西門子Maquet servo系列呼吸機(jī)的分析與應(yīng)用

謝龍耀 張麗娜

西門子Maquet servo系列呼吸機(jī)的分析與應(yīng)用

謝龍耀①張麗娜②

呼吸機(jī)；自檢情況；流量傳感器；氧濃度傳感器；故障維修

呼吸機(jī)用于輔助或控制患者的自主呼吸運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到肺內(nèi)氣體交換功能，降低人體消耗，利于患者呼吸功能的恢復(fù)。紹興市人民醫(yī)院ICU及EICU配備了Servo-i和Sevo-s型呼吸機(jī)(德國西門子公司)，就Maquet Servo系列呼吸機(jī)的原理及使用中遇到的故障進(jìn)行總結(jié)分析。

1 呼吸機(jī)的組成及工作原理

1.1 呼吸機(jī)的組成

呼吸機(jī)硬件設(shè)備主要由氣動(dòng)系統(tǒng)和電路系統(tǒng)組成。氣動(dòng)系統(tǒng)包括吸氣組件系統(tǒng)、患者環(huán)路系統(tǒng)和呼氣組件系統(tǒng)；電路系統(tǒng)包括熱循環(huán)模塊、熒光檢測(cè)模塊、控制模塊和數(shù)據(jù)處理等模塊[1]。

1.2 呼吸機(jī)工作原理

呼吸機(jī)氣動(dòng)部分的吸氣組件系統(tǒng)是呼吸機(jī)氣路的主要組成部分，該組件控制高壓氣體進(jìn)入呼吸機(jī)，并對(duì)進(jìn)入患者呼吸循環(huán)的潮氣量及相關(guān)參數(shù)(如氧氣和濃度等)進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)Servo-i/s型呼吸機(jī)接通外源高壓氣源后，溫度傳感器和壓力傳感器對(duì)外接高壓氣體的溫度和壓力進(jìn)行檢測(cè)，通過壓力的改變來補(bǔ)償由溫度變化導(dǎo)致氣體潮氣量的改變，即對(duì)流量的補(bǔ)償調(diào)控。氣體經(jīng)過壓力傳感器后會(huì)經(jīng)過流量傳感器，因流量傳感器為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使傳感器兩端的氣流產(chǎn)生壓力差，通過壓力差來計(jì)算傳輸氣體的流量[2]。

吸氣壓力傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)吸氣管中供給患者的氣流壓力，當(dāng)吸氣管中的壓力超過設(shè)定壓力最高值0.5 kPa時(shí)呼吸機(jī)開始報(bào)警，當(dāng)吸氣管中的壓力＞(11.7±0.07)kPa壓力時(shí)，吸氣管的安全閥將強(qiáng)制打開，以保證患者安全。安全閥則受電磁控制，當(dāng)機(jī)械故障或氣源缺失情況下處于打開狀態(tài)。

根據(jù)呼吸機(jī)工作原理，通過壓力差的作用，促進(jìn)相關(guān)部件發(fā)揮作用。在氣道正壓呼吸機(jī)的作用下，氣體壓力不斷升高，同時(shí)在管道支持下，與患者呼吸道插管進(jìn)行連接，使氣體進(jìn)入肺泡，達(dá)到輔助呼吸的作用。

患者環(huán)路系統(tǒng)是指氣體從呼吸機(jī)的吸氣組件系統(tǒng)輸出后再進(jìn)入患者呼吸循環(huán)系統(tǒng)，然后輸出到呼吸組件的過程，其中包含呼吸管路和濕化罐。呼吸機(jī)的呼氣組件系統(tǒng)是指患者呼出的氣流進(jìn)入呼吸機(jī)并排出室外的組件。Servo-i/s呼吸機(jī)的氣流通過連接管進(jìn)入呼氣組件，氣流進(jìn)口處的設(shè)計(jì)便于冷凝水流出，其濾膜可防止呼氣系統(tǒng)污染。在呼氣組件氣路中有2個(gè)超聲發(fā)射器和接收器，通過檢測(cè)氣流上游及下游的超聲接收和發(fā)射的時(shí)間差，來檢測(cè)呼氣氣流的流量，呼氣氣路中溫度傳感器用于檢測(cè)呼氣氣流溫度，所測(cè)溫度用于輔助計(jì)算氣流的呼氣流量。

2 流量傳感器與氧濃度傳感器的原理及維護(hù)

流量傳感器負(fù)責(zé)將吸入和呼出的氣體流量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后傳送至信號(hào)處理電路，完成對(duì)吸入和呼出潮氣量、分鐘通氣量以及流速的檢測(cè)和顯示。呼吸機(jī)流量傳感器可分為吸入端流量傳感器和呼出端流量傳感器。

2.1 吸入端流量傳感器

吸入端的流量傳感器主要檢測(cè)氣源(空氣和氧氣)的流速，為控制系統(tǒng)提供必要的流速信號(hào)，從而控制潮氣量和氧濃度等。其工作原理在吸入端氣道中，有一個(gè)網(wǎng)狀的氣阻，氣流經(jīng)過氣阻后在氣阻兩端產(chǎn)生壓力差，傳感器內(nèi)的敏感元件在外部氣流壓力的作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在其表面的電阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)發(fā)生變形；使其阻值發(fā)生變化(增大或減小)，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路將此電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或電流)，從而完成將氣流壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程。壓差式流量傳感器即通過測(cè)量氣阻兩端的壓力差來計(jì)算相應(yīng)的氣流流速。

2.2 呼出端的流量傳感器

呼出端的流量傳感器主要檢測(cè)患者呼出氣體的流速，呼吸機(jī)根據(jù)呼出氣體的流速計(jì)算出呼出的潮氣量(VT)并顯示在用戶界面上供臨床醫(yī)生參考。Maquet servo系列呼吸機(jī)的呼出端流量傳感器(即呼氣盒)采用超聲式流量傳感器，具有檢測(cè)速度快，不受被測(cè)氣體溫度、壓力、密度等參數(shù)的影響、耐用程度高和易消毒滅菌等優(yōu)點(diǎn)。是應(yīng)用在呼吸機(jī)上可以直接拆卸、清洗、消毒和高溫高壓滅菌的傳感器。臨床應(yīng)用時(shí)可在呼氣盒前段加裝Maquet servoguard細(xì)菌過濾器，既可減少呼氣盒消毒滅菌次數(shù)，同時(shí)可防止由于濕化器中的水或患者體液進(jìn)入呼氣盒而導(dǎo)致流量監(jiān)測(cè)的誤差。

2.3 氧電池

氧濃度傳感器即氧電池用來檢測(cè)輸送的混合氣體的氧濃度，其安裝在吸氣端。Maquet servo系列呼吸機(jī)可以配置消耗式氧傳感器(化學(xué)氧傳感器)和永久性氧傳感器(超聲氧傳感器)2種氧傳感器。

(1)消耗式氧傳感器的工作原理與干電池相似，由空氣陰極、鉛陽極和電解液組成。進(jìn)入傳感器的氧氣流速取決于傳感器頂部毛細(xì)微孔的大小，當(dāng)氧氣到達(dá)工作電極時(shí)，立刻被還原釋放出氫氧根離子，再通過電解質(zhì)到達(dá)鉛陽極，與鉛發(fā)生氧化反應(yīng)生成相應(yīng)的金屬氧化物。上述兩個(gè)反應(yīng)發(fā)生的過程中產(chǎn)成電流，電流的大小取決于氧氣反應(yīng)的速度(法拉第定律)，可通過外接一個(gè)已知電阻來測(cè)量產(chǎn)生的電勢(shì)差，從而測(cè)量出氧氣的濃度[3]。

(2)永久性氧傳感器，其左右兩側(cè)各有一個(gè)超聲探頭，可分別發(fā)射和接收超聲信號(hào)。通過測(cè)量超聲在混合氣體(空氣和氧氣)中的傳播速率，比較在單獨(dú)氣體中的傳播速率，可計(jì)算出氣體濃度。永久性氧傳感器原理與超聲式流量傳感器相似，一個(gè)探頭發(fā)送超聲信號(hào)，另一個(gè)探頭接收信號(hào)，通過測(cè)量從信號(hào)發(fā)送到信號(hào)接收的時(shí)間來計(jì)算速率，從而計(jì)算相應(yīng)的氧濃度。

3 Maquet servo系列呼吸機(jī)的故障案例

3.1 電源故障

(1)故障現(xiàn)象。屏幕無顯示，壓縮機(jī)不工作，無法為患者提供呼吸支持。

(2)故障分析。針對(duì)電源出現(xiàn)的故障，先檢查呼吸機(jī)電流保護(hù)開關(guān)是否正常運(yùn)行，是否存在跳出現(xiàn)象。跳出，需重新按下開機(jī)啟動(dòng)，若依然跳出，且電源指示燈熄滅，因此可以判斷呼吸機(jī)電源部分存在短路現(xiàn)象[5-6]。

(3)故障排除。拆開呼吸機(jī)，取出電源模塊，先觀察主板是否有明顯燒焦燒壞區(qū)域或是否有電子原件燒毀的焦臭味。使用萬用表量測(cè)量，檢查是否有電子原件短路燒毀。因電源電路由交流220 V變壓轉(zhuǎn)換成兩路直流24 V，其中一路供給呼吸機(jī)母板電路，另一路供給呼吸機(jī)備用電池充電使用。若有短路現(xiàn)象多為電源啟動(dòng)電容短路，該電容為1000 uf左右，電容長時(shí)間工作容易擊穿短路，有些電容有明顯鼓起現(xiàn)象。因此，更換故障電容，檢查24 V直流輸出，母板有點(diǎn)亮，電源不再跳出，設(shè)備正常工作，故障排除。

3.2 空氣壓縮機(jī)故障維修

(1)故障現(xiàn)象?？諝鈮嚎s機(jī)的呼吸機(jī)報(bào)警，提示“No Air Supply”。

(2)故障分析。根據(jù)提示一般有2種情況：①壓縮機(jī)內(nèi)長期溫度比較高，使輸出管路破損導(dǎo)致漏氣情況；②壓縮機(jī)不工作，因壓縮機(jī)啟動(dòng)電容久用后擊穿損壞，無法啟動(dòng)壓縮機(jī)。而該壓縮機(jī)設(shè)計(jì)十分小巧，由于空間限制，壓縮氣體采用電子冷凝器降溫。若可控硅或可控硅后的濾波電容損壞，沒有12 V輸出給電子冷凝器和風(fēng)扇，使電子冷凝器和風(fēng)扇不工作，導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)溫度較高并停止工作，無法空氣供給。

(3)故障排除。先檢查壓縮機(jī)管路，是否有管路破損而導(dǎo)致氣體無法供應(yīng)，若有破損，及時(shí)更換能承受高熱和高壓力的原裝合格管路，以保障壓縮機(jī)正常使用。使用萬用表測(cè)量啟動(dòng)電容是否有擊穿或膨脹現(xiàn)象，若啟動(dòng)電容損壞應(yīng)及時(shí)更換。更換后檢查可控硅和濾波電容是否損壞，壓縮機(jī)輸出電壓是否有12 V供給電子冷凝器和風(fēng)扇。若可控硅和濾波電容損壞，需及時(shí)更換。

4 小結(jié)

呼吸機(jī)作為高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備，日常的維護(hù)與保養(yǎng)工作尤為重要。要求醫(yī)工人員需要熟知其結(jié)構(gòu)、工作原理和性能參數(shù)，應(yīng)定期進(jìn)行檢查，根據(jù)實(shí)際情況快速準(zhǔn)確地判斷故障源，減少維修時(shí)間，及時(shí)排除故障，有效保障呼吸機(jī)的醫(yī)療質(zhì)量和臨床使用安全[7]。

[1]王崢.淺析呼吸機(jī)的原理和維修[J].醫(yī)療裝備，2015，28(12)：50-51.

[2]陳學(xué)斌，劉利榮.三種呼吸機(jī)氣動(dòng)系統(tǒng)的比較與分析[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2014，11(2)：33-35.

[3]錢雷鳴，查敏.現(xiàn)代傳感器技術(shù)在Maquet servo-s呼吸機(jī)中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2015，30(2)：72-74.

[4]牟子義，魏永山，李軍，等.西門子Servo系列呼吸機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)分析[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2003，18(9)：35-36.

[5]楊飛.Maquet servo系列呼吸機(jī)的自檢故障分析[J].醫(yī)療裝備，2015，28(4)：92-93.

[6]李巍，唐劍飛，荊斌，等.Maquet Servo-s呼吸機(jī)的自檢及故障分析與探討[J].中國醫(yī)學(xué)裝備，2013，10(2)：38-40.

[7]宋維佳.MAQUET SERVO系列呼吸機(jī)故障維修[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2014，29(4)：129-130.

謝龍耀,男,(1982- ),本科學(xué)歷，工程師。紹興市人民醫(yī)院設(shè)備處，從事醫(yī)療器械維修工作。

1672-8270(2017)12-0150-03

R197.39

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10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.12.042

①紹興市人民醫(yī)院設(shè)備處 浙江 紹興 312000

②紹興市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院醫(yī)療部 浙江 紹興 312000

2017-03-28