不可或缺的本土劇三寶:臨床工程師如何設計「麻醉機」?

不可或缺的本土劇三寶:臨床工程師如何設計「麻醉機」?
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我們想讓你知道的是

工程演進的腳步絕不是一步登天,一個昨天剛上市的產品,內部的設計其實可能早在500年前就已經存在了,今天我們將以麻醉機為例,簡介工程師是怎麼從一個完全不相關的應用獲取設計靈感的。

文:蕭精誠

沒被全身麻醉過,也要看過全身麻醉走路

正所謂本土劇三寶──除了外遇、失蹤,再來就是開刀。當主角同父異母的妹妹因突如其來的昏倒而被推進手術房後,醫師總是會走出來,向主角解釋妹妹病情有多嚴重,必須趕快全身麻醉並進行手術。此時,手術室裡的麻醉科醫師就會將妹妹放倒,並且接上一台祖傳「麻醉機」,並由外科醫師接手開始進行手術……

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圖片來源:作者提供
八點檔手術前後示意圖(咦?)

你知道嗎?麻醉機除了可以防止妹妹肚子還沒縫起來的時候就醒過來,其實它也可以防止妹妹一被放倒就先窒息而死喔。究竟是怎麼一回事呢?我們今天將以工程師的角度,介紹麻醉機當初是怎麼被發明出來的。

從麻醉到麻醉機

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圖片來源:GE公司
GE公司所生產的麻醉機

上圖為今天要介紹的主角麻醉機。麻醉機在現代醫療中扮演著不可或缺的角色,當外科醫師進行開刀時,根據動刀的位置以及嚴重程度,醫師們可能會選擇對患者施行全身麻醉。此時,麻醉機就會對病患提供穩定的吸入式麻醉藥物,以及維持病患的呼吸。

早在1750年代乙醚就被科學家發現,開啟了吸入性麻醉的時代。繼吸入性麻醉之後,全身麻醉的另一種方法是靜脈麻醉術,1934年靜脈注射麻醉劑第一次被應用於外科手術上。

靜脈麻醉劑中另一項偉大的發現,是肌肉鬆弛劑的應用。肌肉鬆弛劑可讓患者的肌肉於手術期間完全地放鬆,使醫師的手術過程更加順暢。在這之後現代麻醉醫學所追求的「麻醉三位一體」的概念就此展開,也就是一個好的麻醉應包含三項要素:

  • 讓病人沈睡
  • 讓病人免於疼痛
  • 讓病人肌肉鬆弛

但是,肌肉鬆弛劑有個致命的缺點,當患者全身肌肉都放鬆後,同時也代表著其無法靠自己的力量呼吸,若不由實習醫師拿著一顆氣球反覆的把空氣打進患者的肺部裡,連續劇裡的角色下一集就可以領便當了。

當醫師發現這些不便之處後,工程師們便著手解決這些問題,也相應的製造出現今手術房內常見的「麻醉機」。

作者在此試著模擬了一遍工程師們一路從定義需求(needs)到提供解決方法(solution)的過程,並使用一些生活較常見的工具做為比喻,期望使讀者們可以更了解麻醉機的開發邏輯。

定義需求

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為了讓患者能順利的離開手術房,以下的需求便縱然而生:

  • 提供病人麻醉藥物達到麻醉三位一體
  • 提供病人氧氣以避免缺氧
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尋求解法

針對第一項需求「提供病人麻醉劑達到三位一體」,可搭配不同藥物以提供多種解決方法,但大致上可分為兩種:

  1. 使用靜脈注射麻醉
  2. 使用吸入性氣體麻醉

使用靜脈注射雖然可達到專一性,不必擔心手術房內所有人一起睡死的窘境。但靜脈注射劑量難以控制,一個閃失,可能就會對病人產生不良效果。

使用吸入性氣體麻醉則剛好相反,雖然劑量好控制,但存在著專一性的隱憂。

針對第二項「提供病人氧氣以避免缺氧」也有許多解決方法,我們這裡也取其中兩種作舉例:

  1. 傳統上手術房內常用的「實習醫師人肉幫浦」
  2. 或者是近年很常在電視上看到的「體外心肺循環系統」,也就是所謂的「葉克膜」

以上兩種方式,都可以提供病人麻醉後所需的氧氣。但實習醫師也是人,再怎麼千錘百鍊,要持續按壓氣球三個小時還是相當累人的。

葉克膜雖然有明星光環,但其實使用葉克膜過久會有生成血栓的危機,因此除非心肺功能整組壞光光,不然臨床上醫師都會盡量避免使用葉克膜。

從生活取材

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圖片來源:作者提供

考慮到以上各點,工程師決定使用一個閉鎖式的氣體循環機構,作為我們的麻醉機的設計。這種設計可以同時提供氧氣以及揮發性麻醉藥物,不僅可避免氣體麻醉劑外洩,又可以提供病人正壓呼吸以避免窒息。而在以上的前提之下,我們將以閉鎖循環式的淺水用水肺為借鏡,來看此麻醉機的機構設計。主要原因為:

  • 兩者皆為用於肺部的氣體循環機構
  • 兩者皆須考慮進氣端與出氣端分流問題
  • 兩者皆有出氣端再過濾的需求
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圖片來源:Wikipedia
閉鎖型循環式水肺的設計簡圖

以上為閉鎖型循環式水肺的設計簡圖,其中構造1是連接使用者口腔的氣閥,左右兩邊各自連接2號及6號構造,分別為吐氣及吸氣管道。兩者前端都有一個單向閥讓氣體只出不進,2號管將使用者排出的廢氣透過3號洗滌瓶過濾,移除過多的二氧化碳及水氣,再進入4號呼吸袋重新混入氧氣。

而麻醉機所需要的機構設計與其極為相似,兩者同樣需要一個吸氣管與吐氣管,並且用單向閥以避免兩邊氣體混合,也同樣需要一個洗滌瓶過濾二氧化碳和水。差別在於麻醉機的洗滌瓶,還需要去除殘餘的麻醉劑,以達到精準的藥量控制。另外,麻醉機的呼吸袋還須接通一個揮發瓶,以提供揮發性的麻醉藥物。

結語

透過以上的邏輯思路,工程師們一路從定義需求(needs)到提供解決方法(solution),其實並不只有給出一種答案。只是在多方考量之下,決定使用以上的方法製造出現今的麻醉機。甚至,就只是沒有想到更好的辦法而已,任何「可能的解法」都有可能成為「可行的解法」,這不是第一次有人提出解法,也絕不是唯一的一次。

醫療器材的演進便是不斷的長江後浪推前浪,永遠有人提出更加方便、更加人性化的方法,以上便是前人辛苦走出來的道路。而接下來,我們誠摯地邀請閱讀這篇文章的你,發揮自己的創意,從生活的周遭取材,創造出更有價值的事物。

本文經UnmetNeeds授權轉載,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航




碳排越少,優惠越好!台灣第一個看得見的消費碳足跡,號召大眾實踐低碳生活

碳排越少,優惠越好!台灣第一個看得見的消費碳足跡,號召大眾實踐低碳生活
Photo Credit:王道銀行

我們想讓你知道的是

王道銀行運用「消費碳排放明細」功能推出採獎勵機制的「低碳生活卡」,藉此建立消費者的綠色消費意識,在生活中選擇對地球更好的產品和服務,在享受特別折扣與回饋的同時,也為減緩全球暖化貢獻一份心力。

近年因應地球暖化加劇、極端氣候衝擊,各國政府陸續喊出2050年淨零碳排的目標;歐盟宣布將於明年開徵碳稅,歐洲數國及美國加州宣布未來要禁用油車,日本預計發行千億美元的綠色債券用來推動能源轉型,台灣政府也在今年3月正式公布2050淨零排放路徑,預計陸續投入新台幣9,000億元,與產業界共同朝著減碳目標努力。

然而,要達成2050年的淨零目標,不可能單靠政府和企業,而需要所有地球公民的力量。但從這份調查得知,目前大多數的台灣消費者儘管對於碳議題有基本的瞭解,也很有意識要減碳,卻常常無從得知自己在生活中的各項活動究竟產生了多少碳排放量。

一、王道銀行與萬事達卡Mastercard合作,全台首創推出「消費碳排放明細」
Photo Credit:王道銀行

為了讓消費者們對「碳排放」有感,王道銀行日前推出「消費碳排放明細」功能,是台灣第一家、也是亞太地區第一家採用萬事達卡(Mastercard)碳足跡計算器的金融業者,使用API串接萬事達卡的大數據資料庫,會依據你刷卡購買的產品或服務類別、消費金額等資訊估算出每一筆刷卡消費的碳排放量;只要是王道銀行萬事達卡卡友,都能在網銀或APP上免費開啟「消費碳排放明細」功能,希望藉此讓消費者更加認識所購產品與服務的碳排放量,進而建立綠色消費意識。

而為了鼓勵消費者將減碳意識化為實際行動,王道銀行也推出減碳成功享活儲加碼的活動,消費者只要開啟「消費碳排放明細」功能,並於2022年底前每月至少刷卡一筆一般消費且年平均每元碳排放量低於8公克,即可享隔年整年度新台幣活儲年利率加碼0.1%的優惠,優惠存款金額無上限。

二、王道銀行「消費碳排放明細」功能,讓消費者知道每一筆消費產生的碳排放量
Photo Credit:王道銀行

2019年,在瑞典曾有結合碳排放量與金融產品的先例,一家名為Doconomy的金融新創公司和萬事達卡(Mastercard)合作推出「DO Black卡」,這是全球第一張以「碳足跡」做為刷卡額度的信用卡,相較一般信用卡是以「金錢」做為信用額度單位,「DO Black卡」則以「個人消費的二氧化碳排放量」做為刷卡消費上限,每筆消費都會透過奧蘭指數(Aland Index)的運算技術,算出碳排放量,當刷卡產生的碳排放量達到當月上限時,就不能再刷卡了。

不同於「DO Black卡」的凍結機制,王道銀行則運用「消費碳排放明細」功能推出採獎勵機制的「低碳生活卡」,全台首創以消費碳排放量決定刷卡現金回饋比例;「低碳生活卡」卡友在開啟「消費碳排放明細」功能後,只要當月平均每元消費碳排放量低於8公克,就能自動享有國內刷卡一般消費新台幣兩萬元內、國外刷卡一般消費不限金額的現金回饋加碼至1.5%。「我們希望不只是提供消費碳排放明細、倡導消費者意識到碳排放量,更能進一步鼓勵消費者採取實際減碳行動!」王道銀行董事長駱怡君說。

除了依消費碳排放量享不同的刷卡現金回饋,王道銀行「低碳生活卡」更攜手台灣多家知名的社會企業共同倡導綠色消費,包括鮮乳坊、仁舟淨塑、直接跟農夫買、綠藤生機、茶籽堂、成真咖啡等25家社會企業與B型企業,持「低碳生活卡」於這些店家刷卡消費,能獲得9折、95折或是滿額贈禮等專屬優惠,王道銀行還會額外加碼提供最高4.22%現金回饋;消費者除了能省荷包,還能支持友善環境及社會的品牌,一舉兩得!

三、王道銀行低碳生活卡合作綠色店家共25家,可獲得專屬優惠折扣以及4_22%現金
Photo Credit:王道銀行

減少碳排放是地球上每一位公民的責任,隨著地球升溫臨界點的倒數計時,我們每一個人都需要將減碳意識化為實際行動,運用銀行推出的工具「消費碳排放明細」以及創新金融產品「低碳生活卡」,在生活中選擇對地球更好的產品和服務,在享受折扣與回饋的同時,也為減緩全球暖化貢獻一份心力。

四、王道銀行串聯25家友善環境的社會企業與B型企業,與消費者共同打造低碳生活
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本文章內容由「王道銀行」提供,經關鍵評論網媒體集團廣編企劃編審。