פיתוח ויישום של מערכת אספקת חמצן מרכזית רפואית

עם ההתפתחות המתמשכת של טכנולוגיית ייצור החמצן, חמצן רפואי התפתח מחמצן תעשייתי ראשוני לחמצן נוזלי ולאחר מכן לייצור חמצן בלחץ מתנדנד (PSA) כיום. שיטת אספקת החמצן התפתחה גם מאספקת חמצן ישירה מבקבוק בודד למערכת אספקת חמצן מרכזית. כיום, מערכות אספקת חמצן מרכזיות, מערכות יניקה מרכזיות ומערכות אוויר דחוס הפכו לשלוש מערכות אספקת הגז הרפואי החיוניות במרפאות בתי חולים מודרניות.

חמצן הוא חומר מפתח לפעילות מטבולית אנושית והצורך הראשון בתנועתיות חיי אדם. תוספת חמצן יכולה לשפר את הסביבה הפנימית הפיזיולוגית והביוכימית של גוף האדם ולקדם את המחזוריות השפירה של תהליכים מטבוליים, ובכך להשיג את המטרה של טיפול במחלות, הקלה על תסמינים, קידום החלמה, מניעת נגעים ושיפור הבריאות.

לכן, חמצן ממלא תפקיד חשוב בתחום הרפואי, במיוחד בעזרה ראשונה לחולים במצב קריטי ולאנשים עם פגיעות תאונות, ואספקת חמצן הפכה לאחד התנאים ההכרחיים למוסדות רפואיים.

היסטוריית הפיתוח של מערכת אספקת חמצן בבית חולים

אספקת חמצן ישירה בבקבוק בודד

אספקת חמצן ישירה מבקבוק בודד היא הדרך המסורתית לאספקת חמצן בבתי חולים, ושיטה זו תמיד שימשה לאספקת חמצן תעשייתי. מכיוון שחמצן תעשייתי מכיל לעתים קרובות גזים מזיקים והדופן הפנימית של הגליל תחליד, לחמצן יהיה ריח מבחיל. כאשר משתמשים בו קלינית, הוא יגרום לחולים להשתעל ולהחמיר תסמיני נשימה.

לכן, על מנת להבטיח את בריאות העם, סין עדכנה את הסטנדרטים לחמצן רפואי.

אספקת חמצן מרכזית

אספקת חמצן, המכונה גם אספקת חמצן מרכזית, היא שיטת אספקת חמצן מודרנית הנמצאת בשימוש נרחב בעולם. סין פיתחה את מערכת אספקת החמצן המרכזית הראשונה בשנת 1983, והיא קודמה ויושמה באופן נרחב בערים גדולות ובינוניות. כיום, כל בתי החולים בקנה מידה מסוים אימצו מערכות אספקת חמצן מרכזיות. יתר על כן, מערכת אספקת גז רפואי המורכבת ממערכת אספקת חמצן מרכזית, מערכת יניקה מרכזית ומערכת אוויר דחוס הפכה לפרויקט חובה לבנייה ושיפוץ מבני מחלקות בבתי חולים ולפרויקט הכרחי לשדרוג בתי חולים.

טכנולוגיית אספקת חמצן מרכזית יכולה לשפר את הרמה הרפואית של בתי חולים, לאפשר לחולים לקבל הצלה או טיפול בזמן, ובכך להציל חיים רבים. יחד עם זאת, מכיוון שהציוד לטכנולוגיית אספקת חמצן מרכזית מרוכז יחסית, הוא תורם לניהול מודרני של בתי חולים.

באופן ספציפי, באים לידי ביטוי ההיבטים הבאים:

• לצינור אספקת החמצן המרכזי לחץ נמוך יותר והוא מצויד במספר התקני בטיחות, מה שהופך אותו לבטוח ואמין יותר.
• אספקת חמצן מרכזית אינה דורשת נשיאת בלוני חמצן למחלקה, מה שמקל על האחסון וההובלה
• למערכת אספקת החמצן המרכזית קיבולת אספקת חמצן חזקה, קיבולת גדולה, לחץ יציב, ויכולה לספק אספקת חמצן רציפה בזרימה גדולה
• מסוף שאיפת החמצן לאספקת חמצן מרכזית מותקן ישירות בחדר הניתוח, בחדר המיון ובמחלקות של כל מחלקה, מה שהופך את שאיפת החמצן לפשוטה, קלה, בטוחה ואמינה.
• אספקת חמצן מרכזית יכולה לשפר משמעותית את ניצול החמצן, להפחית את מספר אנשי ניהול החמצן, ובכך לשפר את התועלת הכלכלית.

מערכת אספקת החמצן המרכזית של בית חולים מורכבת ממקור חמצן, צינור חמצן, שסתום וציוד עם מסוף. כיום, פס חיבור, חמצן נוזלי ומכוון חמצן PSA (Pressure Swing Absorption) משמשים בדרך כלל כמקור חמצן למערכת אספקת חמצן בארץ ובחו"ל.

פס אספקה

מערכת אספקת חמצן באמצעות פס צבירה מורכבת בעיקר משני סטים של בלוני חמצן בלחץ גבוה (אחד לאספקת גז ואחד לגיבוי). היא מורכבת מפס צבירה, סט של התקני בקרה אוטומטיים/ידניים, אזעקות קול ותאורה, התקני הפחתת וייצוב לחץ, צינורות ואביזרים. כאשר אספקת החמצן עומדת להיגמר, פס הצבירה יכול לעבור אוטומטית לאספקת חמצן לגיבוי.

להתקן הבקרה יש מד לחץ, יחידת בקרה לניטור, מערכת אזעקה ונוריות חיווי להצגת תנאי הפעולה ומזכירות למשתמש להחליף את בלון החמצן שהתרוקן. אם התקן הבקרה האוטומטי נכשל, יופעל התקן גיבוי להפחתת לחץ וייצוב לחץ כדי להבטיח את יציבות לחץ אספקת החמצן.

חמצן נוזלי

מערכת מקור הגז המשתמשת בחמצן נוזלי כמקור חמצן מורכבת בעיקר ממיכל חמצן נוזלי, מאייד, התקן להפחתת לחץ והתקן אזעקה. החמצן הנוזלי נוסף ממיכל החמצן הנוזלי של רכב ההובלה למיכל החמצן הנוזלי של מערכת אספקת החמצן המרכזית, תוך ניצול הפרש הלחצים בין פנים ומחוץ למיכל החמצן הנוזלי. מיכל החמצן הנוזלי הוא שכבת ביניים מבודדת בלחץ גבוה כדי להבטיח את הטמפרטורה הנמוכה הנדרשת של הנוזל.

טמפרטורת החמצן הנוזלי עולה בחדות כאשר הוא זורם דרך המאייד, מה שגורם לאידוי. לחץ החמצן המאדה בלחץ גבוה מופחת על ידי מכשיר להפחתת לחץ, ולאחר מכן נשלח החוצה לאחר שהלחץ מתייצב. בדרך כלל ישנם שני מיכלי חמצן נוזלי במערכת, אחד לאספקת חמצן ואחד לגיבוי; ניתן להשתמש גם במיכל החמצן הנוזלי ובפס ההולכה יחד, כאשר מיכל החמצן הנוזלי מספק גז ופס ההולכה משמש כגיבוי.

אספקת חמצן למרכז חמצן PSA רפואי

מערכת אספקת החמצן של מחולל החמצן PSA הרפואי מורכבת בעיקר ממדחס אוויר ומייבש, מסנן, מחולל חמצן, מיכל אחסון חמצן, צינורות ואביזרים. אם נדרשת מילוי חמצן עבור בלוני חמצן, ניתן להקים מדחס חמצן ותחנת מילוי חמצן. מחולל החמצן PSA משתמש בטכנולוגיית ייצור חמצן ספיחת לחץ כדי להשיג חמצן בטוהר של ≥ 90% העומד בתקני חמצן רפואי.

טכנולוגיית ייצור חמצן באמצעות ספיחת לחץ משתנה משתמשת בספיחה סלקטיבית של חמצן וחנקן על ידי נפות מולקולריות מזאוליט, כאשר קיבולת הספיחה עולה עם עליית לחץ הספיחה ויורדת עם ירידת לחץ הספיחה. היא סופחת חנקן בתנאי לחץ כדי להעשיר חמצן; מסירה את החנקן הנספח בתנאי לחץ מופחת, ומחדשת את הנפה המולקולרית בו זמנית. מחזור הדדי זה משיג הפרדת חמצן וחנקן וייצור חמצן.

ניתן להגדיר את השימוש במחוללי חמצן PSA רפואיים כיחידה אחת או כיחידה כפולה. בתצורת יחידה אחת, נעשה שימוש בסט אחד של ציוד מחולל חמצן, ופס החיבור של מיכל החמצן משמש כגיבוי. במהלך שיא דרישת החמצן, מיכל החמצן משלים דרך פס החיבור, וזה גם חסכוני וגם בטוח ואמין. בתצורת יחידה כפולה, מוגדרות שתי סטים של ציוד מחולל חמצן, מה שנוח לחניה ולתחזוקה, ויש פס חיבור חמצן גיבוי כערובה, שהוא בטוח ומעשי יותר.

השוואת פשטות

אספקת חמצן באמצעות פס חיבור (busbar) דורשת רכישה קבועה של בלוני חמצן רפואיים, שהם מורכבים להובלה, טיפול ותפעול, והבלינים זקוקים לתחזוקה שוטפת.

חמצן נוזלי הוא שיפור משמעותי לעומת פסי חיבור, עם יתרונות של נפח הובלה גדול, יעילות הובלה גבוהה, פחות זמן עזר ועלות חמצן נמוכה. מיכל אחסון חמצן נוזלי בנפח 3.65 מ"ק, מלא בחמצן נוזלי ומגוזז במלואו, יכול לייצר 3000 מ"ק של חמצן, מה שדורש 500 גלילי פלדה, ומשקל גלילי הפלדה בלבד הוא כ-30 טון.

מיכלי אחסון חמצן נוזלי צריכים להתמלא רק 1-2 פעמים בחודש, אך דרישות התפעול במהלך המילוי גבוהות מאוד, והמפעילים חייבים להיות מוסמכים לעבודה, לבדוק את לחץ המוצא מדי יום, ולבדוק ולתחזק את הציוד באופן קבוע. הליך השימוש בחמצן הוא יחסית מסורבל.

מחולל החמצן הרפואי PSA מממש ייצור חמצן באתר ומקים תחנת ייצור חמצן עצמאית משלו. הוא אינו דורש הובלת חמצן ואינו מוגבל על ידי מקור חמצן שני. ניתן להפעיל את הציוד באופן אוטומטי ללא כוונון וכיול תכופים. הוא בטוח, פשוט ונוח לתפעול. אין צורך בציוד עזר נוסף, וחמצן רפואי מוסמך יכול להיכנס ישירות למערכת הצינורות, מה שהופך את ניהול בית החולים למדעי ומדיני יותר.

השוואת אבטחה

לחץ החמצן במיכל החמצן המשמש לאספקת חמצן דרך פסי החיבור הוא גבוה יחסית, בדרך כלל 15 מגה פסקל (150 אטמוספרות), דבר שעלול לגרום לפיצוץ אפשרי במקרה של רעידות חזקות והתנגשות. איכות וטוהר החמצן במיכל החמצן אינם בשליטת המשתמש.

חמצן נוזלי הוא דאגת הבטיחות החשובה ביותר. כמות גדולה של חמצן נוזלי מאוחסנת במיכל אחסון החמצן הנוזלי. הטמפרטורה של החמצן הנוזלי נמוכה ביותר (-183°C), וחמצן הוא חומר בעירה חזק. ברגע שיש דליפה, ההשלכות יהיו הרסניות. לכן, מערכת החמצן הנוזלי זקוקה לבדיקות סדירות. אם הדיסקה העמידה בפני פיצוץ במיכל החמצן הנוזלי מתפוצצת או שסתום הפליטה קופץ לפליטה, משמעות הדבר היא שהוואקום של שכבת הביניים של מיכל החמצן הנוזלי נהרס ויש לתקן אותה ולשאוב מחדש.

מסוכן להציב מיכלי חמצן נוזלי בבתי חולים צפופי אוכלוסין. חמצן נוזלי נוטה לדליפות במהלך הובלה ואריזה, ואפילו כמות קטנה של שומן עלולה לגרום לשריפה, ולהוות סכנה בטיחותית.

מחוללי חמצן PSA רפואיים פועלים בטמפרטורה רגילה ובלחץ נמוך (20°C-40°C, 6-8 אטמוספרות). באופן עקרוני, אין גורמים לא בטוחים וזוהי שיטות אספקת החמצן הבטוחות ביותר מבין שלוש. מרכזני חמצן מצוידים בדרך כלל במקור חמצן גיבוי כדי להבטיח את אספקת החמצן במקרה של הפסקת חשמל, כיבוי או כאשר צריכת החמצן עולה לפתע למשך זמן מסוים ועולה על ייצור החמצן המדורג של מרכז החמצן.

השוואה כלכלית

מערכת פס החיבור משתמשת בבלוני חמצן, הזמינים בדרך כלל בבתי חולים. כל מה שצריך לעשות הוא לעבד את הבלונים ולאחר מכן להרכיב אותם, ובכך לחסוך בעלויות השקעה ראשוניות.

בחירת שיטת אספקת חמצן

מכיוון שאספקת חמצן באמצעות פס חיבור (busbar) דורשת את ההשקעה הראשונית המינימלית ביותר, עבור בתי חולים קטנים ובינוניים מסוימים, בעלי קיבולת קטנה לקבלת מטופלים ומחסור בתקציבים, שימוש באספקת חמצן באמצעות פס חיבור הוא השיטה המעשית והחסכונית ביותר. מנקודת מבט של תפעול כלכלי לטווח ארוך, מחולל חמצן PSA לבתי חולים הוא הדרך החסכונית ביותר לאספקת חמצן. למערכת מקדם בטיחות גבוה וניתן להפעיל אותה ללא מאויש ולנהל אותה בצורה מודרנית. זוהי הבחירה הטובה ביותר עבור בתי חולים מודרניים.

לכן, כיום, בתי חולים גדולים צריכים להשתמש בריכוזי חמצן PSA לבתי חולים לאספקת חמצן. יחד עם זאת, מכיוון שריכוזי חמצן PSA אינם דורשים מקור חמצן שני ויכולים לספק חמצן בדרך כלל באמצעות חשמל בלבד, הם מתאימים גם לאזורים מרוחקים ולאזורים עם תחבורה לא נוחה.

צינורות ומסופים של המערכת

חמצן מועבר מתחנת החמצן לכל קומה (מחלקה, חדר ניתוח, מרכז הצלה, מרפאת חוץ וכו'). לאחר ייצוב לחץ משני, לחץ יציאת החמצן הוא 0.1-0.4 מגה-פיקסל (ניתן להתאמה). טמפרטורת הסביבה סביב צינור החמצן לא צריכה לעלות על 70 מעלות צלזיוס.

להבות גלויות וכתמי שמן אסורים בהחלט ליד צינורות או שסתומים. צינורות אספקת חמצן יכולים להיות עשויים מצינורות נחושת או מצינורות נירוסטה. הראשון הוא חסכוני יותר והוא החומר המועדף כפי שצוין בתקנים הלאומיים.

לאחר כניסת צינור החמצן למחלקה, הוא מחובר ללוחית ההדק (הנקראת גם חגורת טיפול). לוחית ההדק משמשת כגורם מוביל לחוטים שונים ומכלול של רכיבי הדק שונים של הצינור.