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医院生命支持系统概述Overview of Hospital Life-support System文 | 马琪伟一、生命支持系统的概念生命支持系统作为医院建筑的一项专门工程技术措施，是保证医院安全性的必要条件。虽然完备地选用这 些技术措施会提高造价，但对于承担着救治生命和保障 社会职能的医院建筑来说，完备的技术措施绝不是可有 可无的奢侈品，它所起的作用是无法用金钱来衡量的。生命支持系统，就像是医院里的心脏和血管系统， 它分布在医院医疗系统的各个角落，对生命起着非常重 要的支持作用。从气体的机房到各科室的终端，提供每 日所需的医用气体，是医疗系统的核心部分。它类似但 绝不是简单的等同于现有的医院集中供气系统，只有经 过相关标准加以规范的医用气体管道系统才能称之为“生 命支持系统”，它是标准化、整体化、系统化的医用管道 系统。随着“以人为本”的理念深入人心，在西方发达国家， 生命支持系统的重要性已被业界广泛认同，如世界上最 流行的两大标准 HTM2022 和 NFPA99 已有了几十年的 历史。遵循权威标准而建立起来的生命支持系统，维系着整个医院的有序运行。二、生命支持系统的设计要求医疗气体包括氧气、吸引、压缩空气、麻醉气体等，每种气体在不同科室中对各个终端的流量要求都不同， 所以标准中规定必须按区域对各系统流量及管径进行精 确的计算和设计。这样才能保证每个区域及床头所需的 用量得到保证。在管道设计时，必须设计区域阀门和报警，当压力 过低或过高时发出声光报警，当该区域需要维修时，只 需关闭区域阀门而不影响其它区域的用气。目前我国对流量设计仅有一份行业技术指标供设计 人员参考，没有一个国家统一的、较严格的标准，设计 人员也无所适从，设计中就不可避免地出现随意性，从 而产生了或大或小的隐患。对铜管的选择，生命支持系统规定只能用脱氧脱脂 的医用铜管，由于铜管柔韧性好，易焊接，且不会因为 温度的变化而出现泄漏，也不会有油脂积聚而阻塞气体摘 要 ：生命支持系统为医院提供一套完整的医疗气体集中供给的解决方案，它将设计、安装、验收、操 作和维护系统化，崇尚科学、合理、安全的医护理念，全面提升医院系统的整体水平。生命支持系统是医疗环 境工程系统的一个重要组成部分，是整个医疗工程的核心。关键词 ：医院 生命支持系统 设计 压缩 气源Abstract: Life-support system is a solution provides a complete set of medical gas supply for hospitals. It enables the design, installation, inspection, operation and maintenance systematization. It advocates scientific, rational and safe health care philosophy. It enhanced the overall level of the hospital systems. Medical life support system is an important environmental engineering component of the system and the core of the medical engineering.Key words: Hospital Life support system Design Compress Gas source图 1 医用压 缩空气系统示 意图的流动。国内现阶段医疗气体管道没有统一规定，除铜管之外，还选用不锈钢管、镀锌钢管、PP-R 管等。如 将镀锌管作为负压管道，易造成氧化，便会产生锈斑脱落。 一旦出现问题，便会传至医院内各个病区，其后果轻则 阻塞管道，重则可能危及生命。对管道焊接，要求焊接时充氮气，以免造成管道内 部表面氧化。最后还必须用氮气对管道进行清洗。不正 确的焊接与清洗会导致杂质在管道内堆积，从而使呼吸 机、麻醉机、氧气混合机等设备损坏。管道安装完毕后，安装者须对管道充氮气进行 24 小 时保压测试（压力为工作压力的 1.5 倍），检查每个接头 是否有泄漏。同时还必须对每个终端进行防管道交叉连 接测试。我们要意识到医疗管道系统的重要性，NFPA 明确规定安装者和使用者要确保管道的完整性。测试是 至关重要的，必须在患者使用之前进行。按 NFPA 要求， 安装者做完如上测试后，还需由医 疗气体专业测试机构进行更全面的测试验证。用氮气进 行管道交叉测试，流量测试，报警测试。每个压力气源 出口都要分析浓度，确保气体纯度。检测气源设备如汇 流排、空气压缩机组的功能。总之，在使用医疗气体管道之前，设备责任机构必 须保证所有的测试项目都已进行且合格，测试纪录将被 永久存档。就以医用压缩空气为例，结合 NFPA99 要求，对生命支持系统进行简单的分析（见图 1）。 医院中绝大多数气体是通过气瓶或液罐输送到终端设备，而医用压缩空气是唯一由医院现场生产制造的气 体（有些医院使用制氧机除外）。压缩空气在大多数医院 中使用量相对较大，因而现场制造压缩气体是一种最经 济可行的供气方式。这种供气方式是把室外的大气经过 压缩机压缩后，通过管道系统把压缩后的气体供给终端 设备。当然，这种供气方式也有缺点 ：要想生产出能够 符合患者使用的压缩气体，所要求的设备很复杂，安装 保养都要求比较高以防污染，并保持最少停机率。许多对氧气敏感患者需要用医用空气来代替，还有 许多患者需使用高精度呼吸机，呼吸机需用纯度较高的 医用压缩空气。比如说，新生儿及呼吸困难的患者需要 可靠的、高质量的医用空气。医用空气有时也用于麻醉 时笑气的替代品以降低氧气的浓度。医用压缩空气主要 供给各病床、各种重症监护病房、抢救室、手术室等。 医用空气可以用压缩空气钢瓶通过汇流排供气，但绝大 多数医院都是使用压缩机组来供气的。（一）气源 我们一般都从压缩机进气管开始考虑压缩机组，进气管的位置对医用压缩空气的质量会产生极大的影响。 NFPA99 对进气的位置、设计及配件都作了详细的描述。 NFPA99第五章第5.1.3.5.13.2和5.1.3.5.13.6规定进气处 应在室外的屋顶以上高度，至少离门、排气口、窗及其 他进气口 3 米远，或置于建筑的露天开口处，而且至少 要离地面 6 米远。进气口必须朝下并加保护网，否则需 加上其它由防腐材料制成的防止虫鸟、碎片或水进入的 保护装置。在美国，有个非常典型的案例，一只小鸟被 吸进了一所医院的压缩空气并堵塞了系统，小鸟的腐臭 气味直接随气体供给患者，造成患者投诉。小鸟被吸进 了未经过任何保护的进气口，说明医院违反了 NFPA99 的规定。另外，入气口应标明为医用空气气源。当然，空气质量因各地而异，例如，大城市医院屋 顶处的空气就不如乡村地区医院的纯净。当然，在乡村 太靠近高速公路的医院，其空气可能被污染。还有，如 进气口太靠近真空系统排气口，空气也会被污染，真空 系统排到下水道中的臭气被吸入医用空气进气管成了一 个病菌污染源。在老建筑中，在刚开始时空气进气口位 置很合理，但由于房屋或周边设施扩建造成进气口周围 环境发生了变化使得进气位置变得不符合要求了。比如三、医用压缩空气由于医用压缩空气在中心供气系统中为最为重要医用气体之一，压缩机组也是最为复杂的机组。下面我们076图 2 医用压 缩机工作图说，新建停车场、货物装卸场等地方是排气中一氧化碳含量较高的地方，发动机污染物会进入医用空气中。 我国目前并没有对进气管做任何说明，医院在安装进气管时非常随意，有些医院甚至将进气管与真空机组 放在同一室内，且真空排气口也直接装在室内，这样真 空机组排出的废气就很有可能被压缩机组吸入而最终送 给病人。有趣的是，如果室内的空气和外界一样或比室外更 好的话，如经过过滤供手术室通风用空气，NFPA 允许 进气口装在室内，但空气质量必须保持稳定并要定期检 测空气纯度。此外，如通风系统气流中含有电机驱动的 排风扇或驱动皮带，这也不能作医用空气气源。不定期 地测试室外室内的空气以确定室内空气和外界是否一样 或比室外好。除非使用净化装置或专用过滤器，否则进 气管附近的任何异味都会被压缩而传输到医用空气系统 中。在国外曾发生过医用空气进气口与空调加热系统靠 得太近，在对空调系统进行酸洗时产生的烟雾被吸入压 缩空气系统而最终供给患者。（二）压缩机及其系统1. 进气过滤器 / 消音器空压机工艺是按约 8:1 的压缩比例把大气压缩成压 缩空气（高压压缩机压缩比可达 13：1）。压缩空气的同时， 一些污染物如粉尘、花粉、水、一氧化碳、内燃机的碎 屑等污染物的浓度也被提高了。因而有必要采取一些措 施在压缩过程中消除这些污染物。进气过滤器 / 消音器 一般安装在压缩机进气端。2. 压缩机大气中的空气通常是经过多级医用压缩机压缩而成 的，压缩机是医用气体系统的“心脏”（见图 2）。系统 需要两个以上的压缩机，NFPA99 不允许使用单泵系统。 在多级系统中，需提供一套备用系统以便在某一机组出 现故障或需要修理时提供备用，不影响正常供气。同时， 备用系统还可在使用量超过设计流量时保证正常供气。 多级系统的交替工作方式延长了机组的使用寿命。NFPA 要求每一个机组都能满足高峰时用量。每台压缩机都配 有隔离阀、安全阀及排气管路单向阀。医用气体压缩机 应通过两种方法防止污染物或液体进入管道，一是压缩 机任何地方都要消除油的存在 ；二是把含油的区域隔离， 并且能够持续对连接轴进行观察。如医院中使用非医疗 等级的空气压缩系统，压缩机产生的油、水及含毒的油 性碎屑会混入医用气体中。医用压缩空气系统应将压缩的气体通过流量计、气 体混合机、麻醉机、呼吸机等设备单独供给患者呼吸。 当然，这些气体也可供给一些专用仪器，如牙科专用工 具、气动手术专用工具。但医用压缩空气不能用于非医 用的地方如气动门、供工程或维修使用。NFPA 明确规定， 作为压缩气体气源，医用压缩空气不能作为其它用途的 供气源，因为这样会增加故障频率、降低使用寿命，并 且会增加额外的污染几率。在美国，涡旋式无油压缩机组使用非常广泛，这是 一种完全无油的新的压缩技术。具有体积小，噪音极低（65 分贝），使用简单，维护成本低的特点，非常适用于医077图 3-4 后 冷 器工作原理图 6 干燥机 通常有冷干式 和吸附式两种图 5 目前国内 还大量使用的活 塞式压缩机组078用压缩空气系统。由于该技术是完全无油技术，因而彻底消除了油所带来的各种危害。有资料证明，如患者长 期吸入含油量高的空气会导致由碳氢化合物引起的肺炎， 油也增加火灾几率。无油压缩机组的使用，就完全消除 了对患者的危害，也完全消除了由油而引起的火灾。同 时，就设备本身而言，也大大减少了维护保养成本，例如， 使用含油机组，会使过滤器更换频率增加 6 倍，使吸附 式干燥器的干燥粒子的更换频率增加 2 倍。再加上油 的更换成本及废油的处理成本都会使设备使用成本大 大增加。而我国无油压缩技术相对还比较落后，医院在选择 机组时随意性非常强，由于价格因素，国产普通活塞式 压缩机是医院常选机组。除了油的危害，活塞机噪音大， 故障率高，不宜作为医用的空气压缩机组。在上海某著 名医院一楼病房就听到过患者投诉地下一楼机房内压缩 机组噪音过大而影响其休息。而有些医院，特别是在大 城市的医院苦于找不到足够的空间作普通压缩机组的机 房而没法建造中心供气系统。由此可见，在当今医院使用面积越来越紧张的情况下，机组的占地面积、噪音也显得日益重要。3. 后冷器 后冷器对去除压缩空气中的水分起到很关键的作用。经过压缩后的空气温度很高，温度越高，气体中能吸收 更多水分子。后冷器能够降低压缩后的空气的温度，从 而使得水汽凝结沉淀成液态水被排走。每一台机组必须 都配有后冷器，且必须带有自动排水装置和隔离阀以便 不停机维修。后冷机设计很关键，有些压缩系统利用压 缩泵本身冷却风扇来兼做后冷器（见图 3），这样冷却效 果并不理想（约 74），好的后冷器都是单独用冷却风 扇对压缩气体进行冷却（见图 4），压缩气体经过后冷器 后温度约降至 46，大约能除掉 58% 左右的水份，在 经过储气罐后能除掉约 13% 水分，由此可见空气被压缩 后约 70% 水分都是通过后冷器和储气罐去除的。国内目 前还大量使用活塞式压缩机组，一般都是用传统的压缩 泵冷却风扇作为后冷器，这样不仅给干燥机增加了负担， 使得空气中含水量达不到要求，同时也影响干燥机的使图 9 后级过滤 器工作原理图 7 吸附式 干燥机其露点 湿度最低可达 到 -40图 10 后 级 图 8 医用干燥机 减压阀工作 再生用气量与压 原理缩空气使用成一 定比例关系079用寿命。尽管后冷器很关键，但它并不能完全代替干燥机。（见图 5）4. 储气罐 储气罐是一个储藏压缩空气的大罐子，它不仅能去除部分压缩空气中的水分，还能减少压缩机开关机的频 率。储气罐通常是由铸铁制成的，可能成为锈斑颗粒的 污染源。尽管铸铁储气罐符合 NFPA 的标准，当有水汽 进入时，这种材料会氧化及脱落。如新安装或更新储气 罐时，建议用不锈钢储气罐。储气罐应配有安全阀，检 查用视窗、压力表、自动排水装置等。储气罐还应装有 维修用旁通阀。5. 干燥机 干燥机是排除压缩空气水份的一个关键部分，干燥机通常有冷干式和吸附式两种。冷干机是把气体通过热 交换器、机械式水凝分离装置和一个自动排水装置。吸 附式干燥机是通过吸收的方法来去除水份的（见图 6）。值得一提的是，由于冷干机是通过热交换方式把空气中水份冷凝成液态水来达到干燥空气的目的，因而其露点温度不可能达到零度以下的医用标准（零度以下水 会因结冰而堵塞管路）。同时，由于医院用气量变化较大， 在用气量很低的情况下，冷干机露点温度会突然变高而 产生报警。因而，一般建议医院采用吸附式干燥机，其 露点温度最低可达到 -40（见图 7）。由于吸附式干燥机需要消耗 15% 左右的干燥空气对 再生塔中的干燥微粒进行再生，一般工业用吸附式干燥 机是按时间进行再生控制，即使在不用气的情况下，也 要消耗 15% 的干燥空气用来再生，这样不免会造成浪费。 与工业用压缩机不同，医用干燥机根据露点温度进行再 生控制，再生的用气量与压缩空气使用量成一定比例关 系（见图 8），不用气的情况下，也就不用再生。干燥机应该设计有两套，一用一备，因此每一套干 燥机应按系统需求量的 100% 设计。6. 后级过滤器 后级过滤器用来过滤使用前压缩空气中的颗粒、油气源切断阀是对管道系统和供气源进行连接和隔离。这个阀一般位于减压阀之后。主供气系统切断阀应位于图 13 用于压缩机组 及管道系统的材料应 是非腐蚀性材料图 12 所有管道必须 是冷接无缝纲管雾、异味，是医用空气系统中关键配件。如使用含油压缩机，须有两个过滤器，一个是油过滤器，用来去除压 缩空气中的油雾，一些从油封中泄露出来的碳氢化合物、 储气罐中脱落的铁锈等都可能会被带入压缩空气中（见 图 9）。当然，对于无油压缩机组，可以不需要安装油过 滤器。还有一个活性炭过滤器，用来去除空气中的异味。 NFPA 99 规定“每一个过滤器应在设计时按计算最高用 量 100% 来选择，每一个微米的效率至少达到 98%。这 些过滤器应配有能够显示滤芯使用寿命状态的可持续观 察的可视指示表。7. 后级减压阀气源阀之后，机房外。换句话说，气源阀应是第一个进入机房的阀门。切断阀的目的是在紧急状态下或气源阀 难以接近的情况下切断气源。9. 报警 压力开关应位于气源阀之后的主管上，声光报警器应能显示主管压力的高低（见图 11）。报警器应位于能 够持续被监控到的地方。NFPA99 规定“区域报警应位 于麻醉室及重症监护区域。应对所有的中心供气中供应 这些区域的气体都进行报警”。麻醉室中的区域报警用 于监视某一分支管道上的所有麻醉室，而不是每个手术 室都单独装一个报警。我国目前许多医院根本没有区域报警系统，当某一 区域（如 ICU）管道泄漏而造成气体压力不足时，因不 能及时发现而可能给病人带来伤害。这与现代化医院建后级减压阀是把压缩机组产生的 80100psig 的压缩空气调至医院所需的 5055 psig 医用压缩空气（见图10）。为了提高干燥机的效率，应备有两套减压阀，为了 不停机维修，每套减压阀应配有隔离阀。按 NFPA99 中 对空气质量监控的规定，应在干燥机后、管道系统前装 有带中心报警功能的露点及一氧化碳持续监控装置。这 个要求的制定是由于在一些医用气体系统中发现水份及 一氧化碳含量偏高。此外，经过减压阀后的压缩空气压力降低，相当于 压缩空气被膨胀，空气中含水量相应减少，在一定程度 上也能起到干燥空气的作用。8. 切断阀080就需要安装碳氢化合物监视仪。我们也经常在医用空气管道中发现一些工程垃圾颗 粒如沙粒、焊屑、泥土、昆虫等等，这是由设计、施工 工艺技术等原因造成的。这些颗粒可能被带入压缩机过 滤系统的出气端，可通过合理的设计和安装工艺及技术、 对新系统或扩容部分进行完工测试来避免颗粒问题。医 用压缩空气是医院中非常重要的生命支持气体。麻醉师 应负责监督医用空气系统及其质量。在施工期间，他们 应该了解设计及安装的规范。必须制定预防性维护保养 计划，对需要定期测试的 17 项测试项目的结果应进行审 核及评估。设的要求极不相符。10. 管道气源切断阀之后的管道都应该用铜管。按 NFPA 规 定 ：“铜管应采用 K 型或 L 型冷拉无缝医疗气体专用铜 管（ASTM B 819）且生产厂家应贴上如氧气、医用空气、 氧气 / 医用空气等标识。用于压缩机组及管道系统的材料应是非腐蚀性材 料，铜或黄铜是最常用的材料。压缩机组的进气管道也 必须是非腐蚀性材料，因为管道直接与大气中的水及污 染物接触。决不能使用铁管，NFPA99 对进气管材料也 作了详细的规定 ：压缩机进气管可采用医疗气体用铜管（ASTM B 819），也可采用铜质水 管（ASTM B 88） 或 空调、制冷用铜管（ASTM B 280），所有管道必须是冷 拉无缝铜管（见图 12）。我们经常发现安装管道的承包商把医用气体管道当 普通水管或下水管来处理，使用不锈钢管、镀锌管甚至 用塑料 PVC 管，相关内容已在前面有所描述，这里不再 重复。11. 污染物及颗粒医用压缩空气中水是最常见也是最难对付的污染 物，它也能造成二次设备的严重损坏。不像颗粒一样， 水能通