（生物医学工程专业论文）多呼吸机网络监控平台的设计与实现.pdf

山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ev e n t i l a t o r ( o ra n e s t h e s i av e n t i l a t o r ) i sn e c e s s a r yt os a v et h ep a t i e n t si nm o d e m h o s p i t a l s i to f t e np l a y si m p o r t a n tr o l e si nd e l a y i n gt h ep a t i e n t sl i f ea n d b u y i n gt i m ef o rl a t e r t r e a t m e n t s a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tt r e a t m e n tp u r p o s e ，t h em a c h i n e r y o fv e n t i l a t o rp r o v i d e s b r e a t hs u p p o r tf o rt h o s ep a t i e n t sw h oa r ei nt r o u b l eo fr e s p i r a t o r ye m b a r r a s s m e n t s oi t i s w i d e l yu s e di nt h ee m e r g e n c yr o o m ，o p e r a t i n gt h e a t r e ，i c ua n do t h e r b r e a t ht r e a t m e n t s i nr e c e n ty e a r s ，a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , t h ei n t e l l i g e n c eo f v e n t i l a t o ri sd e v e l o p e dc o n t i n u o u s l y t h ed e v e l o p i n gp r o c e s so fv e n t i l a t o r , w h i c hi st u r n e d f r o mt h es i m p l em a c h i n e r yc o n t r o lt ot h ec o m p u t e rc o n t r o l ，i sap r o c e s st h a tt h ec o n t r o lo f v e n t i l a t o rb e c o m e sm o r ea n dm o r ei n t e l l i g e n t a l o n gw i t ht h ec o n t i n u o u s l yd e v e l o p i n go f t h e e l e c t r o n i c sa n dm a c h i n et e c h n i q u e ，t h ef u n c t i o no fv e n t i l a t o r a t t a i n sp e r f e c t ，a n di t s a p p l i c a t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r ee x p a n d e d m a n yl a t e m o d e l v e n t i l a t o r sw h i c ha l e c o n t r o l l e db ym i c r o c o m p u t e ra r ea p p l i e dt oc l i n i c a lm e d i c i n e c u r r e n t l y , i nt h em o d e mh o s p i t a l ，t h e r ea r es e v e r a lv e n t i l a t o r su s e di no n e s e c t i o ns u c h a si c u i nt h em e a n t i m e ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi t sd i g i t a lf u n c t i o n ，t h e s ev e n t i l a t o r sc a nb e c o n n e c t e dt oac e n t r a lc o m p u t e rc o n v e n i e n t l y t h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r s ，t r e n dd i a g r a m sa n d a la r r ne v e n t so fav e n t i l a t o rc a l lb ed e l i v e r e dt ot h es e r v e ri nt i m eb yt h en e t w o r k w h i c hc a n c a r r yo u tt h er e a l t i m em o n i t o ro f t h ev e n t i l a t o rp a r a m e t e r sa n dp a t i e n t s i n f o r m a t i o n ，t h e r e b y w ec a i lk n o wa b o u tt h ec o n d i t i o no fe a c ht e r m i n a l ，a tt h es a m et i m et h ed a t ac a nb em a n a g e d d y n a m i c a l l ya n dc e n t r a l l y , m o r e o v e ri tc a n b eab a s i cp a r to ft h em e d i c a lt r e a t m e n ts y s t e m h lt h em e 锄t i m e ，a l lt h ed a t ao fc l i n i c a lt r e a t m e n tc a nb ea n a l y z e db ym e a n so f m e d i c a l s t a t i s t i c s ，w h i c hc a nh e l pp e o p l es t u d y i n gt h e t r e a t m e n tm e t h o da n dm e a n so fv a r i o u s d i s e a s e s i ti sa d v a n t a g e o u st ot h et r e a t m e n tl e v e lo fh o s p i t a l ，a n d c a l lp r o m o t et h e d e v e l o p m e n to fm e d i c a ls c i e n c e t h i ss u b j e c tl a y se m p h a s i so nt h ed e v e l o p m e n to fs o f t w a r e t h em a i np u r p o s ei st o s t u d yh o w t oc o n n e c tt h e s ev e n t i l a t o r sd i s t r i b u t e di nv a r i o u sr o o m s t oac e n t r a lc o m p u t e rb y t h e i rd i g i t a li n t e r f a c e sa n dt os h o wt h ei n f o r m a t i o no nt h er e m o t em o n i t o r a c c o r d i n gt ot h e c l i n i c a lr e q u e s t , w ee s t a b l i s hac o n v e n i e n c ev e n t i l a t o rn e t w o r km o n i t o rp l a t f o r m b yt h i s p l a t f o r m ，w ei n t e g r a t em a n yv e n t i l a t o r st oac e n t r a lm o n i t o rs y s t e mw h i c hc 觚h e l pt h e m e d i c a lp e r s o n n e lu s et h ep a r a m e t e r sc o n v e n i e n t l y t h es o f t w a r em a i n l ya c c o m p l i s h e st h o s ef u n c t i o n ss u c ha sr e a l - t i m em o n i t o r i n go ft h e v e n t i l a t o r s p a r a m e t e r s s u f f e r e r i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t ， v e n t i l a t o ri n f o r m a t i o n u 山东大学硕士学位论文 m a n a g e m e n t , e t c t h et e c h n o l o g y , s u c ha sd e l p h i7a n ds q ls e r v e r2 0 0 0a r eu s e d t h ec o m p u t e rc o u l db e a t t a c h e dd i r e c t l yt ot h er s 一2 3 2c o n n e c t o rl o c a t e do nt h er e a rh o o do ft h ev e n t i l a t o rw h i l et h e a p p r o p r i a t eb a u dr a t ef o rc o m m u n i c a t i o ni ss e to nt h em a c h i n e k e y w o r d s ：v e n t i l a t o r ，n e t w o r km o n i t o rp l a t f o r m ，c o n t r o l s ，s o f t w a r ed e v e l o p m e n t 山东大学硕士学位论文 i v 缩略词与注释表 缩写英文名称中文名称 a c ma s s i s tc o n t r o lm o d e 辅助控制通气方式 心a s s i s tv e n t i l a t o rm o d e 辅助通气方式 c vc o n t r 0 1v e n t i l a t o rm o d e 控制通气方式 c p a pc o n t i n u o u sp o s i t i v ea i r w a yp r e s s u r e 持续气道正压 i c ui n t e n s i v ec a r eu 1 1 i t 重症监护室 m m v m a n d a t o r ym i n u t ev o l u m e v e n t i l a t i o n 分钟指令性通气 m e c h a n i c a lv e n t i l a t o r 机械通气 p c p r e s s u r ec y c l i n g 压力切换 p c v p r e s s u r ec o n t r o l l e dv e n t i l a t o r 压力控制通气 p e e pp o s i t i v ee n d e x p i r a t o r yp r e s s u r e 呼气末正压 p s vp r e s s u r es u p p o r tv e n t i l a t o r 压力支持通气 s i m vi n t e r m i t t e n t 呦v e m l a t o r 同步间歇强制通气 v cv o l u m ec o n t r o l 容量切换 c o m p o n e n t c o m p o n e n t组件 c o n t r o lc o n t r o l控件 s i g hs i g h 叹息 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的 成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：硅墨壅i日期：垒塑：垒兰 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关 部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名：丛、r 。( 盯 山东大学硕士学位论文 1 前言 呼吸机与麻醉机是当前大型医院必备的抢救设备，是延长病人生命为进一步治疗争 取宝贵时间的重要工具。它通过机械装置根据不同的治疗目的，为呼吸功能不全的危重 病人提供呼吸支持。在急救、麻醉、重症监护室和呼吸治疗领域中正愈来愈广泛使用【l 】。 呼吸机的发展经历了从简易的机械控制到全电脑控制的智能化的过程。随着电子和 机械技术水平的不断提高，呼吸机的性能日臻完善，其适用范围也日益扩大和普及。 1 1 呼吸机发展历程和研究现状 1 1 1 呼吸机的发展历程 近代呼吸机的发展，最早始于1 9 1 5 年哥本哈根的m 0 1 g u a r d 和l u n d ，以及1 9 1 6 年，斯德哥尔摩的外科医师g i e r t z 。1 9 2 6 年，d r i n k e r 受其作为生理学家的弟弟c e c i l 和同事s h a w 进行动物实验时所用的体积描记仪的启发，将一只注射箭毒的猫放于体描 箱内，发现呼吸肌麻痹的猫可通过体描仪内压力的变化面通气。于是d r i n k e r 与s h a w 决定制造一个人体大小的箱式通气机。 在3 0 至4 0 年代欧美脊髓灰质炎大流行时，铁肺、双人铁肺、胸甲式和带式等体负 压通气机大量应用于临床，尽管取得了一些效果，但其固有的缺陷暴露无遗：一是疗效 极低，其治疗呼吸衰竭的总死亡率高达8 0 ，对战伤所致的急性呼吸窘迫综合征 ( 创m s ) 的治疗未获成功；二是气道管理困难，气道分泌物难以排出；三是不能应用 于外科手术麻醉中【2 】。 1 9 3 4 年f r e n k n e r 研制出第一台气动限压呼吸机一“s p i r o p u l s a t o r ，它的气源来自钢 筒，气体经两只减压阀，产生5 0 e r a 水柱的压力。呼气时通过平衡器取得足够的气流， 吸气时间由开关来控制，气流经吸入管道进入肺，当内压力升至预计要求时，阀门关闭， 呼吸停止。1 9 4 0 年，f r e n k n e r 和c r a f o o r d 合作，在“s p i r o p u l s a t o r 的基础上进行改进， 使之能与环丙烷同时使用，成为第一台间歇正压通气( i p p v ) 麻醉机( s p i r o p u l s a t o r ) 并 应用于胸外科手术患者和战伤a r d s 的抢救中，获得成功。 山东大学硕士学位论文 1 9 4 2 年美国工程师b e n n e a 发明一种采用按需阀的供氧装置，供高空飞行使用。以 后又加以改进，于1 9 4 8 年由b e n n e t t 公司研制出第一台初具现代呼吸机基本结构的间 歇正压呼吸机t b 2 p ，并应用于临床，以治疗急、慢性呼吸衰竭。自此气控气动压力 限制型呼吸机一度成为正压通气机的主流形式。这一时期的主要代表机型为b e n n e t p r - 1 a 和b i r dm a r kv i i 等，属于现代第一代呼吸机。但在临床实践中发现这类正压呼 吸机常常不能保证有效的潮气量。为弥补这一不足，设计者们首先开发了容量监测功能 装置，然后开始探索研制容量限制型呼吸机。1 9 5 1 年瑞典的e n g s 仃o mm e d i c m 公司生 产出第一台定容呼吸机e n g s 仃o m l 0 0 取代了当时的“铁肺”，救治了大量的由流行性小儿 麻痹引起的呼吸衰竭病人。许多工程师、医师等投入呼吸机的研究，欧洲各国纷纷生产 出代表呼吸机达到1 0 种类型。自此，正压通气技术达到了一个新的水平。 5 0 年代开始，由于心脏外科的发展越来越多的医师认识到机械呼吸的优点。1 9 5 5 年j e f f e r s o n 呼吸机是美国市场上首先使用最广的呼吸机之一。此外，还有m o r c h 、 s t e p h e n s o n 、b e n n e t t 和乌牌呼吸机等四种类型【3 】。 这些早期的现代呼吸机采用的是活塞、风箱等气控、气动机械性技术，灵敏性不高， 监测功能不完善。至6 0 至7 0 年代，随着物理学的发展，电子技术被引进到呼吸机的设 计中，气动能源实现了电子设备控制；由电位计所控制的容量压力监测系统和报警系统 亦被开发出来，这些都大大方便了临床实践。进入6 0 年代，呼吸机的应用更为广泛， 1 9 6 4 年e m e r s o n 的术后呼吸机，是一台电动控制呼吸机，呼吸时间能随意调节，是一 台电子线路的呼吸机，配备压缩空气泵，各种功能均由电子调节，根本改变过去呼吸机 纯属简单的机械运动的时代，而跨入精密的电子时代。 1 9 7 0 年利用射流原理的射流控制的气动呼吸机研制成功，是以气流控制的呼吸机。 全部传感器、逻辑元件、放大器和调节功能都是采用射流原理，而无任何活动的部件， 但具有与电路相同的效应。 这类由电子设备控制的第二代呼吸机具有代表性的主要有b e n n e t tm a 、e n g s t r o m 2 0 0 和s e r v o9 0 0 等型呼吸机。这一时期，随着大量临床经验的积累和研究，一些新的 机械通气观念和技术得以发展和应用，如呼气末正压( p e e p ) 、持续气道正压( c p a p ) 、 间歇指令通气( i m v ) 、同步间歇指令通气( s i m v ) 【4 】。 自8 0 年代以来，随着人们对呼吸生理的深入了解，新的设计思想( 如流体控制原 理) 的采用，以及电子计算机技术的引进，设计者们研制出多种第三代新型呼吸机。它 2 山东大学硕士学位论文 们的功能齐全，性能先进，可靠耐用，集定压、定容于一体，兼容多种新的大有前途的 通气模式，部分机型还具备智能化功能。开发出多种新的通气模式，其中部分模式具有 智能化功能，如压力支持通气、压力调节容积控制通气、容积支持通气、压力释放通气、 双相气道正压通气、适应性支持通气、适应性压力通气和容积保障压力支持通气等，其 共同特点是比以往的辅助通气模式更加接近生理状态。监测、警报系统更加完善，应用 了自动反馈调节系统和自动较正系统，使调节更加简单，增加了安全性。部分机型还具 有相应的通讯接口，可连接计算机和监护仪，为临床提供更多的资料和数据。这一类呼 吸机的代表机型有h a m i l t o ng a l i l e o ，s e r v 0 9 0 0 c ，s e r v o3 0 0 ，n e w p o r te 2 0 0 ，b e n n e t t7 2 0 0 、 7 2 0 0 a e 和e n g s t r o me l r i r a 等型呼吸机。美国伟康公司于1 9 8 9 年研制出双水平气道正压 通气模式，尤适宜于睡眠呼吸暂停患者纠。 进入9 0 年代，呼吸机不断向智能化发展，计算机技术的应用使呼吸机的性能更臻完 善。随着光电一体化、微电脑处理器、传感器等技术的不断提高，呼吸机也不再仅限于 在急救医学上的应用，高档治疗型呼吸机例如睡眠呼吸治疗机和用于新生儿、早产儿的 高频振荡呼吸机均已用于临床。呼吸机的发展趋向于3 个方面：微电脑( 智能化) 控制、 高精度微传感器( 压力、流量传感器等) 、快速反应的活瓣( 阀门) 系统。国际著名的麻醉 呼吸大厂商d a t e x o h e m d a 、d r a g e r 、s i e m e n s 、t y c o 、伟康瑞：l ：h a m i l t o n ( 夏美顿) 、英国 r o y a l ( 皇家) 、美 雪n e w p o r t ( 纽邦) 、英 p e n l o n ( 攀龙) 、英国b 1 e a s e ( 百斯) 、美国p s i 、法 蚕k o n t r o n ( 康强) 、法国t a e m a ( 天马) 、英国s l e 等都相继推出了大批先进的机型适应目前 医疗发展。 我国呼吸机的研制起步较晚，1 9 5 8 年在上海研制成钟罩式正负压呼吸机。1 9 7 1 年制 成电动时间切换定容呼吸机。8 0 年代末至今，我国呼吸机正逐渐与国际呼吸机的技术发 展水平接轨。现在国内许多厂家已经能研制出适合各种病情的多模式高档呼吸机。除了 以往的呼吸麻醉厂家几大老牌厂商如航天长峰、江苏宁泰、谊安医疗、上海医疗设备厂、 深圳晨伟等，还涌现出一些新面孔如江西特力、江苏航泰、河南新乡磁疗器械厂，这些 新厂家的市场意识强，可谓应时而出、应运而生【6 】。 1 1 2 呼吸机的分类 ( 一) 按照压力方式及作用 ( 1 ) 体外式负压呼吸机：如早期的铁肺、胸盔式呼吸机等；( 2 ) 直接作用于气道的 3 山东大学硕士学位论文 正压呼吸机：现代呼吸机均为此种类型。 ( - - ) 按照动力来源 ( 1 ) 气动呼吸机；( 2 ) 电动呼吸机；( 3 ) 电控、气动呼吸机。 ( 三) 按照吸气向呼气的切换方式 ( 1 ) 压力切换型；( 2 ) 容积切换型；( 3 ) 时间切换型；( 4 ) 流速切换型；( 5 ) 联合 切换型。 ( 四) 按通气频率的高低 ( 1 ) 常规频率呼吸机：目前常用的呼吸机多为此种类型；( 2 ) 高频喷射呼吸机：可 控制频率在l 2 0 h z ； ( 3 ) 高频震荡呼吸机：频率在5 0 h z 以上。 ( 五) 按应用对象 ( 1 ) 成人呼吸机；( 2 ) 小儿呼吸机；( 3 ) 成人一小儿兼用呼吸机。 ( 六) 按呼气向吸气转化的方式 ( 1 ) 控制型；( 2 ) 辅助型或同步型；( 3 ) 混合型多功能呼吸机。 ( 七) 按呼吸机的复杂程度 ( 1 ) 简易呼吸机：早期的呼吸机及应急用呼吸机多为此种类型；( 2 ) 多功能呼吸机； ( 3 ) 麻醉用呼吸机；( 4 ) 智能化呼吸机。 ( j k ) 按驱动气体回路 ( 1 ) 直接驱动呼吸机( 单回路) ；( 2 ) 间接驱动呼吸机( 双回路) 【7 1 。 1 1 3 呼吸机的功能、工作模式及参数 依据呼吸触发方式，吸气流速限制和通气切换控制方式，可把机械呼吸类型分成四 类：指令( 控制) 、辅助、支持、自主呼吸四种类型【8 d o 】。 控制通气由机器定时触发，而辅助、支持、自主通气则由病人用力来启动。所谓机 械通气模式，实际上是以上四种模式的理想结合和不同组合。 ( 一) 控制通气( c ：呼吸机以预设频率定时触发，并输送预定潮气量、呼吸机完 全代替病人的自主呼吸。要设定的参数：潮气量或吸气压力、呼吸频率、吸呼比。7 ( - - ) 辅助通气( a v ) ：在病人吸气用力时依靠压力或流量来触发，触发后呼吸机按 预设潮气量或吸气压力、呼吸频率、和吸呼比将气体传送给病人。要设定的参数：呼 4 山东大学硕士学位论文 吸频率、潮气量吸气压力、吸呼比、触发灵敏度。 ( - - ) 辅助控制通气( a c m ) - 该模式将辅助通气和控制通气结合应用，病人的吸气 用力可触发呼吸机送气，若病人无力触发或自主呼吸频率低于预设值，则机器以预设频 率向病人通气。应用的参数：触发灵敏度、呼吸频率、潮气量、吸气流速等。 ( 四) 压力控制通气( p s v ) ：这是一种辅助通气压力功能，即患者先触发通气，呼吸 机在呼气时给患者一定水平的正压支持，以减少患者吸气时的做功，有利于呼吸肌功能 的恢复，当吸气流速降至初始值的2 5 ，吸气转化为呼气。预调参数：吸气触发灵敏度 和压力支持水平。 ( 五) 间歇指令通气( i m v ) ：此方式时，呼吸机按预调的通气参数送气，在两次 指令通气间歇期，允许病人自主呼吸。预设参数：潮气量、吸气流速、呼吸频率、触发 灵敏度。 ( 六)同步间歇指令通气( s i m v ) ：此功能与i m v 的区别在于它可与病人的自主 呼吸同步，避免了自主呼吸与机械呼吸之间可能存在的不协调现象。 ( 七) 持续气道正压( c p a p ) ：此模式下，病人自主呼吸，当吸气努力达到或超出灵 敏度阈值时，机器检测到自主呼吸频率，在整个呼吸周期，气道压力将被维持在临床设 定的呼气末正压( p e e p ) 水平。 ( 八)分钟指令通气( m ) ：当病人自主通气量低于设定值，不足部分由呼吸 机自动补给，若自主通气量超过设定值，则呼吸机停止气体供给。预设参数：潮气量、 呼吸频率、分钟通气量。 ( 九) 其它通气方式还包括：叹息功能( s i g h ) 、间歇正压通气( i p p v ) 、压力增强( p a ) 等。 ( 十) 辅助功能 ( 1 ) 监测功能：现代呼吸机有较完备的监测功能，除进行呼吸机频率、潮气量、 气道压力等呼吸机基本通气功能监测外，还可以进行肺顺应性以及肺活量等方面的监 测，使医务人员能比较及时地掌握呼吸机的工作状况和病人的病情变化。 ( 2 ) 报警功能：呼吸机采用光学与声学相结合的方法进行报警，报警的内容 一般包括电源、气源状况，呼吸频率，潮气量，气道压力，温度、吸呼比值等。 ( 3 ) 记录功能：某些呼吸机还具有记录功能，可直接与打印机连接，能回顾并 打印过去1 2 d x 时内机械通气的重要参数、波形、趋势图及图表等，并可与监护系统相联 以储存显示并记录临床资料。 5 山东大学硕士学位论文 1 1 4 发展趋势 近2 0 年来，呼吸机的发展非常迅速，临床应用日趋广泛，已经积累了不少经验， 有关呼吸机对人体的影响也有了更多的了解，同时也发现了一些待解决的问题，临床上 也提出了一些新的要求，正是这些问题和要求促进了呼吸机的发展。为了满足这些要求， 目前新一代的呼吸机的性能较以往有了很大的改善。如在呼气、吸气转换上，高档机均 有两种以上的切换方式；在通气上力求使病人更舒适，减少病人的呼吸功，触发的敏感 度越来越高；而最关键的是计算机在呼吸机上应用，微机替代电子控制不但减低了成本， 而且误差小，操作更直观、方便，计算机具有自检系统，可以自我检查故障，缩短保养 和维修的时间。可以预测，未来的呼吸机将绝大多数用微机控制，呼吸机微机化程度决 定了呼吸机的档次【1 1 】 可自动调节的通气方式是高端发展方向之一。例如适应性支持通气( a d a p t i v e s u p p o r tv e n t i l a t i o n ，a s v ) 、可变吸气辅助通气( v a r i a b l ei n s p i r a t o r ya i d sv e n t i l a t i o n ，v i a v ) 等能够实时监测阻力、顺应性、呼气时间常数，根据逻辑控制原理，自动寻找理想的通 气频率或潮气量；成比例辅助通气( p r o p o r t i o n a l a s s i s t v e n t i l a t i o n ，p a v ) 能输送和患者吸 气用力成比例的自主呼吸能力，患者自己支配呼吸方式和通气水平，呼吸机输送的压力 支持完全与自主呼吸用力同步。这些智能化通气模式大大降低了医生的工作强度。 报警系统日趋完善。除了常见的：电源、气源声光报警，压力、容量、流量、分 钟通气量、潮气量、吸气呼气时间、吸气呼气氧浓度等上下阈值报警外：还增添了其 他报警功能，如窒息通气( a p n e av e n t i l a t i o n ) 功能，即呼吸机可以对患者在预定时间触发 失败后，自动从支持通气切换到控制通气模式，并同时报警。各种性能更完善，操作更 直观，实现真实的人机对话1 1 2 1 。 1 2 课题的研究目的及意义 在医院中，一个科室会有几台呼吸机同时使用，作为医疗救护的重要设备，呼吸 机集成化、数字化功能的提高：使其可方便用于联网，通过中央工作站监护i 处理系统， 可实现对呼吸机参数及病人信息的实时监控，更好地了解各终端的工作和状态数据，实 现数据动态、集中管理与共享，成为数字化医疗系统建设的基本组成部分。 目前大部分医院多配有中央监护系统，其终端机主要是床边多参数监护仪，对病 人的生理体表参数进行实时动态监护。在呼吸机使用率较高的科室如：手术室、呼吸感 6 山东大学硕士学位论文 染科、急症室和i c u ，如何对多台同时使用的呼吸机进行更好更完善地管理，目前尚是 一个比较新的项目。 现在临床使用的多功能呼吸机，大多具有r s 2 3 2 数字接口，这为呼吸机网络通信 提供了最重要的依据，使本课题的最终实现成为可能。 本课题主要侧重于软件的开发，主要是编写监控系统的管理窗口和数据采集窗口的 程序。通过网络监控平台，医护人员可随时查看分布在各个房间的呼吸机的实时数据， 了解患者病情的发展，以及呼吸机的工作状态。呼吸机应用时，根据呼吸机的机型不同， 患者病情不同，采用的呼吸模式的不同，其所选择的工作参数也有所差别。根据不同情 况，在监控平台上设定呼吸机相应的报警参数，一旦超出限定值，呼吸机的预警系统即 可对此发出声光双向的报警提示，及时通知医护人员。中央监护网络则可将呼吸机机械 通气的重要参数、趋势图、报警事件及时传送给服务器，进行显示，储存记录。同时， 通过计算机将各个患者使用呼吸机的临床治疗效果进行医学统计分析，可更好地了解各 种病症的治疗方法及手段，有利于医院的治疗水平的提高，促进医学的发展。 1 3 论文的主要内容及结构安排 论文的内容分为五章，具体的章节安排如下： 第一章前言：介绍呼吸机的发展历程、研究现状和发展趋势，概括介绍了呼吸机的分 类、功能以及工作模式和参数的设定。对多呼吸机网络监控平台这一课题的 提出及研究的研究目的及意义进行了说明。 第二章系统分析及整体设计：简要介绍系统开发前进行的相关系统调研以及系统开发 过程中所采用的程序开发工具以及相关数据库设计中所涉及的呼吸机类型。 对呼吸机网络监控平台进行了整体设计，包括系统的各个功能模块的描述及 系统操作流程图。 第三章呼吸机网络监控平台的开发与实现：按照已划分的各功能模块运用程序开发工 具进行详细的布局设计和代码的编写。 第四章硬件实现方法与系统测试：探讨说明系统在硬件方面的实现方法以及对整个系 统进行测试的结果。 第五章结论与展望：对论文的研究工作及取得的成果进行总结，并展望了课题进一步 的研究方向。 7 山东大学硕士学位论文 2 系统分析及整体设计 本章简要介绍了对系统开发前进行实际调研的相关信息，了解目前医院临床呼吸 机方面的使用与管理情况。进而对用户的设计要求进行了相应的技术可行性分析，并对 在系统开发过程中所采用的程序开发工具以及相关数据库设计中所涉及的呼吸机类型 作一个简单介绍。在了解用户的实际需求后，在这一章中，对整个多呼吸网络监控平台 的系统开发进行详细的模块划分，针对每个模块将要实现的功能进行描述，给出整体的 系统操作流程图。 2 1 系统调研 正式开发多呼吸机网络监控平台之前进行调研是非常必要的，明确用户的要求，以 根据调查结果进行可行性分析，确认系统的开发是否可行。 在进行系统开发前，先要了解目前医院临床呼吸机方面的使用与管理情况，即医院 临床病人一呼吸机系统的管理。 长期以来，作为常用的急救设备，呼吸机一直在临床一线发挥着重要的作用。呼吸 机的操作、管理及维修，直接关系到临床工作中对病人生命的抢救成败。在医院的i 临床 工作中，有一个病人一呼吸机( p v ) 系统的管理【1 3 】。病人的一般评估和生理性数据的收 集为病人一呼吸机系统的管理提供了基础。正在接受生命支持的病人应经常被评估以保 证他们的安全、舒适。对支持的一个病人呼吸机系统( p v 系统) 的检查是对呼吸机 系统和病人对呼吸机反应的书面评估，这些“p v 检查”主要包括以下几点： ( 一) 病人参数和呼吸机设置的确定；( 二) 医嘱的记录、保存；( 三) 呼吸机正常 工作的确定；( 四) 病人对呼吸机支持的临床观察记录。 ( 一) 病人参数和呼吸机设置的确定 在进行p v 系统检查时必须得包括相关的病人参数和查看呼吸机的设置。有几种 第三代呼吸机可以把这些数据输出到打印机。虽然这样可以节约记录时间，但呼吸师还 应人工检查每一个参数。 ( - - ) 医嘱的记录、保存 8 山东大学硕士学位论文 呼吸机支持的医嘱必须存档。呼吸机支持的医嘱最好包括以下方面：预期的 p a c 0 2 、p t c c 0 2 和或p a 0 2 、s p 0 2 、p t c 0 2 或s a 0 2 ：为了达到预期的a b g 结果参数 的变动范围。( 如模式、潮气量、气道压、频率、f i 0 2 ) 实际的呼吸机设置和医嘱之间 的任何差异均应被调查和解决。一些临床医生建议各参数均应符合最后一次有效医嘱。 ( 三) 呼吸机正常工作的确定 p v 系统检查应包括确保呼吸机正常工作，这些检查包括确定呼吸机是工作的；病 人环路有恰当的连接；气道脱开报警功能正常；设置恰当。最后，在呼吸机接到病人之 前或任何时候环路被更换，重新装配，都应进行检查。 ( 四) 病人对呼吸机支持的临床观察记录 呼吸师应该把重点始终放在病人评估上，而不是简单地检查呼吸机工作状况和记录 参数。p v 系统检查表中列举了主要病人评估项目。在评估呼吸频率时，应同时包括呼 吸机的和病人触发的自主呼吸两方面。在a c 模式中，呼吸机一般能显示病人触发的 呼吸。在i m v 模式中，自主呼吸也能被显示，但应观察病人的胸部起伏以证实通气是 否有效，同时结合压力表上的负压显示或自主呼吸的波形显示。根据病人的临床观察， 确定病人一呼吸机的同步性，调整触发水平、潮气量，通过流速，容量，压力曲线可 表明病人在接受呼吸机支持过程中环路、仪器中的某些问题。 在了解了呼吸机的日常使用及人员操作等方面的相关知识后，才会对整个系统的开 发做出初步的认识。该呼吸机网络监控平台应具有多个功能，包括患者管理，呼吸机管 理，患者上机准备，数据采集，表格打印等。用户的工作一般包括：新建患者( 如有新 呼吸机投入使用，则亦需新建呼吸机) ；患者上机准备，设定呼吸机工作参数以及参数 报警范围；进入数据监控窗口；患者撤机时，填写“撤机日期”；对以往患者资料、呼吸 机资料进行查询，结果保存及打印工作等。在了解到用户的以上需求后，才能进行下面 的设计工作。 2 2 系统可行性分析 2 2 1 研究方法 本课题要实现的功能就是要将对患者及呼吸机数据进行管理，提供一个方便可靠的 平台，对多台呼吸机进行网络监控。 程序设计采用d e l p h i 开发，数据库则采用s q l 2 0 0 0 数据库。 9 山东大学硕士学位论文 数据库设计表时所参考的呼吸机型号为：美国熊牌b e a r1 0 0 0 b a s i c 型呼吸机。 2 2 2 开发工具的选择 现在，市场上可以选购的应用开发产品很多，流行的也有数十种。目前在我国市场 上最为流行、使用最多、最为先进的可用作企业级开发工具的产品有：v i s u a lb a s i c ，v i s u a l c ，d e l p h i ，j a v a 等。在这其中，d e l p h i 是美国b o r l a n d 公司推出的一种基于o b j e c tp a s c a l 语言的面向对象的开发工具【1 4 1 ，使用其集成开发环境可以快速地建立应用程序，即可 开发本地类型的软件，又可开发客户服务器类型的程序，并提供了丰富的数据库管理 工具，在开发数据库应用程序方面具有独特的优势。它具有面向对象编程，支持团队开 发，提供工程管理和对数据库的良好支持等特点。它以可视化开发环境、简洁明快的编 程语言、功能强大的组件、优化的源代码编译器、可扩展的数据库访问引擎等特征，成 为一个功能全面而强大的软件开发产品，深受广大的程序员所喜爱。 d e l p h i 使用“可视化的编程方法，程序员不必自己建立对象，利用d e l p h i 提供 的可视组件，只需在提供的程序框架中加入完成功能的代码，而不必考虑按精确次序执 行的每个步骤。在这种机制下，不必编写一个大型的程序，而是建立一个由若干微小程 序组成的应用程序，这些微小程序由用户启动的事件来激发。这样就可以快速创建强大 的应用程序而无须涉及不必要的细节。 d e l p h i 的主要特点体现在以下几个方面【1 5 , 1 6 】： ( 1 ) 功能强大的可视化开发设计环境 ( 2 ) d e l p h i 的编译器是目前世界上最快的3 2 位本地代码( 源代码) 编译器。使用这种 编译器产生的运行文件是独立的，不需要链接运行时的解释器d l l 。 ( 3 ) 可执行程序对开发环境的依赖性很小 ( 4 ) 基于组件的可复用性和可扩展性 ( 5 ) 强大的数据库开发功能 2 2 3 系统开发设计中所涉及到的呼吸机 在系统开发过程中，系统数据库相关表的设计是以目前医院科室在用的熊牌b e a r 1 0 0 0 型呼吸机作为参照进行设计的。美国b e a r l 0 0 0 系列呼吸机【1 7 1 ，为上世纪9 0 年代 末最新产品，具有先进的临床功能，如：压力斜波，可调节流量变化快慢，适应不同的 1 0 山东大学硕士学位论文 顺应性，压力支持，能保证每次呼吸容积；触发迅捷，最小分钟通气量，方便医生定量 及安全帮助病人脱机。具有多种呼吸模式：a c v 、s i m v 、c p a p 、p s v 、s i g h 、m m v 等，方便医生选择。 机器的控制参数有：潮气量、呼吸频率、峰值流速、氧浓度、触发灵敏度、p e e p 等；监测数据有呼出潮气量、分钟通气量、总呼吸频率、峰压等；报警有：吸呼比、机 器自检、气源故障、分钟通气量、总呼吸频率、吸入峰压等。 2 3 呼吸机网络监控平台的整体设计 2 3 1 系统模块及功能描述 本系统主要包括病人基本资料管理，呼吸机基本资料管理，病人上机及数据采集等 模块，另外还包括进行系统管理的一些辅助模块。 ( 一)患者管理 ( 1 ) 病人基本资料录入：患者的基本资料包括病人的住院号、姓名、床位号、病人 所在科室、性别、年龄、体重、血型、主治医生、入院日期、出院日期、使用呼吸机编 号、临床诊断等。对这些基本信息进行“添加 、“修改”、“删除 、“保存 等编辑与维 护。同时，按照用户的操作习惯，在窗口中按“入院日期进行分段查询，亦可将患者 资料按“主治医生 进行分类，方便操作者进行资料的填写以及“医嘱”的完善管理。 并可将病人的这些基本资料打印或者导出保存。 ( 2 ) 病人基本资料查询：根据用户要求，可以按“患者姓名 、“性别、“科室 、 “入院日期 、“住院号等条件进行分类查询，将查询结果在窗口显示，并可打印查询 结果或者将查询结果以文档的形式导出，用于资料的统计及保存。 ( 二) 呼吸机管理 ( 1 ) 基本资料录入与维护：呼吸机的基本资料包括呼吸机的医院编号、规格型号、 出厂编号、启用时间、目前状态、主要参数、维护记录等。对呼吸机的这些基本资料进 行编辑与维护，并可将资料进行打印与保存，方便用户。 ( 2 ) 呼吸机查询：在查询窗口中，根据“呼吸机编号 、“规格型号刀、“启用时间 、 “维护记录 等不同条件进行分类查询，将查询结果在窗口显示，并可打印查询结果或 者将查询结果以文档的形式导出，用于资料的统计及保存。 ( 3 ) 主治医生管理：将有关用户及操作者( 即主治医生) 的使用密码及操作权限 山东大学硕士学位论文 等进行管理。 。 ( 三) 数据采集 ( 1 ) 上下机管理：当病人需要进行呼吸机“上机 时，需要填写详细的呼吸机设 置参数，选择需要使用的呼吸机编号，设定好“上机时间”，才能进行下一步的数据采 集监控工作。一旦病人病情好转，需要进行“撤机操作”时，要在“上下机管理 窗口 中填写“撤机日期 ，释放呼吸机及串口，用于下一个病人。 ( 2 ) 数据采集：在数据采集监控窗口中，根据前面的“上下机管理 窗口中对呼 吸机参数的设定操作以及呼吸机编号的选择，在此窗口就可进行具体的数据监控与显 示。 ( 四) 系统设置 ( 1 ) 系统帮助：系统帮助文件中会对呼吸机监控平台的使用做简单介绍。并对常 用的呼吸机参数的设置和工作模式的选择做一说明，方便医护人员的使用。 ( 2 ) 重新登录：需要更改目前用户时，重新登录“呼吸机网络监控平台 。 ( 五) 打印 按照用户进行数据统计的需要，分别编写不同的统计表，方便用户对患者以及呼 吸机等方面的数据资料进行分类汇总，并将汇总结果进行打印或者保存。 综上可以得出系统功能模块划分如下： 1 2 图2 1 多呼吸机网络监控平台设计的功能模块图 山东大学硕士学位论文 2 3 2 系统操作流程图 系统操作流程图见图2 2 。 图2 2 系统操作流程图 通过系统操作流程图，可以得知整个系统的具体操作流程： ( 1 ) 用户登录