基于維修成本控制的VELA呼吸機(jī)故障維修案例分享

翁飛，朱涇，田靚，楊明，朱玉坤，程時(shí)棟

1.武漢大學(xué)中南醫(yī)院 設(shè)備處，湖北 武漢 430071；2.湖北省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院，湖北 武漢 430223

引言

VELA 呼吸機(jī)是一種功能齊全、由軟件驅(qū)動(dòng)的伺服控制呼吸機(jī)，同時(shí)適用于兒童和成人，在護(hù)理中為需要機(jī)械通氣的患者提供持續(xù)或者間歇的通氣支持。該呼吸機(jī)可以配置為常規(guī)的呼吸機(jī)或者無(wú)創(chuàng)正壓通氣呼吸機(jī)，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊和質(zhì)量輕的特點(diǎn)，加配氧氣瓶可以用于轉(zhuǎn)運(yùn)呼吸機(jī)，用途較廣[1-2]。呼吸機(jī)屬于急救生命支持類以及高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備，在臨床的使用中一旦發(fā)生故障，不僅會(huì)給患者增加安全隱患，其維修的經(jīng)費(fèi)支出、維修周期等也給醫(yī)院帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)壓力。本文介紹了VELA 呼吸機(jī)的主要構(gòu)成、報(bào)警等級(jí)、故障事件等，以及基于維修成本控制的VELA 呼吸機(jī)故障維修案例。

1 VELA呼吸機(jī)簡(jiǎn)介

1.1 呼吸機(jī)構(gòu)成及原理

VELA 呼吸機(jī)的組成包括3 個(gè)模塊：用戶接口模塊、氣動(dòng)裝置模塊和臺(tái)車。用戶接口模塊主要包括圖形用戶界面、控制印制電路板（PCB，控制和監(jiān)控兩個(gè)微處理器）；氣動(dòng)裝置模塊包括全部機(jī)械閥門、傳感器、模擬電子器件、電源（包括內(nèi)置電池）和內(nèi)置壓縮機(jī)[3-4]。呼吸機(jī)工作時(shí)，氣動(dòng)模塊從氣源接收空氣和氧氣，根據(jù)前面板的設(shè)定值通過(guò)空氧混合器對(duì)氣體進(jìn)行過(guò)濾和混合，隨后氣動(dòng)模塊通過(guò)與流量傳感器反饋成正比的高速螺線管來(lái)輸送適當(dāng)壓力或容量的氣體（根據(jù)不同的容控模式和壓控模式），氣體再通過(guò)機(jī)械超壓泄壓閥以及1 個(gè)低于環(huán)境壓力閥輸送至患者處[5]。如圖1 所示為VELA 呼吸機(jī)的工作原理簡(jiǎn)圖。

1.2 呼吸機(jī)報(bào)警等級(jí)及故障事件

VELA 呼吸機(jī)的報(bào)警等級(jí)分為4 大類[6]：① 高優(yōu)先級(jí)報(bào)警：狀態(tài)欄為紅色并以2 Hz 的速率閃爍，報(bào)警聲為高級(jí)報(bào)警旋律；② 中優(yōu)先級(jí)報(bào)警：狀態(tài)欄為黃色，以0.5 Hz 的速率閃爍，報(bào)警聲為中級(jí)報(bào)警聲；③ 低優(yōu)先級(jí)報(bào)警：狀態(tài)欄為黃色，不閃爍，報(bào)警聲為低級(jí)報(bào)警聲；④ 無(wú)報(bào)警：報(bào)警指示器顯示為綠色，無(wú)信息，無(wú)報(bào)警聲。VELA 呼吸機(jī)的報(bào)警顯示由報(bào)警符號(hào)和報(bào)警信息組成，其中報(bào)警符號(hào)根據(jù)報(bào)警條件更改狀態(tài)，報(bào)警信息出現(xiàn)在觸摸屏右上方的狀態(tài)欄內(nèi)。當(dāng)呼吸機(jī)同時(shí)出現(xiàn)若干個(gè)報(bào)警時(shí)，報(bào)警信息將按照高優(yōu)先級(jí)到低優(yōu)先級(jí)的順序從上到下顯示，除 “呼吸機(jī)故障”報(bào)警外，其他的故障報(bào)警聲都可以通過(guò)按報(bào)警聲音暫停鍵暫停60 s。在呼吸機(jī)的故障報(bào)警中，紅色高優(yōu)先級(jí)報(bào)警多為機(jī)器故障報(bào)警或患者端異常導(dǎo)致的機(jī)器報(bào)警，此類報(bào)警發(fā)現(xiàn)后應(yīng)及時(shí)確認(rèn)故障原因，以避免故障或患者狀態(tài)異常導(dǎo)致患者病情加重；黃色中低優(yōu)先級(jí)報(bào)警多為機(jī)器提示報(bào)警，如電池電量不足，此類報(bào)警雖然不是機(jī)器故障類報(bào)警，但仍不能忽視，需查明原因。VELA 呼吸機(jī)報(bào)警信息以及對(duì)應(yīng)的故障事件如表1 所示。

表1 VELA呼吸機(jī)報(bào)警信息級(jí)別及故障事件對(duì)應(yīng)表

2 VELA呼吸機(jī)故障維修案例

同一臨床科室在同一時(shí)間段報(bào)修兩臺(tái)VELA 呼吸機(jī)，其中一臺(tái)使用年限9 年，開(kāi)機(jī)報(bào)錯(cuò)，經(jīng)工程師鑒定為呼吸機(jī)渦輪故障；另一臺(tái)VELA 呼吸機(jī)的使用年限為11 年，呼吸機(jī)開(kāi)機(jī)報(bào)“呼吸機(jī)故障”等。兩臺(tái)呼吸機(jī)均已過(guò)保修期，且已經(jīng)超過(guò)VELA 呼吸機(jī)使用說(shuō)明書(shū)上建議的使用年限（建議使用年限為8 年）。綜合考慮廠家渦輪、主板等配件的報(bào)價(jià)、兩臺(tái)呼吸機(jī)的使用年限以及設(shè)備殘值等因素，在征求臨床科室同意后，建議該科室辦理其中一臺(tái)呼吸機(jī)的報(bào)廢手續(xù)，拆除報(bào)廢呼吸機(jī)上可用配件對(duì)第二臺(tái)呼吸機(jī)進(jìn)行搶救性維修。

兩臺(tái)VELA 呼吸機(jī)為同一型號(hào)，一臺(tái)呼吸機(jī)是2011 年生產(chǎn)，另一臺(tái)呼吸機(jī)是2013 年生產(chǎn)，考慮到設(shè)備中軟件和硬件不同版本向下兼容的特性，決定報(bào)廢2013 年生產(chǎn)的呼吸機(jī)，拆除該呼吸機(jī)上可用配件用以維修2011 年生產(chǎn)的呼吸機(jī)。

2.1 故障現(xiàn)象

將呼吸機(jī)接入交流電，交流狀態(tài)指示燈和直流狀態(tài)指示燈均亮起，交流狀態(tài)指示燈為綠色，但是直流狀態(tài)指示燈為紅黃交替閃爍；呼吸機(jī)開(kāi)機(jī)報(bào)“呼吸機(jī)故障”“渦輪馬達(dá)故障”“氧氣入口壓力過(guò)低”和“低分鐘通氣量”等，狀態(tài)欄為紅色，快速閃爍，機(jī)器報(bào)警聲音持續(xù)且不能暫停。

2.2 故障分析

“呼吸機(jī)故障”屬于高優(yōu)先級(jí)報(bào)警，當(dāng)呼吸機(jī)遇到由不可恢復(fù)的情況引發(fā)的故障時(shí)，會(huì)提示此報(bào)警，應(yīng)當(dāng)及時(shí)引起高度重視[7-8]。“呼吸機(jī)故障”報(bào)警多數(shù)為硬件問(wèn)題，引發(fā)此類呼吸機(jī)故障報(bào)警常見(jiàn)情況有兩種：① 主板斷電，即呼吸機(jī)內(nèi)部蓄電池饋電，由于主板啟動(dòng)都是用蓄電池啟動(dòng)，所以當(dāng)蓄電池饋電時(shí)會(huì)造成此故障報(bào)警產(chǎn)生；② 主板故障，包括壓力傳感器、壓差傳感器以及渦輪控制芯片等故障，也會(huì)引起“呼吸機(jī)故障”和“渦輪馬達(dá)故障”，需要定標(biāo)以及更換主板進(jìn)行確認(rèn)。

“渦輪馬達(dá)故障”屬于高優(yōu)先級(jí)報(bào)警，多為機(jī)器硬件故障，渦輪為呼吸機(jī)的核心部件之一，此類故障應(yīng)及時(shí)引起高度重視[9]。引發(fā)該報(bào)警的常見(jiàn)的原因有3 種：渦輪發(fā)生故障、主板上的壓差傳感器發(fā)生故障和渦輪控制板發(fā)生故障。

“氧氣入口壓力過(guò)低”報(bào)警屬于機(jī)器端故障報(bào)警，屬于高優(yōu)先級(jí)報(bào)警，此報(bào)警對(duì)于特殊患者影響較大，所以應(yīng)當(dāng)引起重視[10-11]。引發(fā)此類報(bào)警故障主要分為3 種情況：設(shè)備帶/吊塔氧源壓力過(guò)低，達(dá)不到呼吸機(jī)要求下限（2.6 Bar）；呼吸機(jī)的連接管路存在漏氣情況；呼吸機(jī)內(nèi)部的氧氣壓力調(diào)節(jié)閥漏氣或者空氧混合器故障。

2.3 故障排查與解決方案

2.3.1 故障1：“呼吸機(jī)故障”

當(dāng)呼吸機(jī)同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)故障報(bào)警時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先處理高優(yōu)先級(jí)報(bào)警，然后依次是中優(yōu)先級(jí)報(bào)警、低優(yōu)先級(jí)報(bào)警。因此針對(duì)該呼吸機(jī)存在“呼吸機(jī)故障”“渦輪馬達(dá)故障”“氧氣入口壓力過(guò)低”和“低分鐘通氣量”等多個(gè)報(bào)警的情況，優(yōu)先排查“呼吸機(jī)故障”報(bào)警。

根據(jù)引發(fā)“呼吸機(jī)故障”報(bào)警的兩種主要原因，遵循由易到難的原則進(jìn)行故障排查。首先檢查呼吸機(jī)內(nèi)置電池的電量：將呼吸機(jī)與患者斷開(kāi)連接，關(guān)機(jī)充電15 min，交流狀態(tài)指示燈和直流狀態(tài)指示燈均亮起，交流狀態(tài)指示燈為綠色，但是直流狀態(tài)指示燈依舊為紅黃交替閃爍，初步判斷呼吸機(jī)蓄電池故障。斷開(kāi)交流電，拆開(kāi)待維修呼吸機(jī)的外殼，拆除呼吸機(jī)蓄電池組件（含充電電容）（圖2），將報(bào)廢的呼吸機(jī)中蓄電池組件（含充電電容）拆下，重新接入待維修的呼吸機(jī)中，將機(jī)器外殼裝好。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下充電15 min 后，交流指示燈和直流指示燈均亮起，交流指示燈為綠色，直流指示燈為紅色，呼吸機(jī)內(nèi)置電池故障解決。之后排查 L 型電源板，拆機(jī)并用萬(wàn)用表測(cè)量電源電壓，接入電源 AC 220 V之后測(cè)量 L 型電源板的輸出電壓。L 型電源板的輸出電壓分別為 DC 24 V、12 V、5 V 和2 個(gè)48 V，電壓輸出均正常，至此呼吸機(jī)電源供電部分故障解除。

圖2 VELA呼吸機(jī)電池組件圖

接入電源 AC 220 V 后將機(jī)器開(kāi)機(jī)，呼吸機(jī)依舊報(bào)“呼吸機(jī)故障”“渦輪馬達(dá)故障”“氧氣入口壓力過(guò)低”和“低分鐘通氣量”等。點(diǎn)擊“主屏幕”→“擴(kuò)展功能” →“事件” 查看具體報(bào)警事件記錄，顯示為“（DAC/ADC）數(shù)模轉(zhuǎn)換器錯(cuò)誤”，即呼吸機(jī)主板上的數(shù)模轉(zhuǎn)換器故障。針對(duì)此故障，優(yōu)先考慮更換主板加渦輪小板。關(guān)機(jī)斷開(kāi)交流電，拆開(kāi)待維修呼吸機(jī)外殼，拆除控制主板以及渦輪小板（圖3），將報(bào)廢呼吸機(jī)中的控制主板以及渦輪控制板拆除并接入待維修呼吸機(jī)中，將機(jī)器外殼裝好。接入交流電，連接好氣源及外部管路后開(kāi)機(jī)，“呼吸機(jī)故障”和“渦輪馬達(dá)故障”報(bào)警解除，但是“氧氣入口壓力過(guò)低”和“低分鐘通氣量”報(bào)警仍存在，并且新增加了“揚(yáng)聲器故障”報(bào)警。

圖3 VELA呼吸機(jī)控制主板以及渦輪控制板圖

2.3.2 故障2：“氧氣入口壓力過(guò)低”

“氧氣入口壓力過(guò)低”為高優(yōu)先級(jí)報(bào)警，“低分鐘通氣量”為中優(yōu)先級(jí)報(bào)警，“揚(yáng)聲器故障”為低優(yōu)先級(jí)報(bào)警，因此，優(yōu)先排查“氧氣入口壓力過(guò)低”故障。

根據(jù)引發(fā)“氧氣入口壓力過(guò)低”報(bào)警的常見(jiàn)原因開(kāi)展故障排查。首先，查看吊塔上的氧源壓力表，顯示壓力值為0.4～0.5 MPa，在正常壓力范圍內(nèi)。查看氧氣連接端口、呼吸機(jī)外部管路是否漏氣，經(jīng)過(guò)檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)漏氣點(diǎn)和連接松動(dòng)的情況。然后在開(kāi)機(jī)的情況下，逐漸上調(diào)呼吸機(jī)的氧氣濃度，發(fā)現(xiàn)呼吸機(jī)背后出現(xiàn)有持續(xù)漏氣“呲呲”聲音，初步判斷氧氣壓力調(diào)節(jié)閥（圖4）存在漏氣。拆開(kāi)主機(jī)外殼，微調(diào)氧氣壓力調(diào)節(jié)閥旋鈕，提高壓力調(diào)節(jié)閥壓力，再進(jìn)行開(kāi)機(jī)測(cè)試，呼吸機(jī)背后漏氣“呲呲”聲音消除，并且機(jī)器“氧氣入口壓力過(guò)低”和“低分鐘通氣量”報(bào)警解除。至此，呼吸機(jī)的報(bào)警信息只有“揚(yáng)聲器故障”。

圖4 VELA呼吸機(jī)氧氣壓力調(diào)節(jié)閥圖

2.3.3 故障3：“揚(yáng)聲器故障”

“揚(yáng)聲器故障”屬于低優(yōu)先級(jí)報(bào)警，常見(jiàn)原因?yàn)閾P(yáng)聲器故障、揚(yáng)聲器連接線松動(dòng)、報(bào)警器控制板故障。經(jīng)排查，揚(yáng)聲器完好，揚(yáng)聲器連接線無(wú)松動(dòng)情況，所以排除這兩個(gè)因素。考慮到該報(bào)警呼吸機(jī)的主板是從高版本呼吸機(jī)上拆除的，推測(cè)報(bào)警原因?yàn)楹粑鼨C(jī)的軟件或者硬件版本不同。

通過(guò)查閱這兩臺(tái)不同批次呼吸機(jī)的使用說(shuō)明書(shū)、維修手冊(cè)等資料，發(fā)現(xiàn)這兩臺(tái)呼吸機(jī)在揚(yáng)聲器的配置上存在差異，2011 年生產(chǎn)的呼吸機(jī)（正在維修的呼吸機(jī)）上只配置了1 一個(gè)報(bào)警揚(yáng)聲器，而2013 年生產(chǎn)的呼吸機(jī)（報(bào)廢的呼吸機(jī)）上配置了主報(bào)警揚(yáng)聲器和備用報(bào)警揚(yáng)聲器，并且相應(yīng)地多了1 塊報(bào)警揚(yáng)聲器的控制板（圖5）。如圖6 所示為兩臺(tái)呼吸機(jī)后面板的布局對(duì)比圖，如圖7 所示為兩臺(tái)呼吸機(jī)主板的線路對(duì)比圖，其中2013 年批次呼吸機(jī)主板上紅色所示接口與圖5 中主報(bào)警揚(yáng)聲器控制板相連接。

圖5 2013年批次VELA呼吸機(jī)報(bào)警揚(yáng)聲器配置圖

圖6 2011年批次（a）和2013年批次（b）VELA呼吸機(jī)后面板布局對(duì)比圖

圖7 2011年批次（a）和2013年批次（b）VELA呼吸機(jī)主板線路對(duì)比圖

從報(bào)廢呼吸機(jī)上拆除主報(bào)警揚(yáng)聲器以及相應(yīng)的控制板（圖8），并將控制板接入維修的呼吸機(jī)主板上（圖7中紅色所示接口）。由于2011 年批次的呼吸機(jī)上沒(méi)有預(yù)留固定的位置給新接入的報(bào)警揚(yáng)聲器，因此需要用粘膠以及扎帶將揚(yáng)聲器及相應(yīng)的控制板固定在呼吸機(jī)內(nèi)部，并且不能影響呼吸機(jī)其他部件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。安裝完成后，將機(jī)器組裝好，接好外部管路，接好氣源，接入交流電開(kāi)機(jī)測(cè)試，“揚(yáng)聲器故障”解除，呼吸機(jī)的狀態(tài)欄為綠色。

圖8 主報(bào)警揚(yáng)聲器以及相應(yīng)的控制板

2.4 呼吸機(jī)性能檢測(cè)

呼吸機(jī)的性能檢測(cè)依據(jù)是JJF 1234-2018《呼吸機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》[12]，標(biāo)準(zhǔn)器采用FLUKE 900A 氣流分析儀。按照?qǐng)D9 所示正確連接被檢測(cè)呼吸機(jī)、氣流分析儀和模擬肺，對(duì)呼吸機(jī)的5 個(gè)計(jì)量特性：潮氣量、呼吸頻率、氣道峰壓、呼氣末正壓和吸氣氧濃度進(jìn)行檢測(cè)。修復(fù)后的呼吸機(jī)的5 個(gè)計(jì)量特性檢測(cè)結(jié)果均滿足相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求，呼吸機(jī)計(jì)量特性檢測(cè)結(jié)果和相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求如表2 所示。

表2 修復(fù)后的呼吸機(jī)計(jì)量特性檢測(cè)結(jié)果一覽表

圖9 呼吸機(jī)校準(zhǔn)系統(tǒng)連接示意圖

3 討論與小結(jié)

VELA 呼吸機(jī)作為一種集成度高、功能復(fù)雜的設(shè)備，其故障可能發(fā)生在呼吸機(jī)的各個(gè)部位，最常見(jiàn)呼吸機(jī)故障主要集中在氣路裝置模塊[13]，因此明確呼吸機(jī)的通氣原理對(duì)呼吸機(jī)故障的排查與解決很重要。針對(duì)VELA 呼吸機(jī)，其報(bào)警信息出現(xiàn)在觸摸屏右上方的狀態(tài)欄內(nèi)，報(bào)警的具體事件可以通過(guò)點(diǎn)擊“主屏幕”→“擴(kuò)展功能”→“事件”查看。當(dāng)呼吸機(jī)同時(shí)出現(xiàn)若干個(gè)故障報(bào)警時(shí)，報(bào)警信息將按照高優(yōu)先級(jí)到低優(yōu)先級(jí)的順序從上到下顯示，臨床工程師應(yīng)該優(yōu)先排查解決高優(yōu)先級(jí)報(bào)警故障，再依次排查解決中優(yōu)先級(jí)報(bào)警故障、低優(yōu)先級(jí)報(bào)警故障，而針對(duì)每個(gè)報(bào)警事件，遵循由易到難的排查原則[14]。因此，熟知呼吸機(jī)報(bào)警等級(jí)分類及報(bào)警事件尤為重要，不僅可以指導(dǎo)臨床操作人員進(jìn)行報(bào)警判斷，避免醫(yī)療事故的發(fā)生；而且可以幫助臨床工程師設(shè)備維修時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警的快速排查與解決，避免呼吸機(jī)潛在故障演變成常見(jiàn)故障，延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命，降低維修支出[15-16]。

針對(duì)使用年限較久、已經(jīng)出保修期的進(jìn)口設(shè)備，還存在廠家維修響應(yīng)困難的現(xiàn)狀，臨床工程師可以利用同型號(hào)其他設(shè)備上的配件進(jìn)行故障排查，從而確定故障配件，再綜合設(shè)備使用年限、設(shè)備殘值、配件報(bào)價(jià)、設(shè)備歸屬科室維修意愿等因素進(jìn)行維修或者報(bào)廢處理[17]。同時(shí)，在利用同型號(hào)設(shè)備上的配件進(jìn)行故障排查時(shí)，要仔細(xì)查閱設(shè)備的使用說(shuō)明書(shū)及維修手冊(cè)，便于解決由于設(shè)備硬件或軟件版本的不同而引入的新故障報(bào)警。

在呼吸機(jī)的日常使用中，呼吸機(jī)操作人員及維修保養(yǎng)工程師需定期做好呼吸機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)工作[18]，及時(shí)對(duì)呼吸管路、流量傳感器、呼氣閥組件進(jìn)行清洗消毒，經(jīng)常對(duì)其報(bào)警系統(tǒng)、潮氣量、觸發(fā)靈敏度等進(jìn)行檢查，定期更換呼吸機(jī)相關(guān)配件，如空氣進(jìn)氣過(guò)濾器、風(fēng)扇散熱過(guò)濾器、氧傳感器、氧氣調(diào)壓閥、渦輪過(guò)濾器等。此外，呼吸機(jī)性能參數(shù)的定期檢測(cè)對(duì)于呼吸機(jī)安全有效的應(yīng)用同樣重要[19-20]，通過(guò)呼吸機(jī)日常質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)變化分析，可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)呼吸機(jī)潛在問(wèn)題，防止?jié)撛趩?wèn)題擴(kuò)大，避免其轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?jiàn)故障，如此，不僅能降低設(shè)備維修成本，還可提升設(shè)備使用效率和安全質(zhì)量，為臨床醫(yī)療服務(wù)的順利開(kāi)展提供有力保障[15-16]。本文中修復(fù)的VELA 呼吸機(jī)由于其更換的配件是從報(bào)廢設(shè)備上拆除，其潛在故障發(fā)生的概率更高，因此更要定期對(duì)其性能輸出參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本文可為臨床工程師提供新的維修思路。