氣體模式設置對呼吸機質量控制影響的研究

祎

浙江大學醫學院附屬第一醫院浙江 杭州 310006

氣體模式設置對呼吸機質量控制影響的研究

鄭駿，陳立峰，李均，馮靖祎

浙江大學醫學院附屬第一醫院浙江 杭州 310006

氣體模式在呼吸機氣流質量控制中是重要的一組參數。它包括氣體的種類、環境溫度、氣體溫度以及修正模式。本文對NPB840和Servo-i兩類呼吸機在不同氣體模式設置下進行了系統的質量控制研究，以此提高呼吸機質量控制的正確性及檢測效率。

呼吸機；氣流分析儀；氣體類型；修正模式；質量控制

0 前言

呼吸機的質量控制工作及相關的檢測標準經過學會交流和大量的實踐工作逐漸趨于完善。因此，呼吸機質量控制標準在具體的指標參數和操作流程等方面已經具有了可操作性和臨床意義[1]。

雖然有了相關標準作為呼吸機質量控制的指導，但在具體實踐中，各種不同的檢測結果偏差往往導致質量控制工作不能按時按標準完成。本文針對呼吸機質量控制中，氣流分析儀中氣體模式的設置情況進行相關實驗并給予分析，以期引起呼吸機質量控制人員在具體工作中的重視，提高檢測結果的正確性并節約檢測時間[2]。

我院對140余臺呼吸機完成了近500次呼吸機質量控制工作，積累了大量的相關數據和經驗[3]。在實驗設備的選擇上，我們主要采用了FLUKE氣流分析儀VT-PLUS及FLUKE ESA620電氣安全分析儀。本文從氣體模式原理來詳細地分析在呼吸機質量控制中，氣體模式對氣流分析結果的影響。VT-PLUS氣流分析儀氣體設置界面，見圖1。

圖1 VT-PLUS氣流分析儀氣體設置界面

在Gas Settings（氣體設置）的菜單中有Gas Type（氣體種類）, Gas Temperature（氣體溫度），Gas Humidity（氣體濕度），Ambient Temperature（環境溫度）以及 Correction Mode（修正模式）等選項，并可以通過Modify按鍵對這些項目實現更改。在默認狀態，氣體種類為空氣，氣體溫度為21 ℃，環境溫度為21 ℃，相對濕度為21%[4]。

1 氣體設置（Gas Setting）

氣體溫度，環境溫度以及氣體濕度對檢測結果的影響可用理想氣體狀態方程（克拉伯龍方程）計算：pV=nRT 。

其中，p為氣體壓強，單位Pa；V為氣體體積，單位m3；n為氣體物質的量，單位mol；T為體系溫度，單位K；R為比例常數，對任意理想氣體而言，R為定值，約為（8.31441±0.00026）J/mol·K[5]。

由克拉伯龍方程，可看出氣體溫度、環境溫度、氣體濕度的設置，對獲得正確的測試結果是十分必要的。

在Gas type的選擇菜單中，可以查詢到：Air（空氣）、N2（氮氣）、N2O（一氧化二氮）、CO2（二氧化碳）、O2（氧氣）、Heliox（氦氣）、N2O bal O2、N2bal O2（氧氣、氮氣等量混合氣體）、He bal O2。

正常的空氣成分按體積分數計算是：N2占78.08%、O2占20.95%、稀有氣體占0.94%（氦He、氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn、以及不久前發現的Uuo7種元素）、CO2占0.03%，還有其他氣體和雜質。空氣分子量約為29，氧氣分子量（32）與氮氣分子量（28）接近，并且空氣中氧氣＋氮氣占比超99%。呼吸機質量控制中，我們測試的氣體大致上可分為氧濃度為30%的氧與氮的混合氣體，60%的氧、氮混合氣體或100%的氧氣。因此，假定N2bal O2（氧氣、氮氣等量混合氣體）的選項與目標測試氣體最為接近，并通過以下實驗進行驗證。

實驗設計：選用NPB840與Servo-i兩種型號呼吸機在不同的氣體種類的情況下，采用我院設計的呼吸機質量控制設置方案2，進行氣流檢測。測試結果，見表1。

表1 在不同氣體類型下的目標潮氣量比較表（單位：mL）

由表1看出，在測試設定值為500 mL時，在N2bal O2下，樣本的測試值為：（503.8±5.4）mL。無論氧濃度為30%、60%、100%，還是在PC或是VC模式下，測試結果最接近設置的目標值。而錯誤設置在極端情況下可造成35%左右的誤差。由此，原假定成立，在呼吸機質量控制工作中，N2bal O2可以作為氣體種類設置的通用模式進行應用。

2 修正模式（Correction Mode）的設置

吸入和呼出氣體通常由體分子和水蒸氣組成。水汽在肺內氣體接近飽和，而在肺的外部水蒸氣因冷卻而凝結。由于水蒸氣的存在和變化，吸入和呼出氣體密度通常處于不穩定的狀態。但是呼吸機定標時必須定義一種標準氣體來衡量或校準呼吸機的流量精度。為了精確地表征呼吸機的容量，生產商采用了特定的溫度、壓力、濕度下的特征氣體作為標準氣體，并依據該特征氣體對該產品進行容量參數的標定。這種定義方式，稱為氣體的修正模式（Correction Mode）。

基于以上原因，呼吸機的質控應選擇與廠家相同的修正模式，這樣可建立呼吸機流量測量的溯源性，保證測量結果準確一致。

氣體修正模式是一項經嚴格定義的參數設置模式，該標準模式有：BTPS、ATPS、ATP、NTPD、STPD等。其含義如下：

BTPS（Body Temperature and Pressure, Saturated）是呼吸生理肺容量和流量依據海平面大氣壓、身體溫度設置的飽和水汽；ATPS（Ambient Temperature and Pressure, Saturated）是測量環境溫度、環境壓力的飽和水汽；ATP（Ambient Temperature and Pressure, but not saturated with Water vapor）是測量環境的溫度、環境壓力和室內空氣；NTPD（Normal Temperature, normal Pressure, Dry）依據的是普通溫度、普通壓力和干燥氣體；STPD（Standard temperature and pressure, dry）是標準溫度（0℃ 或21℃ ，記作STPD0和STPD21），標準大氣壓（101.3 kPa)和干燥氣體。

修正模式之間可以通過一定的轉換系數進行非線性轉換。當模式選擇錯誤時，可將測量值換算到正確的結果，但計算相對復雜。計算時，轉換系數是與氣體的溫度和濕度相關的。ATPS轉換到BTPS換算對應表，見表2。例如：在20℃ 下，1 L /ATPS相當于1.102 L/ BTPS。

表2 ATPS轉BTPS換算對應表（溫度℃ ）

根據以上理論，本文設計了一組實驗來研究修正模式的設置可能對呼吸機質量控制結果造成的影響。

實驗設計：選用NPB840與Servo-i兩種呼吸機在不同的氣體修正模式的情況，測試方法采用我院設計的呼吸機質量控制設置方案1、2、3進行氣流檢測。檢測結果，見表3。

表3 在不同氣體修正模式下的目標潮氣量比較表

由實驗可知，NBP840在BTPS模式下最接近設置值；Servo-i呼吸機在STPD0模式下最接近設置值。該結果與制造商提供的修正模式相符。我們在測量呼吸機流量和容量時，必須嚴格按照呼吸機廠方提供的標準，對測試儀進行設置，以保證所測得的數據符合廠方要求的環境標準，避免產生誤差。Drager、Tyco、Maquet品牌的修正模式設置情況，見表4。

表4 Drager、Tyco、Maquet呼吸機的修正模式設置情況

對VT PLUS氣流分析儀進行修正模式（CORRECTION MODE）的更改步驟如下：

（1） 從Setup（設置）菜單中進入到Settings（設置）屏幕；

（2） 通過▲（上箭頭）和▼（下箭頭）軟鍵，選擇到CORRECTION MODE（修正模式）；

（3） 按MODIFY（修改）軟鍵，直到顯示出相應的選項；

（4） 按BACK（返回）軟鍵，返回到Setup（設置）菜單。

3 總結

反復的實驗證明，呼吸機質量控制工作中，氣體種類及修正模式的設置對呼吸質量檢測結果的影響較大；而溫度、濕度的設置，由于檢測通常在醫院有空調的房間內完成，溫濕度相對恒定，一次設置成功后即使沒有每次調整，對結果影響也是相對較小的。因此，每次在測試工作開始之前，須對氣體種類及校正模式進行檢查和設置，以保證測試結果的正確有效。

通過以上實驗，在所有氣體模式中，N2bal O2均可以作為氣體種類設置的通用模式進行應用；而修正模式必須嚴格按照廠家推薦的設置，在每次執行檢測時進行修改。

另外，FLUKE氣流分析儀VT-PLUS及FLUKE ESA620電氣安全分析儀作為標準測試設備，必須實行定期校準和質量檢測。對于不能通過質量檢測的設備應進行校準和修復，保證達到檢測設備的規定要求。

在做呼吸機氣流分析時會遇到各種問題，如測量誤差太大、測量穩定性差、重復性差。諸如此類的問題，須在測量方式上尋找原因。尤其是本文提到的氣體模式的設置，對呼吸機測試結果產生的影響較大，應引起足夠的重視。

呼吸機測試項目多、被測數據相關性強、測量難度大、工作量也大。但出于呼吸安全及質量的重要性，對呼吸機開展常規性質量控制是必須完成的任務。這就要求呼吸機質量控制人員提高個人水平，研究和重視質控工作的細節，把呼吸機質控工作做得更加全面和準確[6-7]。

[1] 劉欣．呼吸機的質量檢測技術與實踐[J]．醫療衛生裝備,2011, 17(3):105-107．

[2] 陳基明,李國棟,季家紅．探討呼吸機的質量控制[J]．中國醫療設備,2012,27(11):78-80．

[3] 馮靖祎,鄭駿,浦其斌．特定治療環境下呼吸機效能的研究[J]．中華急診醫學雜志,2011,20(1):87-89．

[4] Fluke Corporation．VT Plus HF gas flow analyzer operators manual[EB/ OL]．(2008-05-10)[2012-11-30]．http://wenku．baidu．com/ view/9bc2fd2658fb770bf78a558b．html．

[5] 全國科學技術名詞審定委員會．理想氣體狀態方程[EB/OL]．(2013-04-05)[2013-08-09]．http://baike．baidu．com/view/150172．htm．

[6] Christian Putensen,Nils Theuerkauf, J?rg Zinserling,Hermann Wrigge, Paolo Pelosi． Meta-analysis:ventilation strategies and outcomes of the acute respiratory distress syndrome and acute lung injury[J]．Ann Intern Med．2009,151:566-576．

[7] Jones S．W．,Short K．A．,Hanson W． J．,Hendrix L,Charles A．G．, Cairns B．A．Evaluation of a new circuit configuration for the VDR-4 (R) high-frequency percussive ventilator[J]．Journal of Burn Care& Resear ch．2010,31(4):640-645．

Research on the Affection of Gas Mode to the Ventilators’ Flow Quality Control

ZHENG Jun,CHEN Li-feng, LI Jun,FENG Jing-yi
The First Affiliated Hospital of Medicine School, Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310006, China

Gas mode of the ventilator is one of the important parameters about medical ventilator quality control (QC). It contains gas type, gas temperature, ambient temperature and gas mode. Gas mode is one parameter which directly affects the correction of the QC. Two types of ventilators named NPB840 and Servo-I were detected with different settings. The experiment found that the display value had the error more than 35% and 15% in extreme “gas type” setting and “correction mode” setting, which beyond the national standard. This paper studied gas mode systematacially, and offered some settings of normal ventilators to promote the QC efficiency for the QC staff in the hospital.

ventilator; airflow analyzer; gas mode; correcting mode; quality control

R197.39；TH778

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.08.021

1674-1633(2013)08-0058-03

2012-11-30

2013-03-01

浙江省醫藥衛生一般研究計劃（2012KYA086）。

作者郵箱：frankzheng@zju．edu．cn