基于野战条件下便携式负压吸引器的设计与应用

１ 引言 在各大、中、小医院均有乏气（氧气、压缩空气和负压）．其
中负压是手术、急救过程中吸痰、吸脓、吸血、吸引堵塞人体气 道通路异物所必需的。大、中型医院常采用中心负压，通过管 道连接到各病房设备带、手术室手术塔和急救负压连接头．小 型医院手术、急救常用电动吸引器完成对患者的有效救治，这 些负压的产生均需要电源。有的需要ｉ相电，有的需要单相 电．有的需要采用蓄电池供电。然而。在没有电源或在特种场 合情况下对患者的急救过程中要实现负压吸引，必须要有简 单的负压产生装置，尤其是野战条件下，对伤员担架运送、机 动车或飞机后送的过程中，更需要不依赖于外部电源或动力． 仅依靠医护、救护人员自身的能力产生负压的装置．并且装置 要求便于携带、操作简单、方便实用。为此，我们通过参加近几 年的对接演练，在演练中不断积累和总结经验。针对实际野外 手术要求研制出了手动式、脚踏式负压吸引器。 ２设计原理
短时间内做绝热膨胀，但是由于储液罐外壁只是一层玻璃．在
绝热膨胀后与外界交换热量，整个过程趋近于等温过程。所以
ｐ＾－ｐ（南）‘ 将（２）式转换为：
（３）
圈１孚持式吸引嚣实物圈
３．２脚踏式负压吸引器的结构与功能 如图２（ａ）所示。脚踏式吸引器主要由底板、脚踏板、活
塞、储液罐、负压表、过滤器和吸管等７个部分组成。如图２ （ｂ）所示．底板上有３个固定架：其一是脚踏连杆与气缸固定 架；其二是负压表固定架；其三是储液罐固定架。固定架将他 们固定在底板上．使脚踏受力点在底板中心附近，免于脚踏时 滑动和晃动。脚踏板连接活塞杆．当脚向下踏板时牵引着活塞 沿轴向移动．脚踏连杆上装有弹簧和到位限制．弹簧的作用力 方向与脚踏牵引力方向相反。在施力停止时或活塞达到最大 行程时．弹簧自动反弹使活塞回到起点．便于继续进行下一步 脚踏动作。活塞抽吸气体的功能与手持式负压吸引器基本相 同。不再赘述。另外气缸进气口通过一个三通接头分别连接到 过滤器和负压表．过滤器再连接到储液罐．最后从储液罐的另 一端口连接到吸管。因此．通过人为脚踩脚踏板带动活塞往复
弹力作用下自动回到起点。当手握拉杆来回运动时。活塞在气
圈２脚踏式吸引嚣实物田
缸内作往复运动·使气缸内有效空间发生变化。气缸内有２个
运动使储液罐的气体迅速膨胀。在吸管的端口产生负压。
通气口：其一是进气１２１，通过单向阀连接到气液分离接头；其４测试分析与应用情况
二是排气口，通过单向阀连接到外界ｔ与大气相通。进气Ｉ＝１与
气体产生的负压．每一项测试均取１０次的平均值。结果见表３ 和表４。 ４．１．４分析结果
表３和表４中的测试数据表明，手持式负压吸引器和脚 踏式负压吸引器均能产生负压．并随着抽吸的次数增加。其负
·医疗卫生装备·２０１０年１２月第３１卷第１２期 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｊｏｕｒｎａｌ·Ｖ０１．３１·Ｎｏ．１２·Ｄｅｃｅｍｂｅｒ·２０１０
万方数据
表３手持式负压吸引器抽吸１—６次产生负压测试值 表４脚踏式负压吸引器抽吸１—６次产生负压测试值
送途中使用更简单、方便和有效。 手持式与脚踏式负压吸引器既能单独使用，又可以连接
在一起使用。将手持式吸引器的吸管端口安装一个单向阀（阂 手持式吸引器密封方面稍差一点），再与脚踏式吸引器的吸管 采用三通相连。图３为野战帐篷内的连接实物图．既可以由２ 人单独使用，义可以由２人同时使用，且同时使用效果更佳。
ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｔｏ ｃａｒｒｙ ａｎｄ ｕｓｅ．Ｗｈｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｎｅｕｖｅｒ，ｉｔ ｏｆｆｅｒｓ ａ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｅｆｆｅｃｔ．【Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｊｏｕｍａｌ，２０１０，３１（１２）：３２—３４】
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｏｒｔａｂｌｅ；ｆｉｅｌｄ；ｍａｎｕａｌ ｓｕｃｔｉｏｎ；ｐｅｄａｌｅｄ ｓｕｃｔｉｏｎ
４．１ 测试分析
排气口的单向阀动作相反：当拉杆沿着握力方向运动时，即活
４．１．１ 测试条件
塞向左运动，此时进气Ｉ＝１单向阀打开，排气１２１单向阀关闭，将
温度２５℃，湿度６５％，大气压强为１０１．３２５ ｋＰａ（１ ａｔｍ）。
储液罐的气体抽吸到气缸内；当活塞在弹簧的弹力作用下向
手持式负压吸引器的气缸体积约为６３ ｍＬ。有效体积约为
ｇｅｎｅｒａｔｅｄ．Ｒ枷ｈ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓ
Ｂｙ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｔｈｅ ｈａｎｄｈｅｌｄ ａｎｄ ｐｅｄａｌｅｄ ｎｅｇａｔｉｖｅ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ａｓｐｉｒａｔｏｒ ｎｏｗ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｆｉｒｓｔ ａｉｄ．Ｃ＝ｗ，ｈ＝ｋｍ Ｔｈｅ ａｓｐｉｒａｔｏｒ ｉｓ ｏｆ ｓｍａｌｌｅｒ ｃｕｂａｇｅ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｗｅｉｇｈｔ，ｔｈｕｓ ｍｏｒｅ
有外力做功，同时每次排放气体的体积也不可能均为△ｙ，因
Ｐ。＝ｐ（ｉ与）一 此可以将（１）式进行加权变换，得到：
（２）
Ｉ／＋＇，△ｙ
在（２）式中，＇，、７’的取值范围分别为Ｏ＜ｒ／≤ｌ，ｌ≤７’≤７。
·医疗卫生装备－２０１０年１２月第３ｌ卷第１２期Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｍｅｄｉｃａｌ ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪｏｕｒｎａｌ·ＶｏＬ３１·Ｎｏ．１２·Ｄｅｃｅｍｂｅｒ·２０１０
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｉｅｌｄ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ａｓｐｉｒａｔｏｒ
ＺＨＵ Ｘｉｎｇ－ｘｉ，ＴＡＮＧ Ｌｉ－ｍｉｎｇ，ｕｕ Ｔｉｅ－ｂｉｎｇ，ＱＩ Ｓｈｉ－ｔａｏ，ＷＵ Ｍｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｏ，ＷＡＮＧ Ｙｕ
（Ｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｈｏｓｐｉｔａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ａｒｅａ Ｃｏｍｍａｎｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００２，Ｃｈｉｎａ）
右运动时，进气１２１单向阀关闭，排气口单向阀打开，活塞将气
５０ｍＬ。储液罐和管道的体积约为２２０ｍＬ。脚踏式负压吸引
缸内气体排出。气液分离接头是将从吸管吸进的气液混合体
器的气缸体积约为２５０ ｍＬ，有效体积为２００ ｍＬ。储液罐和
的气体与液体分离，液体流人到储液罐；储液罐的气体和从吸
管道的体积约为１２００ｍＬ。测试表为医用真空表，量程为
作 临者 床筒 医介学：工朱程兴方喜面（的１９研６３究一）工．作男．ｉ江Ｅ刊丙：翻ｚ订ｈｍ人ｍｇ．ｘｉ硬ｐ士 ｈ＠． ｙａ高 ｈｏ级ｏ．Ｔ程ｔｏ坪ｍ．．ｏ主ｎ；要汤从黎事
明（１９５７一）．男，江苏甫通人，博士，高级ｔ程师．博Ｉ：研究生导师，本刊绾 委．主要从事医学生物工程和卫生装备学方面的研究Ｔ＝作。 作者单位：２ｌ∞０２南京南京军区南京总医院医学工程科（朱兴喜、溺 黎明、刘钦兵、ｔ仕涛、吴ｔ、张超、王羽）
由（３）式计算所得压强值为容器内的压强，负压值为却。＝ ｐ。－ｐ。另外，脚踏式吸引器在活塞运动过程中每次抽吸的气体基 本上不变，而且密封相当好。则竹＊ｌ；手持式吸引器由于每次抽 吸时不能完全到位。且有点漏气，则＇，一Ｏ．６。通过理论计算得到
表１和表２。
襄１ 手持式负压吸引器抽吸 １—６次产生负压理论值
气缸、拉杆、气液分离接头、储液罐和吸管。如图ｌ所示，整体 来看呈驳壳手枪外形．拉杆以下部为支点。上端与活塞杆相
连。支点左边杆和气缸外固定壳连接成为一体，拉杆可沿着握
力的方向牵引着活塞杆作直线运动。在气缸内安装活塞、活塞 杆和弹簧，活塞与活塞杆连接在一起。当活塞杆受到拉杆的拉
动时，活塞与活塞杆一起运动；当拉杆停止拉动时。在弹簧的
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｙ ｔｈｅ ｈａｎｄ－ｈｅｌｄ ａｎｄ ｐｅｄａｌｅｄ ｎｅｇａｔｉｖｅ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｓｐｉｒａｔｏｒ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ
ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｃｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｗｏｕｎｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．Ｉｇｔｔｈｏｄｔ卟ｅ ａｉｒ Ｗａｓ ｓｕｃｋｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｉｓｔｏｎ－ｔｙｐｅ ｄｒａｗｉｎｇ．
管吸进的气体通过与气缸相连的接口被抽吸到气缸内，再通０一－０ １ ＭＰａ．
过气缸排气口排出。在活塞不断来回运动时，储液罐内气体被
４．１．２理论预测
膨胀·在吸管的端口产生负压·从而实现对痰、脓、血、水和堵
手持式负压吸引器和脚踏式负压吸引器的储液罐均与外
塞人体气道通路的异物等吸取出来。
界空气没有隔热层。虽然在活塞运动过程中储液罐的气体在
裹２脚踏式负压吸引器抽吸 １—６次产生负压理论值
次数
负压理论值却一／ＭＰａ
－０．０１２ －０．０２３ －４）．０３２ －０．０４０ －０．０４８ —ｏ．０５４
次数
负压理论值如Ｊ／ＭＰａ
－－０．０１４ －０．０２７ －０．０３７ －．０．０４７ －－０．∞４ －０．０６０
４．１．３测试结果 将储液罐吸人口连接负压表。直接测试活塞抽吸储液罐
为Ｐ；、Ｍ。则第１次排出△．，体积后，容器内气体的压强Ｐ。＝
ｐ‘可｛去矿广。为比热比）．如果进行第２次同样的变化，则
容器内气体的压强ｐ２－－－－ｐ‘可？斫一）斗；如果进行几次同样的
变化。则：
胪ｐ（击备尸
从式（１）中可以得出，当容器内气体的状态发生膨胀变化 时，其压强在不断减小。根据上述原理，我们采用抽取容器内 气体来增大气体体积．每次从容器内抽取一定的气体，使得容 器内的气体密度下降．因每次抽取时时间很短．相当于绝热膨 胀过程。但在实际过程中。采用活塞进行抽取气体不可能是绝 热过程．而是需与外界交换热量，且活塞抽取气体的运动必须
效救治。
如果是理想气体．在任何情况下均满足气体状态方程ＰＶ＝
堕Ｒｒ（其中，Ｐ为容器内气体压强，Ｖ为容器体积，肘为容器
弘
内气体质量．尺为普适气体恒量，ｒ为容器内气体温度，／．ｔ为理 想气体的摩尔质量）。在一定的容器里．若在绝热的条件下（完 全绝热的材料是没有的，根本不与外界交换热量的过程也是 没有的．所以绝热过程也是一种理想过程）气体体积发生变 化。则根据气态方程町知其压强将会按照一定的规律变化。 设某理想气体在一定的容器内。其开始状态为Ｐ、Ｖ、Ｔ、肘，每 次增大的体积为ＡＶ．当把ＡＶ体积排出ｉ次后其变化状态