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。

雖然呼吸機至關重要，但對于無法自行呼吸的患者，與任何醫療過程一樣，呼吸機是救生設備，但存在某些風險因素，特別是對于那些長時間連接到呼吸機的患者。

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央管感染、嚴重膿毒癥和呼吸道感染而導致的死亡率。

雖然預防任何種類的肺炎是所有醫療專業人員的目標，但有一些原因需要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的通氣患者的醫院死亡率為46%，而未發生VAP的通氣患者的醫院死亡率僅為32%。

VAP延長了在呼吸機上花費的時間以及患者在ICU中的時間長度和從ICU出院后的整體住院時間，估計為典型的住院增加了40，000美元。

總的來說，最好的防御是一個好的進攻 - 減少患者插管的時間可以降低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）是降低患者風險、正確操作和最佳成本管理不可或缺的一部分。患者從呼吸機上下來的速度越快，發生 VAP 的機會就越小。

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測來提高安全性，同時在復雜的環境中提供卓越的性能，從而在不破壞資金的情況下改善患者的治療效果。

因此，像漢密爾頓醫療這樣的公司正在開發創新的呼吸設備，如漢米爾頓-S1，其INTELLiVENT-ASV技術，提供氧合和通氣的自動調整，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，可顯著縮短患者的通氣時間。

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

精密的嵌入式電子產品實現移動化

隨著醫療設備的移動性，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通信的骨干以及提高患者安全性是必要的。

緊湊型計算機模塊（COM）已被證明是將呼吸機的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，并最終提高患者安全性。由于COM是位于小型模塊上的完整計算機，可以放置在堅固的外殼內，因此在醫療設備開發中提供了巨大的技術和設計優勢。

這些一體化模塊包括不固定于任何應用特定功能的硬件（CPU、芯片組、存儲器、I/O），以及用VHDL代碼編程的FPGA，用于用戶定義的I/O。

這些模塊基于 MEN Mikro 開發的嵌入式系統模塊 （ESM） 規范，該規范定義了一個非常接近 PMC 格式的 71 x 149 mm 外形。事實上，這允許在一個 6U 載卡（例如，CompactPCI 或 VME）或一個 ESM 和兩個 PMC 上使用最多三個 ESM。直接在 CPU 模塊上支持 FPGA，可實現靈活的用戶定義 I/O 擴展。

多功能 ESM 模塊采用堅固的 PCI-104 型連接器和焊接組件，可承受 11 ms 內 15 g 的沖擊和 10 Hz 至 150 Hz 的 2 g 振動（正弦）以及 10 g 的沖擊 16 ms。

它們設計用于在 -40 °C 至 +85 °C 的溫度下工作，并且在惡劣的醫療環境中使用時，可以進行保形涂層，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，使得體積、重量、溫度、液滴和濕度的考慮因素變得越來越重要。

許多呼吸機都依賴于這種 ESM COM 概念，利用基于可靠的 PowerPC CPU 的標準組件，該 CPU 具有 32 位處理器，工作頻率高達 400 MHz 和 700 MIPS。這些器件的 FPGA 非常 靈活， 根據 版本， FPGA 可 加載 最多 32 個 標準 和 定制 IP 核 （表 1）。通過FPGA，實現了必要的靈活性和對應用的適應性。通過為此目的而優化的載板，可以連接到設備和特定于應用的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。安全關鍵型 SPI 內核控制和監控通風壓力和流量。

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，構成控制周期的最終行為。監視部分要求每10毫秒讀取一次8個ADC通道。

在沒有 PowerPC CPU 參與的情況下，數據將被預處理，使系統容量保留在 PowerPC 上作為其他任務的儲備。因此，即使通風在最高負載水平下工作，與控制面板的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，安全報警功能是通過處理器對COM進行冗余監控來運行的，并通過可編程邏輯對載波進行冗余監控。

由于呼吸機需要更復雜，更易于使用，以便在保持可運輸性的同時防止錯誤，因此所描述的可靠地控制設備的COM概念在更小的空間內提供了標準計算機的完整功能。

緊湊型計算帶來的巨大優勢

由于它們在單個電路板上集成了完整的計算系統，因此這些模塊在更小的空間內帶來了更多的處理能力。使用載卡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中的使用。智能通風可以利用這項技術來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