CN1730115A

CN1730115A - 呼吸衰竭救治仪的一氧化氮供气系统

Info

Publication number: CN1730115A
Application number: CN 200510019216
Authority: CN
Inventors: 李劲; 何俊佳; 胡辉; 张汉明; 白明
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: CN100404083C

Abstract

呼吸衰竭救治仪的一氧化氮供气系统，属于疾病治疗设备，避免使用高浓度NO气体钢瓶、高压干燥空气或氮氧混合气体钢瓶。以空气为原料，需要NO时能随时产生、而不需要时不用储存；通过控制放电条件使放电过程中产生尽可能多的NO气体、尽可能少的NO₂有害气体，获得低的NO₂/NO比值。在脉冲频率为1－90Hz内，产生的NO浓度为0－200ppm。本发明包括在气路上串联连通的空气泵、洁净干燥空气形成装置、流量计、脉冲发生与控制回路、电弧放电反应器、微粒过滤膜、NO₂催化还原转化装置、冷却器、微粒过滤膜和选择性吸附器；还设置气体监测仪。

Description

呼吸衰竭救治仪的一氧化氮供气系统

技术领域

本发明属于疾病的治疗设备，特别涉及一种用于呼吸衰竭救治仪的可吸入性一氧化氮气体的供气系统。

背景技术

吸入一氧化氮(NO)是20世纪90年代开始应用于临床的呼吸急救新技术，因具有疗效快、非创伤性及高选择性等优点而受到重视。目前，NO已经作为救治像急性呼吸衰竭综合征、高血压和一些与肺相关疾病，以及高原反应引起的肺病的新方法，已在临床上得到了越来越多的应用。

目前临床上救治像急性呼吸衰竭综合征时使用的可吸入性一氧化氮气体，趋向于采用吸入低浓度的NO(3-20ppm，最高不超过80ppm)，均是由瓶装含氮气(N₂)的高浓度NO(500-800ppm)混合气体稀释而成的。而且，这种瓶装气体的供应并不是在任何地方都易获得的。

要将500-800ppm的高浓度NO，稀释到临床救治需要的3-20ppm低浓度水平，是一件费时和不容易的工艺过程。而且在稀释和使用过程中，很可能发生下列问题：

(1)减压与稀释过程，存在可能由于操作不当，使NO从钢瓶泄漏到室内空气中，泄漏的NO将与空气中的氧气发生反应，生成对患者和医务人员极有害的二氧化氮(NO₂)的危险。

(2)当NO被空气或氧气稀释时，在稀释过程中及混合气体传输中，NO有可能与O₂发生化学反应生成NO₂，尤其是进行高浓度O₂稀释时更是如此。因此，即使在一氧化氮混合气钢瓶中的NO₂浓度很低的情况下，经过空气或氧气稀释后到达病人的呼吸机时，也会有一定量的NO₂生成。

(3)日常储存在钢瓶中高浓度NO的高压气体，在不使用时，也存在着可能发生泄漏到室内空气中的危险。

(4)由于NO呼吸衰竭救治供气系统使用高压气体钢瓶和减压稀释设备，移动很不方便，使得该方法不利于一些特殊场合的使用，如户外急救，高原急救等。而且系统的复杂性，导致一氧化氮吸入疗法的成本较高。

因此，有必要设计一种需要时能随时产生、而又不需要储存的可吸入性一氧化氮的治疗系统，以保证医务工作者和患者的安全。

H.Akiyama和T.Namihira等从1999年开始，采用高压干燥空气或高压氮气和氧气的混合气体钢瓶，提供脉冲电弧放电合成NO气体所必需的N₂和O₂，进行了干燥空气中脉冲电弧放电产生医用一氧化氮的研究；见[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，1999：111；[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.12^thIEEE Intem.Pulsed Power Conf.(USA)，1999，2：1313-1316；[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，France，2004：725-728。他们采用电容器充放电和正脉冲放电方式，脉冲振荡频率约为1.25×10⁶Hz，脉冲振荡结束的时间约为8μs。因此仍然没有解决操作复杂和使用不方便的问题，因为用高压气体钢瓶作为脉冲电弧放电产生NO的N₂和O₂来源时，仍然需要对干燥空气或高压氮气和氧气减压；他们并没有解决电弧放电过程本身产生的高浓度NO₂有害气体，以及高NO₂/(NO+NO₂)比值(约25％)问题，而且高浓度的NO₂会加快催化剂和吸附剂的失活或失效；同时，NO产生系统与NO、NO₂和O₂浓度测量系统是分开的，移动使用不方便。

发明内容

本发明提供一种呼吸衰竭救治仪的一氧化氮供气系统，避免现有技术使用高浓度NO气体钢瓶或高压干燥空气或高压氮氧混合气体钢瓶，直接以大气压下的空气为原料，通过调节和控制脉冲电弧放电条件，使空气放电过程中产生尽可能多的NO气体、尽可能少的NO₂有害气体，获得低的NO₂/NO比值。

本发明提供一种呼吸衰竭救治仪的一氧化氮供气系统，包括在气路上串联连通的空气泵、洁净干燥空气形成装置、流量计、脉冲电弧放电反应器、微粒过滤膜、NO₂催化还原转化装置、冷却器、微粒过滤膜和选择性吸附器；所述脉冲电弧放电反应器为针一板电极结构，放在特氟龙材料制作的盒中，再放在防电磁干扰的箱体中；本系统还设置气体监测仪，分析从所述选择性吸附器输出气体中的NO、NO₂和O₂的浓度。

所述的呼吸衰竭救治仪的一氧化氮供气系统，其特征在于：所述脉冲电弧放电反应器的针—板电极分别为不锈钢阳极和钼空心阴极，将不锈钢材料加工成锥度为30-45°的锥形针；金属钼材料加工成截面为圆形、内部为空心、且侧面开有小孔的板；电极间距可调；空气泵、洁净干燥空气形成装置、流量计、脉冲电弧放电反应器、微粒过滤膜、NO₂催化还原转化装置、冷却器、微粒过滤膜和气体监测仪，可以安置在同一个箱体中。

所述的呼吸衰竭救治仪的一氧化氮供气系统，其特征在于：所述脉冲电弧放电反应器所需的脉冲电压，由脉冲发生控制回路提供，它包括开关电源、脉冲宽度调制PWM逆变器、高频交流电源变压器、高频输出变压器和控制器；开关电源提供直流电压，脉冲宽度调制PWM逆变器将直流电压转变为具有一定脉宽的交流电压，经高频交流电源变压器提供高频率的交流电直接通过第一晶闸管给跨接于高频输出变压器原边的电容充电，并经第二晶闸管放电，通过高频输出变压器输出具有一定频率的脉冲电压；控制器两端接于第一晶闸管和第二晶闸管的阴极，控制脉冲电弧放电所需的放电电压和放电频率；第一电阻、二极管阴极、二极管阳极和第二电阻依次串联接于第一晶闸管和第二晶闸管的阴极，起保护放电回路的作用。

本发明直接以自然环境中大气压下的空气为原料，产生医用NO气体，因此，只要有空气的地方，使用本发明就能够提供医疗救治所需要的NO气体，需要NO时能随时产生、而不需要时不用储存，操作方便，经济实用；在脉冲频率为1-90Hz内，产生的NO浓度在0-200ppm内；放电时产生的NO₂/(NO+NO₂)比值约10％，因此，后续NO₂催化还原转化用的催化剂和吸附剂的寿命可大大延长。本发明集NO产生系统与NO、NO₂和O₂浓度测量系统于一体，移动使用方便。

附图说明

图1是本发明的系统示意图；

图2所示为本发明的脉冲电弧放电发生系统电路示意图；

图3所示为脉冲电弧放电发生系统产生的脉冲电压和电流波形。

具体实施方式

图1是本发明的系统示意图。该系统由空气泵1和洁净干燥空气形成装置2，流量计3、脉冲电弧放电反应器4、微粒过滤膜5、NO₂催化还原转化装置6、冷却器7和吸附器8以及NO、NO₂和O₂气体监测仪9组成。其中：脉冲电弧放电反应器4是针—板电极结构，材料分别为不锈钢和钼空心阴极，针-板电极放在一个耐热、耐腐蚀的特氟龙材料制作的盒中，电极间距可以在一定范围内任意调节；脉冲电弧放电反应器4需要的干燥洁净空气，由空气泵1和洁净干燥空气形成装置2提供，洁净干燥空气流量由流量计3控制；电弧放电中从电极上溅出的金属粒子，由微粒过滤膜5去除；NO₂催化还原转化装置6用于去除脉冲电弧放电产生的少量对患者有害的O₃和NO₂等气体，去除NO₂的催化转化还原物质为金属钼丝；从NO₂催化还原转化装置6出来的混合气体经过冷却器7后进入微粒过滤膜5，以去除气流从NO₂催化转化加热还原装置带出的微量微小钼的金属氧化物晶粒；气体监测仪9采用电化学法，分析从经过选择性吸附器8出来气体中的NO、NO₂和O₂的浓度。脉冲电弧放电反应器4放在防电磁干扰的箱体中；、气体监测仪9、空气泵1、洁净干燥空气形成装置2、流量计3、脉冲电弧放电反应器4、微粒过滤膜5、NO₂-NO(N₂)催化还原转化装置6、冷却器7和选择性吸附器8，安置在同一个箱体中。

直接以自然环境状态下的大气压下的空气为原料，通过空气泵、干燥剂和活性炭微孔滤膜组成洁净干燥空气形成装置，得到脉冲放电所需要的干燥洁净空气。将不锈钢材料加工成锥度为30-45°的锥形针，作为正电极；金属钼材料加工成截面为圆形、内部为空心、且侧面开有小孔的板，作负电极。在脉冲电弧放电反应器的两极加上某一频率的脉冲电压，就能够产生脉冲电弧放电，形成浓度相对稳定的NO气体，混合气体中NO₂/(NO+NO₂)比值约10％。放电过程中产生的少量NO₂气体，通过一个内置有金属钼丝的NO₂催化转化加热还原装置，在一定的加热温度(大于500℃)下，进行NO₂气体的一级去除，经过冷却器后进入NO₂选择性吸附器进行二级去除后，输出的混合气体中NO₂/NO比值小于2％，达到了临床医用救治要求NO₂/NO比值小于5％的标准。NO₂选择性吸附器中，内置有选择性炭吸附剂，该吸附剂是在普通炭材料中负载有微量的氧化亚铜，通过改性制得。当不需要NO时，切断电源开关即可。

脉冲电弧放电反应器所需的脉冲电压，由图2所示的脉冲发生控制回路提供，它包括开关电源、脉冲宽度调制PWM逆变器、高频交流电源变压器T₁(KHz)、高频输出变压器T₂和控制器。开关电源用来提供稳定的直流电压(E＝12V，由市电220V经整流、滤波后转换或蓄电池提供)，脉冲宽度调制PWM逆变器将直流电压转变为具有一定脉宽的交流电压，经高频交流电源变压器T₁提供高频率的交流电直接通过第一晶闸管SCR₁给跨接于高频输出变压器原边的电容C充电，并经第二晶闸管SCR₂放电，通过高频输出变压器T₂，输出具有一定频率的脉冲电压；控制器两端接于第一晶闸管和第二晶闸管的阴极，控制脉冲电弧放电所需的放电电压和放电频率；第一电阻R₁、二极管D阴极、二极管D阳极和第二电阻R₂依次串联接于第一晶闸管和第二晶闸管的阴极，起保护放电回路的作用。脉冲发生控制回路可以在一定范围内自动调节，产生电弧放电所需要的电压，能够提供1-90Hz的脉冲频率，脉冲电压大于9KV。

图2所示的脉冲电路可以产生如图3所示的脉冲电压和电流波形。其中1>为电压波形，2>为取样电阻测得的电流波形。

Claims

1.呼吸衰竭救治仪的供气系统，包括在气路上串联连通的空气泵、洁净干燥空气形成装置、流量计、脉冲电弧放电反应器、微粒过滤膜、NO₂催化还原转化装置、冷却器、微粒过滤膜和选择性吸附器，以及脉冲发生与控制回路；所述脉冲电弧放电反应器为针—板电极结构，放在特氟龙材料制作的盒中，再放在防电磁干扰的箱体中；本系统还设置气体监测仪，分析从所述选择性吸附器输出气体中的NO、NO₂和O₂的浓度。

2.如权利要求1所述的呼吸衰竭救治仪的一氧化氮供气系统，其特征在于：所述脉冲电弧放电反应器的针—板电极分别为不锈钢阳极和钼空心阴极，将不锈钢材料加工成锥度为30-45°的锥形针；金属钼材料加工成截面为圆形、内部为空心、且侧面开有小孔的板；电极间距可调；所述空气泵、洁净干燥空气形成装置、流量计、脉冲发生与控制回路和电弧放电反应器、微粒过滤膜、NO₂催化还原转化装置、冷却器、微粒过滤膜和气体监测仪，安置在同一个箱体中。

3.如权利要求1或2所述的呼吸衰竭救治仪的一氧化氮供气系统，其特征在于：所述脉冲电弧放电反应器所需的脉冲电压，由脉冲发生与控制回路提供，它包括开关电源、脉冲宽度调制PWM逆变器、高频交流电源变压器、高频输出变压器和控制器；开关电源提供直流电压，脉冲宽度调制PWM逆变器将直流电压转变为具有一定脉宽的交流电压，经高频交流电源变压器提供高频率的交流电直接通过第一晶闸管给跨接于高频输出变压器原边的电容充电，并经第二晶闸管放电，通过高频输出变压器输出具有一定频率的脉冲电压；控制器两端接于第一晶闸管和第二晶闸管的阴极，控制脉冲电弧放电所需的放电电压和放电频率；第一电阻、二极管阴极、二极管阳极和第二电阻依次串联接于第一晶闸管和第二晶闸管的阴极，起保护放电回路的作用。