氣體模式設(shè)置對(duì)呼吸機(jī)質(zhì)量控制影響的研究

祎

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院浙江 杭州 310006

氣體模式設(shè)置對(duì)呼吸機(jī)質(zhì)量控制影響的研究

鄭駿，陳立峰，李均，馮靖祎

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院浙江 杭州 310006

氣體模式在呼吸機(jī)氣流質(zhì)量控制中是重要的一組參數(shù)。它包括氣體的種類、環(huán)境溫度、氣體溫度以及修正模式。本文對(duì)NPB840和Servo-i兩類呼吸機(jī)在不同氣體模式設(shè)置下進(jìn)行了系統(tǒng)的質(zhì)量控制研究，以此提高呼吸機(jī)質(zhì)量控制的正確性及檢測(cè)效率。

呼吸機(jī)；氣流分析儀；氣體類型；修正模式；質(zhì)量控制

0 前言

呼吸機(jī)的質(zhì)量控制工作及相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過學(xué)會(huì)交流和大量的實(shí)踐工作逐漸趨于完善。因此，呼吸機(jī)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)在具體的指標(biāo)參數(shù)和操作流程等方面已經(jīng)具有了可操作性和臨床意義[1]。

雖然有了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為呼吸機(jī)質(zhì)量控制的指導(dǎo)，但在具體實(shí)踐中，各種不同的檢測(cè)結(jié)果偏差往往導(dǎo)致質(zhì)量控制工作不能按時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)完成。本文針對(duì)呼吸機(jī)質(zhì)量控制中，氣流分析儀中氣體模式的設(shè)置情況進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)并給予分析，以期引起呼吸機(jī)質(zhì)量控制人員在具體工作中的重視，提高檢測(cè)結(jié)果的正確性并節(jié)約檢測(cè)時(shí)間[2]。

我院對(duì)140余臺(tái)呼吸機(jī)完成了近500次呼吸機(jī)質(zhì)量控制工作，積累了大量的相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)[3]。在實(shí)驗(yàn)設(shè)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(xì)地分析在呼吸機(jī)質(zhì)量控制中，氣體模式對(duì)氣流分析結(jié)果的影響。VT-PLUS氣流分析儀氣體設(shè)置界面，見圖1。

圖1 VT-PLUS氣流分析儀氣體設(shè)置界面

在Gas Settings（氣體設(shè)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(huán)境溫度）以及 Correction Mode（修正模式）等選項(xiàng)，并可以通過Modify按鍵對(duì)這些項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)更改。在默認(rèn)狀態(tài)，氣體種類為空氣，氣體溫度為21 ℃，環(huán)境溫度為21 ℃，相對(duì)濕度為21%[4]。

1 氣體設(shè)置（Gas Setting）

氣體溫度，環(huán)境溫度以及氣體濕度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響可用理想氣體狀態(tài)方程（克拉伯龍方程）計(jì)算：pV=nRT 。

其中，p為氣體壓強(qiáng)，單位Pa；V為氣體體積，單位m3；n為氣體物質(zhì)的量，單位mol；T為體系溫度，單位K；R為比例常數(shù)，對(duì)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(huán)境溫度、氣體濕度的設(shè)置，對(duì)獲得正確的測(cè)試結(jié)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?dú)猓?、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?dú)獾攘炕旌蠚怏w）、He bal O2。

正常的空氣成分按體積分?jǐn)?shù)計(jì)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(fā)現(xiàn)的Uuo7種元素）、CO2占0.03%，還有其他氣體和雜質(zhì)。空氣分子量約為29，氧氣分子量（32）與氮?dú)夥肿恿浚?8）接近，并且空氣中氧氣＋氮?dú)庹急瘸?9%。呼吸機(jī)質(zhì)量控制中，我們測(cè)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?dú)獾攘炕旌蠚怏w）的選項(xiàng)與目標(biāo)測(cè)試氣體最為接近，并通過以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：選用NPB840與Servo-i兩種型號(hào)呼吸機(jī)在不同的氣體種類的情況下，采用我院設(shè)計(jì)的呼吸機(jī)質(zhì)量控制設(shè)置方案2，進(jìn)行氣流檢測(cè)。測(cè)試結(jié)果，見表1。

表1 在不同氣體類型下的目標(biāo)潮氣量比較表（單位：mL）

由表1看出，在測(cè)試設(shè)定值為500 mL時(shí)，在N2bal O2下，樣本的測(cè)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(cè)試結(jié)果最接近設(shè)置的目標(biāo)值。而錯(cuò)誤設(shè)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(jī)質(zhì)量控制工作中，N2bal O2可以作為氣體種類設(shè)置的通用模式進(jìn)行應(yīng)用。

2 修正模式（Correction Mode）的設(shè)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(nèi)氣體接近飽和，而在肺的外部水蒸氣因冷卻而凝結(jié)。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(wěn)定的狀態(tài)。但是呼吸機(jī)定標(biāo)時(shí)必須定義一種標(biāo)準(zhǔn)氣體來衡量或校準(zhǔn)呼吸機(jī)的流量精度。為了精確地表征呼吸機(jī)的容量，生產(chǎn)商采用了特定的溫度、壓力、濕度下的特征氣體作為標(biāo)準(zhǔn)氣體，并依據(jù)該特征氣體對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行容量參數(shù)的標(biāo)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(jī)的質(zhì)控應(yīng)選擇與廠家相同的修正模式，這樣可建立呼吸機(jī)流量測(cè)量的溯源性，保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確一致。

氣體修正模式是一項(xiàng)經(jīng)嚴(yán)格定義的參數(shù)設(shè)置模式，該標(biāo)準(zhǔn)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(jù)海平面大氣壓、身體溫度設(shè)置的飽和水汽；ATPS（Ambient Temperature and Pressure, Saturated）是測(cè)量環(huán)境溫度、環(huán)境壓力的飽和水汽；ATP（Ambient Temperature and Pressure, but not saturated with Water vapor）是測(cè)量環(huán)境的溫度、環(huán)境壓力和室內(nèi)空氣；NTPD（Normal Temperature, normal Pressure, Dry）依據(jù)的是普通溫度、普通壓力和干燥氣體；STPD（Standard temperature and pressure, dry）是標(biāo)準(zhǔn)溫度（0℃ 或21℃ ，記作STPD0和STPD21），標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換。當(dāng)模式選擇錯(cuò)誤時(shí)，可將測(cè)量值換算到正確的結(jié)果，但計(jì)算相對(duì)復(fù)雜。計(jì)算時(shí)，轉(zhuǎn)換系數(shù)是與氣體的溫度和濕度相關(guān)的。ATPS轉(zhuǎn)換到BTPS換算對(duì)應(yīng)表，見表2。例如：在20℃ 下，1 L /ATPS相當(dāng)于1.102 L/ BTPS。

表2 ATPS轉(zhuǎn)BTPS換算對(duì)應(yīng)表（溫度℃ ）

根據(jù)以上理論，本文設(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn)來研究修正模式的設(shè)置可能對(duì)呼吸機(jī)質(zhì)量控制結(jié)果造成的影響。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：選用NPB840與Servo-i兩種呼吸機(jī)在不同的氣體修正模式的情況，測(cè)試方法采用我院設(shè)計(jì)的呼吸機(jī)質(zhì)量控制設(shè)置方案1、2、3進(jìn)行氣流檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果，見表3。

表3 在不同氣體修正模式下的目標(biāo)潮氣量比較表

由實(shí)驗(yàn)可知，NBP840在BTPS模式下最接近設(shè)置值；Servo-i呼吸機(jī)在STPD0模式下最接近設(shè)置值。該結(jié)果與制造商提供的修正模式相符。我們?cè)跍y(cè)量呼吸機(jī)流量和容量時(shí)，必須嚴(yán)格按照呼吸機(jī)廠方提供的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行設(shè)置，以保證所測(cè)得的數(shù)據(jù)符合廠方要求的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，避免產(chǎn)生誤差。Drager、Tyco、Maquet品牌的修正模式設(shè)置情況，見表4。

表4 Drager、Tyco、Maquet呼吸機(jī)的修正模式設(shè)置情況

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

（1） 從Setup（設(shè)置）菜單中進(jìn)入到Settings（設(shè)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(yīng)的選項(xiàng)；

（4） 按BACK（返回）軟鍵，返回到Setup（設(shè)置）菜單。

3 總結(jié)

反復(fù)的實(shí)驗(yàn)證明，呼吸機(jī)質(zhì)量控制工作中，氣體種類及修正模式的設(shè)置對(duì)呼吸質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果的影響較大；而溫度、濕度的設(shè)置，由于檢測(cè)通常在醫(yī)院有空調(diào)的房間內(nèi)完成，溫濕度相對(duì)恒定，一次設(shè)置成功后即使沒有每次調(diào)整，對(duì)結(jié)果影響也是相對(duì)較小的。因此，每次在測(cè)試工作開始之前，須對(duì)氣體種類及校正模式進(jìn)行檢查和設(shè)置，以保證測(cè)試結(jié)果的正確有效。

通過以上實(shí)驗(yàn)，在所有氣體模式中，N2bal O2均可以作為氣體種類設(shè)置的通用模式進(jìn)行應(yīng)用；而修正模式必須嚴(yán)格按照廠家推薦的設(shè)置，在每次執(zhí)行檢測(cè)時(shí)進(jìn)行修改。

另外，F(xiàn)LUKE氣流分析儀VT-PLUS及FLUKE ESA620電氣安全分析儀作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備，必須實(shí)行定期校準(zhǔn)和質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)于不能通過質(zhì)量檢測(cè)的設(shè)備應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)和修復(fù)，保證達(dá)到檢測(cè)設(shè)備的規(guī)定要求。

在做呼吸機(jī)氣流分析時(shí)會(huì)遇到各種問題，如測(cè)量誤差太大、測(cè)量穩(wěn)定性差、重復(fù)性差。諸如此類的問題，須在測(cè)量方式上尋找原因。尤其是本文提到的氣體模式的設(shè)置，對(duì)呼吸機(jī)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生的影響較大，應(yīng)引起足夠的重視。

呼吸機(jī)測(cè)試項(xiàng)目多、被測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性強(qiáng)、測(cè)量難度大、工作量也大。但出于呼吸安全及質(zhì)量的重要性，對(duì)呼吸機(jī)開展常規(guī)性質(zhì)量控制是必須完成的任務(wù)。這就要求呼吸機(jī)質(zhì)量控制人員提高個(gè)人水平，研究和重視質(zhì)控工作的細(xì)節(jié)，把呼吸機(jī)質(zhì)控工作做得更加全面和準(zhǔn)確[6-7]。

[1] 劉欣．呼吸機(jī)的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)與實(shí)踐[J]．醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2011, 17(3):105-107．

[2] 陳基明,李國(guó)棟,季家紅．探討呼吸機(jī)的質(zhì)量控制[J]．中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2012,27(11):78-80．

[3] 馮靖祎,鄭駿,浦其斌．特定治療環(huán)境下呼吸機(jī)效能的研究[J]．中華急診醫(yī)學(xué)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(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)．理想氣體狀態(tài)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(yī)藥衛(wèi)生一般研究計(jì)劃（2012KYA086）。

作者郵箱：frankzheng@zju．edu．cn