呼吸機校準中需注意的問題與潮氣量及氧濃度測量結果的分析

蒙炳曲

（黔南州檢驗檢測院，貴州 黔南 558000）

1 呼吸機基本知識

1.1 呼吸機定義與作用

“呼吸機”一詞由全球首臺睡眠呼吸機的發(fā)明者沙利文所創(chuàng)造。按照傳統(tǒng)的定義，呼吸機是一種可以代替患者正常生理呼吸的裝置，能夠把含固定濃度氧氣的氣體輸進人體肺部，再將呼吸代謝產生的二氧化碳排到體外，從而幫助呼吸系統(tǒng)完成通氣。通俗地說，就是一種電子打氣筒。

從呼吸機的定義就可看出呼吸機的作用，即呼吸機可以改善人體肺的基本功能，幫助病人攝入氧氣、排出二氧化碳，從而取代或者部分取代自主呼吸，緩解呼吸肌肉疲勞。因此呼吸機必須具備以下四種功能：一是產生動力輸送氣體；二是以一定的呼吸頻率和一定的呼吸比支配呼吸節(jié)律的功能，從而取代病人呼吸中樞神經的功能；三是提供適合病人的潮氣量和分鐘通氣量，滿足呼吸代謝所需要的氧氣；四是供給的氣體需要加溫加濕，從而取代病人鼻腔功能。

1.2 呼吸機結構及工作原理

呼吸機一般由氣源（包括空氣、氧氣氣源）、空氧混合器、主機（包括呼吸機控制元件、觸發(fā)器、呼吸機的驅動、壓力、流量傳感器、監(jiān)測部分、報警部分、波形顯示器）、濕化器和外部管道等部分組成。

呼吸機的工作原理為：呼吸機的把空氧混合氣體，按照設定的參數，包括潮氣量、氣道峰壓、呼氣末正壓、呼吸頻率、吸呼比、氧濃度和合適的通氣方式給患者供氣。主機面板有三個區(qū)域，參數顯示區(qū)主要硅示氣道壓力、壓力上限設置、壓力下限設置、潮氣量、吸呼比、呼吸頻率、通氣方式選擇。參數設置區(qū)用于各種參數的設置調整。

1.3 呼吸機分類

按臨床用途可分為成人呼吸機、嬰兒和新生兒呼吸機、輔助呼吸或治療用呼吸機、麻醉呼吸機、攜帶式急救呼吸機、高頻正壓呼吸機。按照控制方式可分為氣動氣控型呼吸機、電動電控型呼吸機、氣動電控型呼吸機。按照計量校準方法分類可分為有創(chuàng)呼吸機、無創(chuàng)呼吸機、急救和轉運呼吸機、高頻噴射呼吸機。

2 呼吸機校準中需要注意的問題

2.1 校準不同類別呼吸機時需要注意的問題

2.2 校準呼吸機“潮氣量”參數時應注意的問題

根據克拉伯龍方程描述：PV=nRT（P代表壓強，V代表體積，n代表物質的量，T代表溫度，R代表理想氣體常數）。當大氣壓偏低或者環(huán)境溫度偏高時，實際的潮氣量會偏高，當大氣壓偏高或者環(huán)境溫度偏低時，實際的潮氣量會偏低。為保證校準數據的準確，需要采用正確的修正方式，消除或者降低環(huán)境溫度和大氣壓對潮氣量校準結果的影響。根據查閱相關文獻，查到的修正模式有：ATP、BTPS和STPD0，其中ATP還可以分為ATPD（干空氣）和ATPS（干空氣）。

以上四種修正模式換算關系如下：

2.3 校準呼吸機“吸氣氧濃度”參數時應注意的問題

呼吸機測試儀中測量氧濃度采用電化學傳感器（俗稱氧電池），其由氧離子導體、參考電極以及被測氣體構成,通過測量電池的電流,就可確定被測氣體的氧濃度。具體過程是,在陰極將氧氣解離為氧離子,之后向陽極運動后中和重新變成氧氣分子。氧從電池的陰極運動至陽極過程中產生電流。通過電流與排放氣體氧濃度的關系,就可以達到氧濃度測量的目的。電化學傳感器具有測量精度高、響應時間短、體積小等優(yōu)點。但是由于氧傳感器發(fā)生化學反應時需要消耗原料，隨著使用次數的增多，傳感器測量氧濃度的能力不斷下降，會影響氧濃度測量精度。所以校準時需要注意氧電池電量，提醒使用者，通常1年左右就需要更換一次氧電池。

3 呼吸機潮氣量及氧濃度校準結果測量不確定度評定

3.1 概述

①測量依據：JJF1234-2018《呼吸機校準規(guī)范》。②采用方法：在JJF1234 -2018《呼吸機校準規(guī)范》規(guī)定的條件下，用呼吸機校準裝置對呼吸機的潮氣量及氧濃度進行直接測量。③環(huán)境條件：溫度18～28 ℃，濕度40%～70%，大氣壓力86～106 kPa，電源電壓及頻率：AC220 V，50 Hz。④測量主要標準器：呼吸機測試儀。

3.2 潮氣量相對誤差的測量不確定度

3.2.1 測量數學模型

式中：δ——潮氣量的相對誤差，%；Vm——呼吸機校準裝置顯示潮氣量3次測量值的算數平均值，mLδ；=被10校0%呼吸機潮氣量3次監(jiān)測值的算數平均值，mL。

各影響量的靈敏度系數計算見公式（2）和（3）。

“這……”海力還算冷靜，馬上拔通了急救中心的電話，中心告訴他，他們已經接到求救電話派車去搶救了。他這才對客人打了個招呼致了歉，交待副總經理陪客，自己拉著竹韻出了酒樓，開車朝醫(yī)院飛馳而去……

各輸入量的標準不確定度見公式（4）和（5）。

μ1和μ2相互獨立，因此可得公式：

3.2.2 各標準不確定度分量的評定

3.2.2.1 被校準呼吸機潮氣量3次監(jiān)測值的算術平均值的標準不確定度

3.2.2.1.1 測量重復性引入的標準不確定度μ1(Vo)

μ1(Vm)是潮氣量測量重復性引入的標準不確定度，設置呼吸機潮氣量為600 mL，用呼吸機測試儀對被校準呼吸機進行10次獨立重復測量，測量值為Vi(i=1,2,…,10),則其標準偏差s(Vi)可用貝塞爾公式計算得出，具體數據見表1。

表1 潮氣量測量值 單位：mL

對潮氣量校準點分別進行三次測量，則由重復性引入的標準不確定度分量為：

3.2.2.1.2 被測儀器分辨力引入的標準不確定度

重復性引入的標準不確定度大于被測儀器分辨力引入的標準不確定度，故在計算合成標準不確定度是只考慮重復性引入的標準不確定度。

3.2.2.2 由呼吸機測試儀引入被校準呼吸機潮氣量3次監(jiān)測值的算數平均值Vm的標準不確定度

根據校準規(guī)范中潮氣量最大允許誤差無±3%或±10 mL,則600 mL校準點潮氣量最大允許誤差為±18 mL，為均勻分布。

3.2.3 合成標準不確定度

以上各輸入量無關，故潮氣量相對示值誤差的合成標準不確定度為：

3.2.4 擴展不確定度Urel

取置信概率為95%，k=2，Urel擴展不確定度為：

3.3 輸出氧濃度示值誤差的測量不確定度

3.3.1 測量數學模型

式中：δ——氧氣濃度的示值誤差，%；E1——呼吸機氧氣濃度示值，%；E0——呼吸機校準裝置氧氣濃度測量值，%。

3.3.2 各標準不確定度分量的評定

3.3.2.1 測量重復性引入的標準不確定度μ(δ1)=

呼吸機氧氣濃度設置為40%，測量的數據如表2：

表2 氧濃度測量值 單位：%

對吸氣氧濃度校準點分別進行三次測量，則由重復性引入的標準不確定度分量為：

3.3.2.2 由呼吸機校準裝置引入的標準不確定度μ(δ2)

根據校準規(guī)范中壓力范圍最大允許誤差為±2%(體積分數)，為均勻分布。

3.3.3 合成標準不確定度μc(δ)

3.3.4 擴展不確定度U

取置信概率為95%，k=2，擴展不確定度U為：

4 結束語

綜上所述，呼吸機能夠起到預防和治療呼吸衰竭，減少并發(fā)癥，挽救及延長病人生命的作用。為保證量值的準確可靠，對社會醫(yī)療安全提供公正、科學、準確、可靠的校準服務，對地方醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展起到積極的作用，就需要正確評定計量標準各項參數的測量不確定度，并在校準過程中注意相關事項。