呼吸機的工作原理及故障維修

黃寅卿

黃山市人民醫院 （安徽 黃山 245000）

隨著醫療技術的進步，呼吸機逐漸發展為具有控制通氣、輔助通氣及自主呼吸等多種通氣方式為一體的多功能呼吸機，可改善使用者肺泡的呼吸功能，增加肺通氣量，降低人體呼吸做功消耗，在重癥監護、醫療臨床急救、呼吸及麻醉治療等領域被廣泛應用。因此，為了確保呼吸機的正常使用，臨床工程師應充分了解醫院使用呼吸機的結構、原理及功能，并能獨立完成故障排查和處理，定期做好預防性維護保養和日常巡檢工作?，F以我院使用的泰科PB840呼吸機和VELA 鳥牌呼吸機為例，簡述呼吸機的結構和工作原理，并分享5例故障維修案例，為同行提供參考，報道如下。

1 呼吸機結構和工作原理

呼吸機是將含有指定氧氣濃度和壓力的氣體，通過控制吸氣/呼氣電磁閥的開啟或關閉，進而輸送空氧混合氣體至患者端，輔助或代替患者實現呼吸功能[1]。呼吸機主要由電源電路、氣路、控制3部分組成。根據我院的呼吸機故障統計，其中氣路部分的故障占比高達八成，因此，臨床工程師應充分了解呼吸機氣路部分。呼吸機氣路部分由吸入、呼出模塊以及呼吸管路及其附件組成。氣路結構示意圖如圖1所示（以我院的泰科PB840呼吸機為例）。

圖1 呼吸機氣路結構示意圖

1.1 吸入模塊

氧氣通過過濾器F3過濾去除大于0.3 μ 的顆粒，清潔的氧氣經過壓力開關PS1（常開開關，當壓力達到31.5 PSI 時關閉，降低到20 PSI 時重新開啟）輸送31.5 PSI 以上壓力的氧氣，通過單向閥CV1輸送至穩壓器REG1；使其在壓力為35～100 PSI 的氧氣供應下，保持壓力為9～12 PSI 的氧氣輸出；壓縮空氣部分的氣體通過過濾器F2及集水杯WT1，除去氣體中的雜質和水分，經過單向閥CV2和穩壓器REG2，輸出壓力為9～12 PSI 的空氣；恒壓的氧氣和空氣分別經過流量傳感器Q1和Q2，進入比例電磁閥PSOL1和PSOL2混合，再經過單向閥CV3和氧電池后輸送給使用者。吸入模塊結構示意圖如圖2所示。

圖2 吸入模塊結構示意圖

1.2 呼出模塊

呼出模塊主要由呼出閥EV、壓力傳感器PE、流量傳感器Q3、控制閥CV5、加熱頭、歸零電磁閥SOL2、集水杯ECV、過濾器F9組成。使用者呼出的氣體通過集水杯ECV 后，經過濾器F9過濾，過濾后的氣體通過流量傳感器Q3和壓力傳感器PE進行流量和壓力的監測，最終通過呼出閥EV 將氣體排到外界。呼出模塊結構示意圖如圖3所示。

圖3 呼出模塊結構示意圖

1.3 呼吸管路及附件

呼吸機和患者之間通過呼吸管路及其配件連接。吸入模塊混合后的氣體，通過呼吸管路，先進入濕化器濕化，再經過集水杯收集多余的水分，最后進入患者體內。患者呼出的氣體經過另一段呼吸管路，先通過集水杯，再進入呼出模塊，最后釋放到外界。

2 故障案例

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

PB840 呼吸機使用過程中顯示“呼出潮氣量過低”故障。

2.1.2 故障分析

原因可能為：（1）呼吸管路漏氣；（2）呼出流量傳感器Q3故障；（3）集水杯或者濕化器沒有正確安裝；（4）患者痰栓堵塞氣道。使用測試管路和模擬肺進行模擬通氣，故障依舊，排除患者端和呼吸管路漏氣的可能；運行快速自檢（SST）程序，運行中第一項流量傳感器測試（Flow Sensor Test）報錯“FE0103：Air flow sensor cross check failed”（空氣流量傳感器測試失?。?；重啟設備，進行拓展性自檢（EST）測試，第一項氣體回路壓力測試（Circuit Pressure Test）報錯，提示在空氣流量為5 L/min 時，空氣壓力無法在有限時間內到達0.98 kPa 并保持；單獨運行泄露測試（SM Leak Test），檢測通過，排除呼吸機內部管路漏氣故障可能[2]。因此，故障原因大概率為流量傳感器Q3故障。

2.1.3 故障處理

拆下Q3，發現內部熱膜上存在霧化液體結晶，按1：400比例配置蛋白酶溶液，先將Q3浸泡在蛋白酶溶液中0.5 h，再用75%乙醇及溫水反復緩慢沖洗，最后放在通風處晾干；將Q3安裝回原處，再次進行SST 檢測，故障排除。此故障大多是由于呼吸機進行過多的霧化導致。

2.2 故障二

2.2.1 故障現象

PB840呼吸機吸入氧濃度過低報警。

2.2.2 故障分析

吸入氧濃度過低報警是當患者呼吸過程中測到的氧濃度比設置值低7%（在運行開始后的1 h 內為12%）并持續30 s 時出現[3]。該故障的原因可能有以下3種：（1）氧電池故障；（2）氣體供應故障；（3）比例電磁閥故障。

2.2.3 故障處理

經檢測，氣體供應正常，排除氣體供應故障；按下“100% O2/CAL 2 min”按鍵選擇校準氧氣傳感器，故障未排除；關機并打開側邊氧傳感器側蓋，更換全新氧氣傳感器，重復氧傳感器校準，故障排除。此故障為氧傳感器到達使用年限后失效導致。

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

呼吸機的屏幕花屏。

2.3.2 故障分析

花屏故障原因有以下4種：（1）視頻數據排線松脫；（2）顯示屏幕故障；（3）GUI（圖像用戶界面）控制板故障；（4）高壓板故障。

2.3.3 故障處理

拆開屏幕，檢查GUI 控制板連接屏幕的排線連接情況，發現連接良好；重新插拔各部分排線，開機測試，故障未排除，排除排線部分故障可能；單獨對換上下兩個屏幕的高壓板，下屏幕正常，上屏幕依舊花屏，排除高壓板故障；對換上下屏幕，故障未改變，排除屏幕故障；單獨更換上屏幕GUI 控制板，屏幕顯示恢復正常，GUI 控制主板見圖4。寫入AK-1程序，分別校準呼出閥、大氣壓力傳感器、流量傳感器，開機測試，顯示功能正常，故障排除。

圖4 GUI 控制主板局部圖

2.4 故障四

2.4.1 故障現象

VELA 鳥牌呼吸機高峰壓報警。

2.4.2 故障分析

高峰壓報警的原因有以下5 種：（1）患者端氣道阻塞；（2）呼吸機內、外部管路堵塞和彎折；（3）外部流量傳感器壓感膜片形變；（4）壓力傳感器故障；（5）患者呼吸模式選擇錯誤[4]。

2.4.3 故障處理

使用專用呼吸管路和模擬肺進行模擬通氣，排除患者端和外部管路故障可能；關機更換全新外置流量傳感器，開機進行模擬通氣，故障依舊存在；拆機檢查內部壓力傳感器及其與呼出閥端連接管路，發現呼出閥端連接壓力傳感器的管路內存在結晶堵塞；拆下管路，使用無水乙醇清洗、晾干后，重新安裝，開機測試，故障排除。

2.5 故障五

2.5.1 故障現象

VELA 藍鳥呼吸機顯示呼吸機故障。

2.5.2 故障分析

呼吸機使用中出現呼吸機故障報警時，應高度重視，此報警大概率為硬件失靈，屬于高優先等級報警。呼吸機故障報警最常見的原因有：（1）主板元器件故障，主要為渦輪機控制芯片故障、氣體壓力傳感器以及氣體壓差傳感故障；（2）呼吸機蓄電池故障，呼吸機啟動時，主板供電是由內部蓄電池提供，蓄電池虧電會導致呼吸機故障報警。

2.5.3 故障處理

更換正常設備蓄電池，開機模擬通氣測試，DC 燈亮，呼吸機依舊出現呼吸機故障報警，排除蓄電池故障；關機并拆機，檢查顯示屏后側主板上壓力傳感器、渦輪機壓差傳感器以及內部流量傳感器的針腳是否出現虛焊現象，以及3種傳感器上管路是否脫落，發現主板灰塵過多，渦輪壓差傳感器的管路脫落，見圖5；單獨拆出主板，使用主板清洗劑清潔主板，晾干后重新安裝，固定傳感器上部管路；呼吸機各組件復位，開機測試，故障排除。

圖5 內部傳感器管路脫離位置

3 小結

呼吸機是醫院臨床救治中重要醫療設備。人體的呼吸過程是通過呼吸肌收縮使胸腔容積擴大產生負壓，肺泡也隨著胸腔擴張產生負壓，進而與外界產生壓力差完成吸氣功能；充滿氣體的肺泡壓力增大導致肺泡和胸腔發生彈性回縮進而實現呼氣功能。呼吸機運行中，吸氣時，吸氣電磁閥開啟，呼氣電磁閥閉合，呼吸機產生的氣體先通過呼吸管路到達濕化器，完成濕化和加熱功能，再經過集水杯收集多余的水分，最后輸送給患者；呼氣時，呼氣電磁閥開啟，吸氣電磁閥閉合。由于肺內的氣體壓力高于大氣壓力，因此患者肺內的氣體經過呼吸管路和呼出閥，排出到外界空氣中。若呼吸機在使用過程中發生故障，將會對患者的生命安全造成威脅。因此，臨床工程師在處理呼吸機故障時，應做到立即響應，及時排查故障原因，并快速排除故障。在日常工作中，醫院工程師應按時進行呼吸機的日常巡檢，并做好巡檢記錄；定期排查潛在故障，降低設備故障率；及時聯系廠家工程師進行定期的呼吸機保養和預防性維護；醫院工程師在完成維修后，應詳細記錄故障現象、故障分析、故障處理過程，有利于今后更快地排除同類型的呼吸機故障。