氣墊床的故事－替代泡綿Alternative foam

游朝慶醫師

   接著來介紹低科技類減壓床墊中最多人使用的替代泡綿(alternative foam，foam alternative)，其有三種型式，第一型為黏彈性泡棉viscoelastic，由PU泡綿添加一些化學藥劑而成，增加其黏性及密度，通常被稱為記憶泡棉(memory foam)、高特殊泡綿(high specification foam)、惰性泡綿low-resilience foam，也有人稱其為矽膠綿(和silicone無關)，其為溫感temperature sensitive，當低溫時，其表現較硬，溫度高時會變軟，因此當人躺上去，幾分鐘後，高密度記憶泡棉感受到人的體溫就會變軟，而讓人沉下去，增加接觸的體表面積，而低密度記憶泡綿是壓力感測pressure-sensitive，人躺上去後會更快沉下去，但會比較沒有支撐，一般而言，會組合不同密度的記憶泡棉，在上層鋪上低密度泡綿以加強包覆性，而在底層用高密度記憶泡棉以加強支撐性。已有許多研究證實記憶泡棉床墊比傳統醫院泡棉床墊更能有效預防壓瘡^1-3，甚至丹普公司還證實其丹普記憶床墊預防壓瘡的效果和交替式壓力氣墊床一樣好⁴，然而Russell等人於2003年發表一篇1000多人的大規模研究⁵，卻發現記憶床墊(CONFOR-Med廠牌)預防一度壓瘡的效果其實和傳統醫院泡棉床墊差不多。

氣墊床的故事－持續低壓氣墊床continuous low pressure(CLP)

游朝慶醫師

   哪些材質屬於low-tech continuous low pressure(CLP)呢？基本上指的是特殊泡綿、凝膠gel、空氣、或水，至於一般以纖維fibre材質做成的床墊，如榻榻米或醫院標準泡棉床墊基本上沒有預防壓瘡的作用，且泡棉會隨時間而變形，一般耐用年限為3年¹。特殊泡棉材質會在下一章說明，至於其他液態凝膠(如液態矽膠或Silastic)、水及空氣材質的，多做成連通管型氣囊氣墊(其又稱為dry flotation mattress，如圖1)，當身體移動時，利用流體力學中的「連通管原理」，藉由每一個相通且充滿流體（空氣或液態凝膠）的腔室，在遇到由上而下來的壓力時，會讓每一個相通的腔室裡壓力均等，因而分散受壓處的壓力。

圖1. dry flotation mattress

氣墊床的故事－英式分類系統

游朝慶醫師

   這一個章節有點複雜，本來是要直接寫記憶泡棉床墊的，但馬上就被一些英文名詞搞混，如何謂alternative foam替代泡綿，及黏彈viscoelastic單字前面加上dry，或後面加上polymer，意思就不是記憶泡棉這一類，而是指凝膠或脂肪墊這一類的產品。看過許多review，Cochrane等人家整理的實證，卻又更加搞混了，同一個產品在不同review中卻被歸到不同類別來比較。故覺得在探討氣墊床的實證醫學前，先要把氣墊床的分類及其英文名稱定義搞清楚先。
   前三篇文章已介紹了最有名的Air-fluidized bed矽砂床(其都為和床架合在一起的床組，故為bed)，low-air-loss mattress微漏氣床(LAL，其目前的價格已降了，但個人認為其主要功能也被捨棄了)以及alternating pressure mattress交替式壓力氣墊床(AP，有些文章會稱其為alternative pressure)，這三種氣墊床已大多數學者被正式規類為高科技類(High-technology，high tech)氣墊床，這種高科技類氣墊床的特點為需要插電，有充氣馬達等，另一大類則被稱為低科技類(low-technology，low tech)¹，如泡棉床墊、記憶泡棉床墊、水床、空氣床墊等，特點是均勻分散及支撐身體重量，不用插電等。如前4章「氣墊床的英文」所述，「high tech又稱為dynamic動態，或powered有動力式的，而low-tech又稱為static靜態，或Non-Powered無動力式的。」這分類大致上，或者在美國應該是沒錯，不過英國人卻有不一樣的想法²，他們以科技的眼光來看氣墊床support surface的減壓原理，認為目前只有兩大類的減壓技術存在，如圖1。

圖1.氣墊床的兩種減壓原理²

氣墊床的故事－交替式壓力氣墊床

游朝慶醫師

   W. James Gardner(1898–1987)是一位神經外科醫師及發明家，他於1947年發明交替式壓力床上墊alternating pressure pad(如圖1)，這床墊由許多橫向約3公分直徑的圓形氣墊組成，交替地分為兩群，以間隔3分鐘輪流充氣及消氣，其馬達只需用一個1/150馬力的打氣馬達，這發明於1948年發表¹，然而卻沒有對照組的實驗。

圖1. Alternating Pressure Pad (1948)
   而比W. James Gardener更早，於1926年Julian D Hart才是我找到最早使用壓力交替式床墊的發明人²，在那時，已能使用自動控制壓力交替，並且能自動將床傾斜幫忙翻身(如圖2)，不過沒有看過實品，而W. James Gardener才是正式有交替式壓力床墊並且做過臨床試驗，並且有正式發表，不過缺點是沒有對照組。不過這時的交替式壓力氣墊床高度不高，最多3-4公分，故效果較不好。

圖2.Julian D Hart, Variable-pressure bed or mattress, US 1772310 A, 1926,

氣墊床的故事－低價微漏氣床

游朝慶醫師

   微漏氣床依其原始專利設計，可同時解決壓瘡的幾個危險因子，1.將壓力均勻分散，2.控制溫度，3. 減少流汗及潮濕，然而為達到這些目的，卻一直無法cost-down，畢竟東西要賣得好，價格絕對是一個很大的因素，在2000年代，這玩意兒終於降價下來到和交替式壓力氣墊床差不多的價錢，根據2003年一份調查¹，微漏氣床墊和交替式壓力床墊的平均價格都在1000美元，每日租金約5美元，而根據衛生與人類服務部 (Department of Health and Human Services) 的督察長辦公室 (Office of Inspector General)於2009年對美國健保對減壓氣墊床給付的調查報告指出，在2007年時，健保局平均替每張low air loss微漏氣床支出約693美元¹(E0277 describes a powered pressure reducing mattress (alternating pressure, low air loss, or powered flotation without low air loss))，約2萬元台幣。已比90年代的30萬的1折還便宜了。
   但為什麼可以這麼便宜呢？找遍所有當代的微漏氣LAL氣墊床，其操作介面幾乎只剩下調整壓力及電源開關。全都無法針對身體各部分來調節局部的壓力，以及也沒有調整溫度的功能。查了一下NPUAP2007年對”low air loss”的定義³，Low air-loss is  a feature of a support surface that provides a flow of air to assist in managing the heat and humidity (microclimate) of the skin. ，也就是說一張氣墊床可以分散身體壓力，並且能噴氣來調節皮膚接觸面的熱及溼氣，就能稱為微漏氣(LAL)氣墊床。如此一來我只要在無動力式氣墊床打幾個洞，並加上馬達，或者在現成的交替式壓力氣墊床上打幾個洞，使其能噴氣，就能稱為微漏氣氣墊床了。

氣墊床的故事－微漏氣床

游朝慶醫師

   至於魚鱗教授及霍普金先生發明的微漏氣床(low air loss，LAL)，後來怎樣了呢？霍普金先生於1968年成立了氣墊床公司Air Cushion Equipment, Ltd. (其擁有及經營者為霍普金先生Mr. Leslie A. Hopkins. Mr. Roy Henvest, 廚子先生Mr. Robert Cook, and Mr. Graham Westerling-Norris) 持續對微漏氣床做了許多改良，霍普金先生一直夢想著要做出窮人負擔得起的的微漏氣氣墊床，這項改良及使之變得便宜的工作便由Air Cushion Equipment公司的廚子先生(Mr. Robert Cook) 開始，廚子先生一直致力於發展出一種可商業化，可放在於任何一種床架上的氣墊床，其研究接著由Watkins & Watson Ltd公司接手繼續研發，然而儘管經過了10年，成效卻有限，最後Watkins & Watson Ltd公司(Mediscus為其註冊商標，公司於1984年被正式改名為Mediscus Products, Ltd公司，Mediscus Products, Ltd.公司於1991年被KCI併購)的William Valentine Hunt及 Frank Edward Mayhew Ducker終於成功於1973年做出第一個商品化的微漏氣床(US 3909858 A，這個專利讓每個個別的充氣管都能被獨立地被拔除及清洗，而患者不需要被挪床)。其設計如下圖¹，為一個有21個防水透氣管所組成，充氣管的材質為鍍上PU材質的尼龍。管子深度為30公分。這21個管子分為五組，分別控制頭、胸、骨盆、大腿及腳，每組都能獨立控制其壓力，當患者姿勢改變時，可控制各組的壓力，以使得氣囊可以接觸到最大的身體面積，壓力可以很容易調整，以使患者能達到最舒服的壓力，此外進去的空氣有一個溫度調節單位，可使溫度控制在28到31度之間。這種LAL系統需要不到100Ft³/Min(47L/s)的空氣，並使氣囊壓力控制在6到33cm H2O(0.6-3.2kPa)，並允許皮膚蒸發出來的水蒸氣可穿透到氣囊內，以使相對濕度維持在27%，打氣機可提供36 cm H2O(3.5kPa)的壓力，加熱器則有1千瓦的加熱能力，並有數位溫控。

   下圖是我所能找到最古老的氣墊床照片 Mediscus Mark 5A-M Low Air Loss Bed System.，其約從1986年開始生產，而其Mediscus Mark V系列則是從1980年開始生產²。

   1976年，霍普金先生當時擔任Mediscus公司的顧問，並且也發明出一種可攜帶型的微漏氣床(British Patent No. 1,545,806)，其氣墊床公司Air Cushion Equipment, Ltd.的研究也跟著被Mediscus接手。
   雖然許多家氣墊床公司包括美國最大的氣墊床製作廠商Hill-Rom一直努力將氣墊床壓低價格，但直到1990年代，購買一張LAL氣墊床仍需要超過1萬美元，或者每天50-200塊美元的租金。
1. J.G Webster, Prevention of Pressure Sores: Engineering and Clinical Aspects, P94-96, http://books.google.com.tw/books?id=Wj2ZP94OWkoC&pg=PA95&lpg=PA95&dq=WATKINS+%26+WATSON+low+air+loss&source=bl&ots=1JCTL_kCM0&sig=gQ1GNrLLzhgbRRJnAIXlJFqwbf4&hl=zh-TW&sa=X&ei=0MJXU5uTD8jKkgWR7IHACA&ved=0CC4Q6AEwAA#v=onepage&q=WATKINS%20%26%20WATSON%20low%20air%20loss&f=false
2. Landi, 0., Catrani S., Mengozzi E, THE LOW AIR LOSS BED SYSTEM IN TREATMENT OF BURN PATIENTS, Annals of the MBC - vol. 2 - n' 3 - September 1989 http://www.medbc.com/annals/review/vol_2/num_3/text/vol2n3p140.htm

氣墊床的故事－矽砂床

游朝慶 醫師

    當魚鱗教授及霍普金先生忙於高漏氣及微漏氣床的同時，美國的哈格斯特Thomas S. Hargest想出了矽砂床的概念(air fluidized bed，AFB or “bead bed”) (US Pat No 3428973)，哈格斯特先生出生於1925年，原本是一名地質學家¹，之後於1964年卻在美國德州一家燒傷醫院the Shriners Burn Institute擔任臨床工程師，在那兒由於有幾位醫師的幫忙，哈格斯特先生發明了矽砂床air fluidized bed，bead bed，並於1966年發表專利，他改良水床(liquid-filled mattress)會有吊床效應(hammock)、分散壓力不平均、悶熱、以及不易被加熱的缺點，以高密度(密度約1.6-1.7)的矽砂取代水，浮力更大，如將人放於死海中(人體的密度是1.021～1.097，死海水的密度為1.172至1.227)，並更能使人體浮起，每個矽砂直徑大小約0.001英吋(這是原始專利設計的大小，比較大，約254μm)，裝在一個大缸裡面，缸的底層有許多小洞，可讓空氣吹出，但矽砂不會掉下，底層下面裝有壓縮空氣或可控制溫度及濕度的噴氣機，以噴射的空氣來讓矽砂流動，來模擬水的狀態，這也是空氣流體化air-fluidized字面的由來，但大家還是習慣稱呼為矽砂床bead bed(流體(空氣)由下而上通過固體顆粒層，當流體速度超過固體顆粒的最小流體化速度時，在流體的作用下，固體顆粒層就會呈現類似流體的行為，這現象稱為「流體化」，而使用壓縮空氣，增加氣體的壓力，使空氣的黏度及密度增加，如此可使流體化效率增加)。當其靜止狀態時，看起來就像是細白的砂子，當但其被啟動時，看起來就像是滾沸的牛奶。接著在矽砂上面鋪一層透氣布，以避免矽砂接觸人體，並降低剪力，這布的通氣孔洞約有30μm(水蒸氣分子的平均直徑為0.0004μm，而小水滴的平均直徑為20-100μm，因此從理論上講，所謂“防水透氣”微孔要小於20μm，現在的GORE-TEX其微孔約為1μm)，相對於砂子直徑是75-150μm，並允許空氣很容易以0.6m/min的速度穿透過去，這種風速還不至於被感覺到，但當空氣的溫度小於30℃時仍足以讓人感覺涼快，所以正常狀況下，空氣在被壓縮狀況下通常先被加熱到39℃，因為矽砂的量很大(約2000磅)，故不容易被快速加熱，通常從室溫加熱到31℃約需2小時，假如床變得太溫暖了，降溫的速度也只能1小時下降1℃。當人躺在上面，約有三分之二的身體是沉沒在矽砂裡面，如此更增加床對身體的接觸體表面積，因壓力=重量/接觸面積，故矽砂床理論上可提供地球上燒傷患者身體最小的壓力(我個人另一個概念是將患者移居到月球或太空站，以減輕重量)，並且號稱可以不用翻身，以減少燒傷病患翻身時的痛苦，這種床的唯一缺點是身體表皮的水分會被快速蒸發散失，故需要小心地補充水分，其他如矽砂破裂漏出透氣布，而造成皮膚或眼睛的損傷，脫水，皮膚乾燥及意識改變都有被通報過。這儀器發明的當時尚未使用防水透氣布(如Gore-Tex sheet)，故當時使用的矽砂會被體液及糞便汙染，故需要定期消毒，並且只能給一位患者長期使用。
   這矽砂床分類上也屬於高漏氣床的一種。這概念若還是很難懂，可以先去找You-tube看一下會比較清楚。哈格斯特先生因為這矽砂床的發明而功成名就，於1965年便被網羅至南卡羅萊納醫科大學(MUSC)擔任臨床工程部主任及外科學教授，直到1985年退休。

哈格斯特Thomas S. Hargest

哈格斯特先生發明的矽砂床

矽砂床專利
   微漏氣床及矽砂床兩者都是為了治療燒傷患者而誕生，但如今更常被用在無法活動的患者身上，來治療或預防壓瘡，甚至有些還拿來治療失眠。其理論兩者都是儘量增加支持接觸人體的表面積，以減少身體任何一部位的承受壓力，然而儘管這兩種偉大的發明都於1960年代末期誕生，但在接下來的10年，卻都還無法成功商業化。
   在1970年代，由於微漏氣床及矽砂床無法商品化，許多其他預防及治療壓瘡的特製床被發明了，如oscillating bed搖床(Keane's mobility bed，rotation bed )，以及吊床net bed，Stryker 公司的車輪床"circle electric bed"，交替式壓力墊alternating pressure pad，然而這些治療效果還是比不上矽砂床及微漏氣床。其中搖床由於將患者左右擺動30度，會產生剪力，故須將患者全身及四肢固定，所以個人認為目前市面上的翻身床只是將患者左右傾斜30度，而容易會因剪力而導致1-2度壓瘡。

                     搖床                               車輪床                                 交替式壓力墊

1. Thomas S. Hargest 簡介http://waring.library.musc.edu/exhibits/Innovation/hargrest.php