不可或缺的本土劇三寶：臨床工程師如何設計「麻醉機」？

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……

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

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

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

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：

使用靜脈注射麻醉
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：

傳統上手術房內常用的「實習醫師人肉幫浦」
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

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

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