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
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。
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
后级减压阀是把压缩机组产生的80~100 psig的压缩空气调至医院所需的50~55 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
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，水能通过空气过滤器进入麻醉机、呼吸机及其他常用二次设备，当然还会进入患者呼吸系统。水汽或在水汽与麻醉剂混合的作用下，能够造成麻醉喷雾器的机械故障。浸满水的呼吸机将因无法修复而造成报废。麻醉机如浸水则需要大修后才能恢复正常。水还是细菌繁殖的媒介。在低温环境下，医用气体管道中的水可能会结冰而堵塞管道，影响气体流量。水还容易引起铜管氧化。
水进入管道系统可能有几种原因，常见的原因是干燥机容量太小，选型不对或吸附式干燥机中干燥微粒已饱和。若使用水环式压缩机组，压缩机故障也可能把水带进管道系统。后冷机、储气罐、干燥机的自动排水装置的故障或压缩机其他零部件的故障也是较常见的原因。
油可通过非医疗级的压缩机组进入管道系统，这一般是选型的问题。即使是医疗级压缩机组也可能因故障而把油带入管道系统中，而使用无油机组就能彻底解决油的问题。对于使用的压缩机组，只要有油污染的可能，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。
四、结束语
生命支持系统为医院提供了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。
当前，我国新建和扩建的医院大量上马，但医用气体的建设水平还非常落后。由于缺乏规范指导，医用气体从设计、设备及产品制造、施工、测试验收、管理等方面存在一系列问题，再加上建设方重视程度普遍不够，在总投资之中预算比例偏低，导致存在问题很多。据了解，目前已建成的医院中，大部分医用气体工程基本不合格，甚至是废品。
要从根本上改进或改变我国目前医用气体现状，需要从卫生系统、设计院所、工程监理等各方面提高对医用气体的重视程度，提供合理的投资预算。只有这样，医院才能用干净安全的医用气体为广大患者服务。
（责任编辑 吕志新）