專利名稱：呼吸衰竭救治儀的一氧化氮供氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于疾病的治療設(shè)備，特別涉及一種用于呼吸衰竭救治儀的可吸入性一氧化氮?dú)怏w的供氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
吸入一氧化氮(NO)是20世紀(jì)90年代開始應(yīng)用于臨床的呼吸急救新技術(shù)，因具有療效快、非創(chuàng)傷性及高選擇性等優(yōu)點(diǎn)而受到重視。目前，NO已經(jīng)作為救治像急性呼吸衰竭綜合征、高血壓和一些與肺相關(guān)疾病，以及高原反應(yīng)引起的肺病的新方法，已在臨床上得到了越來越多的應(yīng)用。
目前臨床上救治像急性呼吸衰竭綜合征時(shí)使用的可吸入性一氧化氮?dú)怏w，趨向于采用吸入低濃度的NO(3-20ppm，最高不超過80ppm)，均是由瓶裝含氮?dú)?N2)的高濃度NO(500-800ppm)混合氣體稀釋而成的。而且，這種瓶裝氣體的供應(yīng)并不是在任何地方都易獲得的。
要將500-800ppm的高濃度NO，稀釋到臨床救治需要的3-20ppm低濃度水平，是一件費(fèi)時(shí)和不容易的工藝過程。而且在稀釋和使用過程中，很可能發(fā)生下列問題(1)減壓與稀釋過程，存在可能由于操作不當(dāng)，使NO從鋼瓶泄漏到室內(nèi)空氣中，泄漏的NO將與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成對(duì)患者和醫(yī)務(wù)人員極有害的二氧化氮(NO2)的危險(xiǎn)。
(2)當(dāng)NO被空氣或氧氣稀釋時(shí)，在稀釋過程中及混合氣體傳輸中，NO有可能與O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成NO2，尤其是進(jìn)行高濃度O2稀釋時(shí)更是如此。因此，即使在一氧化氮混合氣鋼瓶中的NO2濃度很低的情況下，經(jīng)過空氣或氧氣稀釋后到達(dá)病人的呼吸機(jī)時(shí)，也會(huì)有一定量的NO2生成。
(3)日常儲(chǔ)存在鋼瓶中高濃度NO的高壓氣體，在不使用時(shí)，也存在著可能發(fā)生泄漏到室內(nèi)空氣中的危險(xiǎn)。
(4)由于NO呼吸衰竭救治供氣系統(tǒng)使用高壓氣體鋼瓶和減壓稀釋設(shè)備，移動(dòng)很不方便，使得該方法不利于一些特殊場(chǎng)合的使用，如戶外急救，高原急救等。而且系統(tǒng)的復(fù)雜性，導(dǎo)致一氧化氮吸入療法的成本較高。
因此，有必要設(shè)計(jì)一種需要時(shí)能隨時(shí)產(chǎn)生、而又不需要儲(chǔ)存的可吸入性一氧化氮的治療系統(tǒng)，以保證醫(yī)務(wù)工作者和患者的安全。
H.Akiyama和T.Namihira等從1999年開始，采用高壓干燥空氣或高壓氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蠚怏w鋼瓶，提供脈沖電弧放電合成NO氣體所必需的N2和O2，進(jìn)行了干燥空氣中脈沖電弧放電產(chǎn)生醫(yī)用一氧化氮的研究；見[1]H.Akiyama，T.Namihira，D.Wang，S.Tsukamoto，K.Tusji，S.Katsuki，et al.Nitric oxide inhalation system using pulsed discharge.First InternationalSymposium on Non-thermal Medical/Biological Treatments[C]UsingElectromagnetic Field and Ionized Gases，Virginia，USA，1999111；[2]T.Namihira，S.Tsukamoto，D.Wang，S.Katsuki，H.Akiyama，R.Hackam，K.Okamoto Production of nitric monoxide in dry air using pulsed discharge[C].Proc.12thIEEE Intem.Pulsed Power Conf.(USA)，1999，21313-1316；[3]T.Namihira，S.Tsukamoto，D.Wang，S.Katsuki，R.Hackam，K.Okamoto，H.Akiyama Production of nitric monoxide using pulsed discharge for a medicalapplication[J].IEEE Trans.Plasma Sci.，2000，28(1)109-113；[4]TakaoNamihira，Sunao Katsuki，Reuben Hackam，Hidenori Akiyama，KazufumiOkamoto Production of nitric monoxide using pulsed arc discharge[J].IEEETrans.Plasma Sci.，2002，30(5)1993-1997；[5]T.Namihira，D.Wang，S.Katsuki，H.Akiyama，K.Okamoto.Development of NO production systemfor medical applications[C].The 15th International Conference on GasDischarges and their Applications，Toulouse，F(xiàn)rance，2004725-728。他們采用電容器充放電和正脈沖放電方式，脈沖振蕩頻率約為1.25×106Hz，脈沖振蕩結(jié)束的時(shí)間約為8μs。因此仍然沒有解決操作復(fù)雜和使用不方便的問題，因?yàn)橛酶邏簹怏w鋼瓶作為脈沖電弧放電產(chǎn)生NO的N2和O2來源時(shí)，仍然需要對(duì)干燥空氣或高壓氮?dú)夂脱鯕鉁p壓；他們并沒有解決電弧放電過程本身產(chǎn)生的高濃度NO2有害氣體，以及高NO2/(NO+NO2)比值(約25％)問題，而且高濃度的NO2會(huì)加快催化劑和吸附劑的失活或失效；同時(shí)，NO產(chǎn)生系統(tǒng)與NO、NO2和O2濃度測(cè)量系統(tǒng)是分開的，移動(dòng)使用不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種呼吸衰竭救治儀的一氧化氮供氣系統(tǒng)，避免現(xiàn)有技術(shù)使用高濃度NO氣體鋼瓶或高壓干燥空氣或高壓氮氧混合氣體鋼瓶，直接以大氣壓下的空氣為原料，通過調(diào)節(jié)和控制脈沖電弧放電條件，使空氣放電過程中產(chǎn)生盡可能多的NO氣體、盡可能少的NO2有害氣體，獲得低的NO2/NO比值。
本發(fā)明提供一種呼吸衰竭救治儀的一氧化氮供氣系統(tǒng)，包括在氣路上串聯(lián)連通的空氣泵、潔凈干燥空氣形成裝置、流量計(jì)、脈沖電弧放電反應(yīng)器、微粒過濾膜、NO2催化還原轉(zhuǎn)化裝置、冷卻器、微粒過濾膜和選擇性吸附器；所述脈沖電弧放電反應(yīng)器為針一板電極結(jié)構(gòu)，放在特氟龍材料制作的盒中，再放在防電磁干擾的箱體中；本系統(tǒng)還設(shè)置氣體監(jiān)測(cè)儀，分析從所述選擇性吸附器輸出氣體中的NO、NO2和O2的濃度。
所述的呼吸衰竭救治儀的一氧化氮供氣系統(tǒng)，其特征在于所述脈沖電弧放電反應(yīng)器的針—板電極分別為不銹鋼陽極和鉬空心陰極，將不銹鋼材料加工成錐度為30-45°的錐形針；金屬鉬材料加工成截面為圓形、內(nèi)部為空心、且側(cè)面開有小孔的板；電極間距可調(diào)；空氣泵、潔凈干燥空氣形成裝置、流量計(jì)、脈沖電弧放電反應(yīng)器、微粒過濾膜、NO2催化還原轉(zhuǎn)化裝置、冷卻器、微粒過濾膜和氣體監(jiān)測(cè)儀，可以安置在同一個(gè)箱體中。
所述的呼吸衰竭救治儀的一氧化氮供氣系統(tǒng)，其特征在于所述脈沖電弧放電反應(yīng)器所需的脈沖電壓，由脈沖發(fā)生控制回路提供，它包括開關(guān)電源、脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器、高頻交流電源變壓器、高頻輸出變壓器和控制器；開關(guān)電源提供直流電壓，脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢}寬的交流電壓，經(jīng)高頻交流電源變壓器提供高頻率的交流電直接通過第一晶閘管給跨接于高頻輸出變壓器原邊的電容充電，并經(jīng)第二晶閘管放電，通過高頻輸出變壓器輸出具有一定頻率的脈沖電壓；控制器兩端接于第一晶閘管和第二晶閘管的陰極，控制脈沖電弧放電所需的放電電壓和放電頻率；第一電阻、二極管陰極、二極管陽極和第二電阻依次串聯(lián)接于第一晶閘管和第二晶閘管的陰極，起保護(hù)放電回路的作用。
本發(fā)明直接以自然環(huán)境中大氣壓下的空氣為原料，產(chǎn)生醫(yī)用NO氣體，因此，只要有空氣的地方，使用本發(fā)明就能夠提供醫(yī)療救治所需要的NO氣體，需要NO時(shí)能隨時(shí)產(chǎn)生、而不需要時(shí)不用儲(chǔ)存，操作方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用；在脈沖頻率為1-90Hz內(nèi)，產(chǎn)生的NO濃度在0-200ppm內(nèi)；放電時(shí)產(chǎn)生的NO2/(NO+NO2)比值約10％，因此，后續(xù)NO2催化還原轉(zhuǎn)化用的催化劑和吸附劑的壽命可大大延長(zhǎng)。本發(fā)明集NO產(chǎn)生系統(tǒng)與NO、NO2和O2濃度測(cè)量系統(tǒng)于一體，移動(dòng)使用方便。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；圖2所示為本發(fā)明的脈沖電弧放電發(fā)生系統(tǒng)電路示意圖；圖3所示為脈沖電弧放電發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖電壓和電流波形。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)由空氣泵1和潔凈干燥空氣形成裝置2，流量計(jì)3、脈沖電弧放電反應(yīng)器4、微粒過濾膜5、NO2催化還原轉(zhuǎn)化裝置6、冷卻器7和吸附器8以及NO、NO2和O2氣體監(jiān)測(cè)儀9組成。其中脈沖電弧放電反應(yīng)器4是針—板電極結(jié)構(gòu)，材料分別為不銹鋼和鉬空心陰極，針-板電極放在一個(gè)耐熱、耐腐蝕的特氟龍材料制作的盒中，電極間距可以在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)；脈沖電弧放電反應(yīng)器4需要的干燥潔凈空氣，由空氣泵1和潔凈干燥空氣形成裝置2提供，潔凈干燥空氣流量由流量計(jì)3控制；電弧放電中從電極上濺出的金屬粒子，由微粒過濾膜5去除；NO2催化還原轉(zhuǎn)化裝置6用于去除脈沖電弧放電產(chǎn)生的少量對(duì)患者有害的O3和NO2等氣體，去除NO2的催化轉(zhuǎn)化還原物質(zhì)為金屬鉬絲；從NO2催化還原轉(zhuǎn)化裝置6出來的混合氣體經(jīng)過冷卻器7后進(jìn)入微粒過濾膜5，以去除氣流從NO2催化轉(zhuǎn)化加熱還原裝置帶出的微量微小鉬的金屬氧化物晶粒；氣體監(jiān)測(cè)儀9采用電化學(xué)法，分析從經(jīng)過選擇性吸附器8出來氣體中的NO、NO2和O2的濃度。脈沖電弧放電反應(yīng)器4放在防電磁干擾的箱體中；、氣體監(jiān)測(cè)儀9、空氣泵1、潔凈干燥空氣形成裝置2、流量計(jì)3、脈沖電弧放電反應(yīng)器4、微粒過濾膜5、NO2-NO(N2)催化還原轉(zhuǎn)化裝置6、冷卻器7和選擇性吸附器8，安置在同一個(gè)箱體中。
直接以自然環(huán)境狀態(tài)下的大氣壓下的空氣為原料，通過空氣泵、干燥劑和活性炭微孔濾膜組成潔凈干燥空氣形成裝置，得到脈沖放電所需要的干燥潔凈空氣。將不銹鋼材料加工成錐度為30-45°的錐形針，作為正電極；金屬鉬材料加工成截面為圓形、內(nèi)部為空心、且側(cè)面開有小孔的板，作負(fù)電極。在脈沖電弧放電反應(yīng)器的兩極加上某一頻率的脈沖電壓，就能夠產(chǎn)生脈沖電弧放電，形成濃度相對(duì)穩(wěn)定的NO氣體，混合氣體中NO2/(NO+NO2)比值約10％。放電過程中產(chǎn)生的少量NO2氣體，通過一個(gè)內(nèi)置有金屬鉬絲的NO2催化轉(zhuǎn)化加熱還原裝置，在一定的加熱溫度(大于500℃)下，進(jìn)行NO2氣體的一級(jí)去除，經(jīng)過冷卻器后進(jìn)入NO2選擇性吸附器進(jìn)行二級(jí)去除后，輸出的混合氣體中NO2/NO比值小于2％，達(dá)到了臨床醫(yī)用救治要求NO2/NO比值小于5％的標(biāo)準(zhǔn)。NO2選擇性吸附器中，內(nèi)置有選擇性炭吸附劑，該吸附劑是在普通炭材料中負(fù)載有微量的氧化亞銅，通過改性制得。當(dāng)不需要NO時(shí)，切斷電源開關(guān)即可。
脈沖電弧放電反應(yīng)器所需的脈沖電壓，由圖2所示的脈沖發(fā)生控制回路提供，它包括開關(guān)電源、脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器、高頻交流電源變壓器T1(KHz)、高頻輸出變壓器T2和控制器。開關(guān)電源用來提供穩(wěn)定的直流電壓(E＝12V，由市電220V經(jīng)整流、濾波后轉(zhuǎn)換或蓄電池提供)，脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢}寬的交流電壓，經(jīng)高頻交流電源變壓器T1提供高頻率的交流電直接通過第一晶閘管SCR1給跨接于高頻輸出變壓器原邊的電容C充電，并經(jīng)第二晶閘管SCR2放電，通過高頻輸出變壓器T2，輸出具有一定頻率的脈沖電壓；控制器兩端接于第一晶閘管和第二晶閘管的陰極，控制脈沖電弧放電所需的放電電壓和放電頻率；第一電阻R1、二極管D陰極、二極管D陽極和第二電阻R2依次串聯(lián)接于第一晶閘管和第二晶閘管的陰極，起保護(hù)放電回路的作用。脈沖發(fā)生控制回路可以在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)，產(chǎn)生電弧放電所需要的電壓，能夠提供1-90Hz的脈沖頻率，脈沖電壓大于9KV。
圖2所示的脈沖電路可以產(chǎn)生如圖3所示的脈沖電壓和電流波形。其中1>為電壓波形，2>為取樣電阻測(cè)得的電流波形。
權(quán)利要求
1.呼吸衰竭救治儀的供氣系統(tǒng)，包括在氣路上串聯(lián)連通的空氣泵、潔凈干燥空氣形成裝置、流量計(jì)、脈沖電弧放電反應(yīng)器、微粒過濾膜、NO2催化還原轉(zhuǎn)化裝置、冷卻器、微粒過濾膜和選擇性吸附器，以及脈沖發(fā)生與控制回路；所述脈沖電弧放電反應(yīng)器為針—板電極結(jié)構(gòu)，放在特氟龍材料制作的盒中，再放在防電磁干擾的箱體中；本系統(tǒng)還設(shè)置氣體監(jiān)測(cè)儀，分析從所述選擇性吸附器輸出氣體中的NO、NO2和O2的濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的呼吸衰竭救治儀的一氧化氮供氣系統(tǒng)，其特征在于所述脈沖電弧放電反應(yīng)器的針—板電極分別為不銹鋼陽極和鉬空心陰極，將不銹鋼材料加工成錐度為30-45°的錐形針；金屬鉬材料加工成截面為圓形、內(nèi)部為空心、且側(cè)面開有小孔的板；電極間距可調(diào)；所述空氣泵、潔凈干燥空氣形成裝置、流量計(jì)、脈沖發(fā)生與控制回路和電弧放電反應(yīng)器、微粒過濾膜、NO2催化還原轉(zhuǎn)化裝置、冷卻器、微粒過濾膜和氣體監(jiān)測(cè)儀，安置在同一個(gè)箱體中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的呼吸衰竭救治儀的一氧化氮供氣系統(tǒng)，其特征在于所述脈沖電弧放電反應(yīng)器所需的脈沖電壓，由脈沖發(fā)生與控制回路提供，它包括開關(guān)電源、脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器、高頻交流電源變壓器、高頻輸出變壓器和控制器；開關(guān)電源提供直流電壓，脈沖寬度調(diào)制PWM逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢}寬的交流電壓，經(jīng)高頻交流電源變壓器提供高頻率的交流電直接通過第一晶閘管給跨接于高頻輸出變壓器原邊的電容充電，并經(jīng)第二晶閘管放電，通過高頻輸出變壓器輸出具有一定頻率的脈沖電壓；控制器兩端接于第一晶閘管和第二晶閘管的陰極，控制脈沖電弧放電所需的放電電壓和放電頻率；第一電阻、二極管陰極、二極管陽極和第二電阻依次串聯(lián)接于第一晶閘管和第二晶閘管的陰極，起保護(hù)放電回路的作用。
全文摘要
呼吸衰竭救治儀的一氧化氮供氣系統(tǒng)，屬于疾病治療設(shè)備，避免使用高濃度NO氣體鋼瓶、高壓干燥空氣或氮氧混合氣體鋼瓶。以空氣為原料，需要NO時(shí)能隨時(shí)產(chǎn)生、而不需要時(shí)不用儲(chǔ)存；通過控制放電條件使放電過程中產(chǎn)生盡可能多的NO氣體、盡可能少的NO
文檔編號(hào)C01B21/00GK1730115SQ20051001921
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月3日
發(fā)明者李勁, 何俊佳, 胡輝, 張漢明, 白明 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)