保温效果更佳[5]。

 
1 医用保温毯的研究现状
 
手术中, 以往曾采用提高室内温度、 输入液体加温、 呼吸道吸入气体加热、 使用电热毯或热水袋等保温措施。 这些措施因为存在种种不足, 在国外已经逐渐被新型的医用保温毯所取代。 目前手术中使用最为广泛的保温仪器是充气式保温毯和水循环式保温毯。 充气式保温毯是手术室为病人取暖的理想用品, 它能在保温毯四周形成一个立体的温暖空间并且弄湿后不会漏电[6]。 水循环式保温毯通过控制水温的变化、 与病人躯体或肢体形成对流等。 水循环式保温毯的费用比较昂贵, 考虑到性价比, 临床中采用较多的仍然是充气式保温毯[7]。 德国和美国在保温毯方面的技术研发处于前沿地位, 在前端人体温度的检测速度和精度、 气孔结构以及快速、 实时智能控制等方面进行了重点研发。 德国主要致力于水循环式保温毯的研究; 美国主要致力于充气式保温毯的研制。 目前国内医院使用的充气式保温毯通常是人工调节式, 存在温度设定不准确、 使用不安全、 操作繁琐等缺陷[8]。 科学、 合理地改进充气式保温毯结构及控制方法可以更有效的提高其保温效果和使用效率。
 
2 医用保温毯的常用类型
 
加热式保温毯: 如图 1(a)所示, 加热式保温毯主体为防水布和铝箔双层结构, 双层铝箔间设有加热装置, 并由电子数控装置控制。
 
水循环式保温毯:手术中使用的水循环保温毯如图 1(b) 所示, 由进水连接管、 出水连接管和水循环毯构成。水循环保温毯目前也常应用于医院外科及 ICU 监护室[10]。
 
充气式保温毯: 如图 1 (c) 所示的充气式保温毯为病人提供了有效的空气保温疗效。 当温度高于或低于设定温度时, 为了保证病人的安全, 内置的监测系统将会发出警报提醒手术工作人员。
 
3 充气式保温毯关键技术
 
3.1 气孔结构
 
充气保温毯采用了可以提供渐进空气量的低速鼓风机。 充入保温毯的空气是经过过滤后的暖空气, 而不是源空气。 气囊中充入过滤后的暖空气可以降低病人和医生被空气中病菌感染的可能性。 图 2 是充入不同空气时气流情况对比图片: 充入过滤后的暖空气, 气流平稳,病人的感觉更舒适, 污物含量少, 提高了手术中病人和医务人员的安全性。
 
充气式保温毯输送的暖空气通过独有的非纺织材料的毯面, 为病人提供有效的医疗效果。 过滤式充气保温毯不具有过孔结构, 因而在手术中可以避免有害微粒所带来的潜在危险。 气孔结构不同, 气流流通的效果就不同。 如图 3 所示, 气孔结构(a)、(b)、(c)的结构基本相似 , 均为透过式气孔结构 ,不同之处仅在于孔的大小及分布稀疏密度。 空气中的微粒可以通过透气孔与病人进行接触, 透气孔越大, 则可透过的微粒就越大, 通过可透气孔吹出气流的平稳度受到孔的大小和分布的影响,如图 3(d)所示。 图 3(e)和图 3(f)为非透过式气孔结构,虽然气孔清晰可见, 但气孔并未完全透过,即不允许污染微粒透过。 图 3(e)和图 3(f)所示的毯面结构采用了不用的材料,与透过气孔吹出的气流平稳度和舒适度不同。 目前使用的主要是具有可视孔但未完全透过的气孔结构形式, 这种结构可以通过气体, 但不会透过微粒, 抗空气污染效果更好。
 
3.2 人体温度检测和控制
(1) 温度检测。 研究表明, 人体皮肤温度为体表温度, 计作 ts。 体表温度不稳定, 且在人体各部位之间差异大。 如上肢皮肤温度为 28~32 ℃, 下肢为 31~35 ℃,正常腋下体表温度为 36~37.4 ℃。 代表人体真实温度的是心脏和脑部的血液温度, 叫基础温度或核心温度(Core Temperature), 记作 tc, 正常温度在 36.6~37.7 ℃,这个温度无法临床测量。 最接近基础温度的是人体内的肺动脉处、 膀胱内、 食道内和鼓膜处的温度, 可近似认为与基础温度相等, 这叫局域温度[11]。
 
在医疗手术中, 及时、 准确的检测病人温度, 并采取积极有效的保温措施来预防术中低体温的发生, 便显得十分重要。 目前, 使用最广泛的人体温度检测仪是基于红外线的温度快速检测仪, 其测量的是额头表面的温度。 体表温度不仅与人体温度相关, 而且受环境温度、湿度、 气流、 体表下血液循环和导热状况, 以及表面换热条件的影响, 因而现有的各种红外测温仪在测量人体温度时均会出现较大的测量误差[ 12]。 另一方面, 使用红外检测仪, 在手术室中会产生热能, 对医务人员的工作产生一定的影响。
 
采用接触型快速皮肤温度计, 可以在温度传感器与皮肤接触 0.5~1s 之间, 测出人体皮肤的温度, 还可以快速测量出人体皮肤温度的空间分布和时间变化, 为医用保温毯的设计提供科学、 可靠的温度检测方式。
 
(2) 传热模型。 测量探头温度与实测温度的关系常采用如图 4 所示的传热模型。 模型中, T0—探头初始温度; T—探头即时温度; T1—被测实际温度 ; RM—人体表面到探头的传热阻抗; CM—探头的热容 ; t—感温时间。
3.3 输气量控制
 
医用保温毯中的气体输送主要是利用鼓风机来实现的。 根据增压值大小,鼓风机又可分为三种: ①低压鼓风机: 增压值<1000 Pa(约 100 mm H2O); ②中压鼓风机 : 增压值 =l000~3000Pa (约 100 至 300 mmH2O) ; ③ 高压鼓风机 : 增压值 >3000 Pa (约 300 mm H2O 以上 )。 低 、 中压鼓风机大都用于通风换气、 排尘系统和空气调节系统。 医用保温毯可以采用离心式鼓风机, 增压范围一般在 9.807 KPa(1000 mH2O) 以下。
 
充气式保温毯的输气量的控制可通过调节鼓风机的电机转速来实现。 目前, 控制电机的方法主要有变频技术和 PWM 控制技术。 采用变频调速系统直接控制鼓风机电机的转速, 应用单片机与温度检测器构成气囊出气口温度的闭环自动控制系统, 可以使电机根据负荷的变化合理地变速运行, 从而自动调节进气量, 进而调节气囊出气口温度。 PWM 控制是指保持开关周期不变、 调节开关导通时间来对脉冲的宽度进行调制的技术。 PWM控制技术构成的无级调速系统, 在电机起停时对直流系统无冲击, 具有启动功耗小、 运行稳定的特点。
 
4 结束语
 
使用充气式保温毯的意义在于: 在正常生理情况下, 体内的热量并非平均分布, 通过温度调节性血管收缩、 维持机体基础温度和外周温度梯度在一定范围。 病人在手术中使用充气式保温毯, 一方面能提高外周皮肤温度, 减少体内热量向外周的转移; 另一方面隔除体表热量向周围环境的扩散, 从而保持手术中病人体温恒定、 减少并发症、 提高手术的成功率。 鉴于目前充气式保温毯的结构特点和工作方式存在的不足, 可以进一步研究人体温度场和保温毯温度场的关系, 实现温度实时调节和控制方法; 通过优化其结构, 进一步减小保温毯的气体热量损失、 提高保温毯的保温效果, 提高手术中人体表面温度的调节精度和稳定性, 从而增加保温毯的自动调节与控制功能, 扩大充气式保温毯的应用。
 
参考文献:
 
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[2] 赵书娥,等.围手术期低体温及护理[J].国外医学:护理学分册,1999,1.
 
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[4] Matsuzaki Y,Matsukawa T,Ohki K, etal . Warming by resistive heat-ing maintains perioperative normothermia as well as forced air heat-ing[J]. Br J Anaesth,2003,5.
 
[5] Russell, S. H. MB BS, FRCA and Freeman J. W., MB, CHB,FRCA.Prevention of hypothermia during orthotopic liver transplantation:comparison of three different in traoperative warming methods [M].British Journal of Anaesthesia, 1995,4.
 
[6] 万爱玲,步爱兰,吕敏.围手术期患者低体温的原因分析及护理对策[J].齐鲁护理杂志,2004,4.
 
[7] Piotr K Janicki, Cristina Stoica, William C Chapman. Water warm-ing garment versus forced air warming system in prevention of intra-operative hypothermia during liver transplantation: a randomizedcontrolled trial [ISRCTN32154832]. BMC Anesthesiol,2002.
 
[8] 郑小春,吴蓓茸,等.充气式保温毯预防腹部手术患儿术中低体温的效果观察[J]. 护理学报,2007,6.
 
[9] 杨颖,戚芳芳,陈根.加热保温毯[P].中国:200620141585, 2006,12.

 

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