气动为医疗技术增添生命力

气动：对于工程师而言，这个术语让人想起嘶嘶声阀门和执行器通过自动化工厂推动零件的图像。然而，几十年来，气动技术已经悄然发挥了另一个作用 - 医疗工作。环顾四周，你会明白为什么。大多数病人的房间都配有压缩空气连接器。每天，医生，护士和技术人员都会为那些连接器提供救生设备。这些环境中的气动元件有助于提供给予生命的氧气和药物。外科医生也使用气动装置。大多数手术室都有压缩空气，氧气，氧化亚氮和有时氮气的壁式出风口。在手术过程中，气动呼吸机可帮助严重麻醉的患者呼吸。气动工具可帮助外科医生执行严格的操作。

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十二年前，气动装置也为医学史上最受欢迎的设备之一 - 罗伯特·贾维克(Robert Jarvik)着名的人造心脏提供动力。心脏连接到一个375磅的电动气动驱动器，为医学先驱Barney Clark增添了112天的生命。

多年来，患者一直在家中使用气动系统。氧气浓缩器为慢性肺病患者提供缓解。气动袖带有助于将血液推入四肢，并且循环不畅。整形外科设备，如气动床和铸件，可以帮助受伤的病人更快地获得。

即使在工厂中，气动装置在注射器，橡胶手套和X射线胶片等产品的生产中也起着关键的医疗作用。三个例子说明了气动装置在医疗行业中的作用。它们发生在医院，家中，最后是在加工厂的特殊应用中。

高流量呼吸机适合大型动物手术

大型动物的手术要求与人类的手术要求截然不同。例如，肺部衰竭中的1,500磅马可能需要的氧气量是同样条件下人的4倍。

然而呼吸机 - 为严重麻醉的患者呼吸的机器 - 通常是为人类需求而设计的。“在过去，兽医不会对患有呼吸窘迫的急性病动物进行手术，”总部兼首席设计工程师Bob Pearson指出，该公司位于加利福尼亚州Irvine市的呼吸机制造商。“他们没有机器让他们通风，所以他们会对他们实施安乐死。”

这种解决方案并不适合珍贵的农场动物，种畜，表演马和赛马的主人。他们想要拯救他们珍贵的动物。

Pearson与俄勒冈州立大学的兽医合作，提供了一种解决方案：大型动物的呼吸机。Pearson在从响尾蛇到Limousine Bulls等动物身上测试了呼吸机，了解了应用的需求。因此，他和他的女儿雷切尔设计了一种机器，可提供更高的氧气流速，更好的血液吸收氧气，更好地控制呼吸，以及更高的整体安全性。

据报道，最终产品，即Rachel Model 2800大型动物麻醉呼吸机，在市场上任何呼吸机的最高峰值气体流速下运行。虽然人体呼吸机通常以每分钟100升的峰值流量运行，但野鸭的大型动物版本每分钟可超过600升。为了实现这样的流动，皮尔逊重新设计了传统的医用文丘里管，并在他的呼吸机中使用了两个，而不是一个。串联文丘里管使机器的流速比市场上任何其他大型动物呼吸机高50%。

然而，使用串联文丘里管意味着Mallard的机器必须在比传统呼吸机更高的压力下运行。大多数呼吸机在50 psi下运行，而野鸭机组的运行压力为100 psi。为了实现这一目标，Pearson采用了来自Clippard Instrument Laboratory，Inc.，Cincinnati的各种Minimatics气动元件，所有这些都能承受250 psi的压力。其中包括：三通阀，电子阀，微型先导执行器以及许多其他阀门，软管和配件。

除了提供更高的流速外，新机器还可以更好地控制麻醉剂的输送。Pearson说，有了它，临床医生可以选择每次呼吸更精确的麻醉剂量，然后输送到患者的肺部。这允许更精确地控制麻醉深度。他通过使用倒置波纹管来实现这一目的 - 通常仅用于人体呼吸机的组件。真空释放。在过去，工程师没有在大型动物呼吸机上使用倒置波纹管，因为较大的尺寸会提供太多“

Pearson的职业生涯大部分时间都是为新生儿设计呼吸机，他的新系统采用了人体呼吸机技术。呼吸机具有基于微处理器的电子控制系统，该系统结合了人体重症监护呼吸机的优点。该装置提供所选呼吸变量的LED显示，同时减少患者的呼吸功，并提供呼气压力的完全控制。

早期版本的2800型号在1992年西班牙巴塞罗那奥运会上提供给兽医。外科医生在关节镜膝关节手术期间使用该系统对两匹马进行了几天的马术比赛。“如果没有麻醉呼吸机，它们就无法完成手术。一匹马根本不会容忍在其膝盖内插入瞄准镜，”Pearson解释说。

现场总线歧管有助于将牛血转化为人类使用

每隔几个月，全国各地的血库都会发出绝望的公共服务信息，希望吸引捐赠者并重建他们危险的低血压。尽管他们做出了最大努力，但血液短缺仍在继公共卫生官员担心与艾滋病有关的问题削弱了捐助者的善意。

总部位于马萨诸塞州的公司可能会解决这个问题。马萨诸塞州剑桥的Biopure公司正在开发一种由牛血红蛋白制成的专利人血液替代品，该牛血红蛋白是作为肉类加工业的副产品获得的。

Biopure的工厂使用大型不锈钢罐，直径为3英寸和4英寸的管道输送公司生命的液体。流体从罐到罐移动，用于超精细净化，分离，加热，冷却，搅拌，混合和各种其他过程。该公司采用气动系统打开或关闭阀门，并打开或关闭液体流向容器。

Bailey Controls Co.的Bailey Infi-90 DCS分布式控制系统为工厂范围的工艺提供电子控制。它通过4-20 mA电流回路提供监控和数据采集。Bailey专有的现场总线网络监控和控制工厂周围过程仪表的信号。

净化和整理血液的过程包括在清洁环境中进行的大约九个步骤。有些过程需要几个小时;其他人持续一周。流程整合。为了将电子和气动装置集成在工厂周围的众多输入/输出点，Biopure采用了纽约Hauppauge的Festo公司的特殊现场总线歧管。歧管有助于在安装过程中降低成本和劳动时间。“我们决定通过使用Festo FPC 405 PLC作为DCS的网关将气动装置合并到DCS中，”Tony Fenn说，Biopure的研发工程师。“我们希望保持Bailey DCS系统所提供的安全性和冗余性，同时还能显着节省数字现场总线提供的布线工时和成本。”

Festo和Bailey开发了特殊的DCS /现场总线接口。Festo为该项目提供了现场总线阀门歧管和组装的特殊不锈钢机柜。

“我们有超过20个现场总线控制节点安装在不锈钢机柜中，”Fenn说。每个机柜包含26或52个电磁驱动气动阀，安装在模块化阀歧管上，带有集成的现场总线节点，用于引导较大的过程阀。

除了歧管的劳动力和成本节省设计之外，阀门的主要选择标准还以流量为中心。模块化歧管采用固态电子元件，消除了与传统歧管相关的所有分立布线。

“通过使用现场总线阀门歧管而不是旧的分立式接线方法，Biopure节省了连接1,000个离散I / O点的时间，人工和成本，”Fenn解释道。紧凑的模块化阀门歧管设计还可以根据需要更轻松地维护，更改和升级系统。

新扩建的工厂将拥有超过4,000千克血红蛋白的年度峰值处理能力。Biopure的联合创始人，董事长兼首席执行官Carl Rausch表示：“人类使用的潜在产品，一旦获得批准，将开始减少全球每年约1亿单位人血的缺口。”

提升阀可承受浓缩器的干燥空气

对于慢性肺病的患者，可靠的氧气输送是至关重要的。肺气肿，肺癌和艾滋病等受害者通常在家中呼吸浓缩氧气。对于那些人来说，集中器的连续运行是必须的。

这种气动医疗系统的制造商面临着困难的设计限制：与阀门接触的空气必须是干燥的或无润滑的。因此，这些系统中的气动元件不能获得与工业气动相同的润滑水平。

无杆阀门。当Puritan-Bennett公司的工程师开始设计新的Companion 590浓缩器时，其中一个目标是解决无润滑空气的挑战。他们的重点是：找到气动阀门，当受到无润滑空气时不会粘住。

解决方案：由Humphrey Products Co.，Kalamazoo，MI制造的隔膜提升阀。Humphrey的Mini-Mizer 250A采用双隔膜提升阀设计，采用橡胶对金属座面，无需润滑。根据Humphrey工程师的说法，提升阀可以提供40,000小时或2000万次循环的可靠运行。

使用相同概念的Humphrey阀门被证明是着名的Utahdrive的关键元素，它为Jarvik心脏提供动力。“我们选择该阀门的原因之一是因为它是Jarvik心脏空气模块中使用的原始设计之一，”Puritan-Bennett产品支持经理Steven Clark指出。“在这里，它必须在相同的非常干燥的条件下运行。”

这种设计是阀芯和套筒阀的替代品，在无润滑的环境中也不能保持。“阀芯式阀门使用内部滑动机构，在润滑时更有效，”Humphrey销售经理Mike Hammond指出。“但提升阀不使用滑动机构，因此它们不会粘住。”

在运行过程中，双隔膜提升阀转换打开和关闭，充电和清洗浓缩器的分子筛罐。与所有氧气浓缩器一样，Companion 590通过吸入室内空气，压缩并通过分子筛床进行操作。筛床吸附空气中的氮。结果，聚光器的用户通过附着的掩模接收超过90%的纯氧。

为了确保这种纯度，Puritan-Bennett工程师使用提升阀和三分之一马力的无油空气压缩机，来自密歇根州Benton Harbor的Gast Manufacturing公司和威斯康星州Sheboygan的Thomas Industries公司。

然而，连续操作的一个关键是提升阀。没有它，阀门可能会因缺乏润滑，湿气或香烟烟雾而屈服。而且，如果瓣膜粘连，病情严重的患者就不会得到所需的氧气。“我们的操作环境与工业气动设备不同，”Clark说。“我们的空气非常干燥。对我们来说，使用我们知道不会粘住的阀门至关重要。”