飛利浦V60 無創呼吸機的原理與故障維修

張軍盛

浙江省臺州醫院 （浙江臨海 317000）

無創呼吸機是一種無須建立人工氣道（如氣管切開、插管）而為患者提供機械通氣的呼吸機[1]。臨床在使用無創呼吸機時，通常用口鼻面罩或鼻面罩罩于患者口鼻部，中間連接1 根帶漏氣口的呼吸管道，為患者在吸氣時提供一定氧氣濃度和壓力的空氣，幫助患者呼吸。因此，無創呼吸機至少需要實現提供壓縮空氣與空氧混合兩個主要功能。目前，臨床使用的無創呼吸機品牌和種類較多，本研究以飛利浦V60 無創呼吸機為例，介紹其工作原理與故障維修。

1 飛利浦V60 無創呼吸機工作原理

1.1 氣路部分

V60 無創呼吸機的氣路部分包括氣體傳送系統、鼓風機（渦輪機）、氧氣比例電磁閥、空氣氧氣流量和壓力傳感器、兩位三通電磁閥等部件。V60 無創呼吸機的氣體傳送系統將其中大部分氣體管路集成于1 個氣體模塊內，省去了各端口間的管路連接，使機器內部非常簡潔。鼓風機（渦輪機）是整臺機器氣動部分的核心，為混合氣體提供動力以達到所需的流速與壓力，其內部是1 個三相直流無刷電機，通過霍爾傳感器可精確控制轉速，轉速越高，流速越高，壓力越大。氧氣比例電磁閥是可精確控制開啟度的電磁閥，通過控制氧氣流量精確控制混合氣體的氧濃度。V60 無創呼吸機的氣路圖如圖1 所示。進氣分為空氣和氧氣2 路，環境中的空氣經過單向閥、空氣過濾器、壓差式流量檢測部件后送至渦輪機的進氣口；高壓氧氣經過濾器后送到比例電磁閥，隨后經流量歸一化器、壓差式流量檢測部件送至渦輪機的進氣口，與空氣混合，渦輪機高速旋轉，將混合氣體壓縮至所需的壓力后從呼吸機患者端口輸出。壓力傳感器測量輸入氧氣的壓力，過高壓力會導致比例電磁閥工作異常而引起機器報警；比例電磁閥根據設定的氧濃度、輸入氧氣壓力等參數調整閥門開啟度，輸出所需流量的氧氣，確保氧濃度混合的準確性；渦輪機出氣口端連接機器壓力傳感器，實時檢測輸出氣體的壓力，壓力信號被送至CPU，CPU 通過比較輸出實際壓力值和設定壓力值來調整渦輪機的轉速，使輸出壓力穩定；患者呼吸面罩端有1 根壓力管連接到機器的近端壓力傳感器，CPU 會將該壓力值與機器壓力傳感器的值進行比較，用于測量管道內因連接了細菌過濾器、濕化器等部件而導致的壓力衰減量，以確保輸出壓力的準確性。與機器壓力傳感器和近端壓力傳感器相連的還有4 個電磁閥，其作用是在傳感器校準時用于連通大氣。

圖1 V60 無創呼吸機氣路圖

1.2 電路部分

V60 無創呼吸機的電路部分主要包括電源電路、人機交互電路及CPU 控制電路等部分。電源部分通過開關電源電路將輸入的220 V 交流電轉換為24 V 250 W 的直流電，再通過DC-DC 變換電路將24 V 電壓轉變為3.3、5、12、35 V 等各種不同的電壓，以適應機器內的不同組件。機器內置1 塊14.4 V 的鋰電池，連接在DC-DC 直流電壓變換電路前，以保證突然斷電情況下機器可再正常工作一段時間。人機交互電路主要包括液晶顯示屏、觸摸屏及各種指示燈和按鈕，方便醫師對機器進行操作并觀察機器顯示的各類有用信息。CPU 控制電路是整個機器的核心部件，用于精確控制各種執行機構（如渦輪機、比例電磁閥等），并通過各種傳感器（如壓力傳感器和流量傳感器）組成一個精密的閉環控制電路，使輸出氣體的各種參數嚴格與設定值一致，并將這些信息通過顯示器顯示。

2 故障案例

2.1 故障一

2.1.1 故障現象

機器報警“低漏氣量、重復吸入CO2危險”，且潮氣量、分鐘通氣量、漏氣量值均較低。

2.1.2 故障分析與處理

因管路堵塞、近端壓力傳感器檢測不到壓力等情況均會使呼吸機將供氣流量降至最低，故先檢查呼吸管道，包括呼氣口、患者管路、細菌過濾器、測壓管等，經檢查確認無異常；斷開患者端并接入模擬肺，手動按壓模擬肺，模擬患者呼吸以觸發呼吸機供氣，發現呼吸機未被觸發，潮氣量和分鐘通氣量均無明顯改變，由此判斷故障應發生于機器內部；關機，進入診斷模式，點擊“維護”按鈕，進入維護界面（圖2），在氣動控制（pneumatic control）窗口，點擊“FLOW”按鈕，依次設置流量為10 SLPM（標準氣體 l/min）、120 SLPM、240 SLPM，調整呼吸機的輸出氣體流量，屏幕會實時顯示呼吸機在該設置條件下的各種氣動信息，如設備正常，屏幕上的“avg air”項也會顯示10、120、240，與設置值相對應；同理，點擊“O221%”按鈕，調整“FLOW”設置值為10、120、240，觀察屏幕上的“avg O2”項是否隨之發生改變，結果發現“avg air”始終顯示5 SLPM，說明空氣流量傳感器存在故障，更換空氣流量傳感器后，機器工作正常，故障解決。

圖2 V60無創呼吸機氣動控制界面

2.2 故障二

2.2.1 故障現象機器報警“患者回路堵塞”，呼吸機無氣流吹出，也未聽到渦輪機工作的聲音。

2.2.2 故障分析與處理

“患者回路堵塞”報警一般發生在呼吸機檢測不到輸出氣流（或流量很低）時。無（或很少）氣體輸出有兩種可能，一種是呼吸機內部故障，如鼓風機故障導致機器無氣體輸出；另一種可能是患者管路堵塞，如細菌過濾器受潮、管道彎折等原因導致氣體無法輸出。檢查患者呼氣口、患者回路、細菌過濾器、測壓管，患者回路正常。因此，故障應在機器內部。關機，進入診斷界面，點擊“Pressure”按鈕，調整供氣壓力，使呼吸機送氣，發現“blower RPM”（渦輪機分鐘轉速）始終為3 000 轉無變化（正常情況下，渦輪機轉速應隨壓力升高而相應提高），拆開呼吸機，轉動渦輪，發現渦輪機葉片卡死，故障應為渦輪機軸承損壞導致渦輪轉動不暢所致。更換渦輪機后，設備工作正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障現象

機器報警“1102”，故障代碼提示：機器主報警器故障。

2.3.2 故障分析與處理

V60 無創呼吸機有2 個揚聲器，主揚聲器和次揚聲器，其作用是在機器發生故障時發出聲音，提醒醫護人員注意。設置2 個揚聲器的目的是在一個揚聲器發生故障的情況下，另一個揚聲器仍能正常報警。拆開呼吸機，測量2 個揚聲器的靜態電阻，正常阻值應為6.8～9.2 Ω，其中1 個出現阻值異常，可確定該揚聲器故障。更換后，設備工作正常。

3 總結

V60 無創呼吸機是一款智能化與集成度較高的醫療設備，性能穩定，故障率低。在日常使用中，臨床使用科室一般只需做好設備的日常清潔保養，臨床工程師做好年度預防性維護即可。為了保障設備的正常運行，避免故障造成的影響，工程師應充分了解其工作原理、結構組成，熟悉設備的使用操作，尤其是熟悉機器的維修診斷模式，了解其中各參數的意義，同時依靠機器自身提供的先進診斷功能，快速診斷故障原因，提高維修的及時性。