MAQUET Servo-i呼吸機(jī)電源故障二例

彭順銀，魏東，徐峰

南京醫(yī)科大學(xué)附屬淮安第一醫(yī)院 醫(yī)療設(shè)備處，江蘇 淮安 223300

引言

MAQUET Servo-i是醫(yī)院常用呼吸機(jī)品牌之一，分布于急診搶救室、EICU、ICU、RICU、NICU、CCU、NSICU等科室；具有監(jiān)測(cè)參數(shù)顯示直觀、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，使用前應(yīng)對(duì)呼吸機(jī)的安全閥、流量傳感器、壓力傳感器、氧電池等硬件設(shè)備的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證呼吸機(jī)性能可靠和參數(shù)的準(zhǔn)確[1-2]。呼吸機(jī)是醫(yī)院最重要的臨床治療與搶救設(shè)備，用于患者復(fù)蘇搶救、麻醉及重癥監(jiān)護(hù)，不但可替代患者的自主呼吸，同時(shí)也可為患者提供支持、幫助形式的輔助呼吸治療，進(jìn)而達(dá)到延續(xù)患者生命的目的[3-4]。呼吸機(jī)是急救與生命支持類(lèi)設(shè)備，在臨床使用中的重要性不言而喻，其在臨床的廣泛使用也帶來(lái)了設(shè)備電氣性能安全、患者使用安全、操作安全等潛在隱患。據(jù)“ISO 14971醫(yī)用裝置風(fēng)險(xiǎn)管理”[5]風(fēng)險(xiǎn)分析方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析：呼吸機(jī)得分為12分，屬高風(fēng)險(xiǎn)醫(yī)療設(shè)備，存在高故障率潛在危害[6]。

本文結(jié)合我院多年來(lái)該型號(hào)呼吸機(jī)的使用情況，探討了其電源部分常見(jiàn)故障兩例。第一例是主機(jī)開(kāi)關(guān)電源（PC1955E電路板）無(wú)直流12 V電壓輸出，開(kāi)機(jī)黑屏，呼吸機(jī)無(wú)反應(yīng)；第2例是PC1778電路板（DC/DC板）N28插腳無(wú)12 V電壓輸出，導(dǎo)致開(kāi)機(jī)黑屏并報(bào)警。根據(jù)故障現(xiàn)象查找原因，并對(duì)照電子元器件的排列勾畫(huà)電路圖，結(jié)合電路原理圖確定損壞的電子元器件。同時(shí)，本文也介紹了該型號(hào)呼吸機(jī)一、二級(jí)維護(hù)保養(yǎng)方法及使用注意事項(xiàng)，并分享了維修醫(yī)療設(shè)備電源方面的一些方法和技巧。自主維修能提高醫(yī)工的維修技能和水平，減少醫(yī)院相關(guān)的維修費(fèi)用支出[7]。

1 MAQUET Servo-i呼吸機(jī)的結(jié)構(gòu)

隨著醫(yī)療診斷技術(shù)、電子信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，呼吸機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理也有了根本的改變。其設(shè)計(jì)更趨于人性化，界面清晰易懂、易操作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易拆易裝、易清洗維護(hù)[8]。主機(jī)從機(jī)架移開(kāi)，拆下前上蓋可看到呼吸機(jī)的主要硬件組成部分：空氧模塊、吸氣管道、吸氣壓力傳感器管道、氧濃度傳感器、安全閥等，見(jiàn)圖1a。拆下呼氣盒下面的前面板，可看到主要電路控制板，主要有 PC1781、PC1784、PC1771、PC1772、PC1778、AC/DC電路控制板等，見(jiàn)圖1b。

圖1 MAQUET Servo-i主要硬件和控制電路板

MAQUET Servo-i呼吸機(jī)工作原理和其他品牌呼吸機(jī)一樣，即把具有一定壓力的醫(yī)用氧氣和壓縮空氣混合，選擇通氣模式和呼吸氣道力學(xué)參數(shù)，在監(jiān)測(cè)條件下把滿(mǎn)足設(shè)置條件的空氣、氧氣混合氣體通過(guò)呼吸管路輸送給患者，用以強(qiáng)制或輔助患者呼吸，從而維持患者的呼吸功能[9]。主機(jī)由氣體傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成，氣體傳輸系統(tǒng)包括呼氣和吸氣兩部分?？諝狻⒀鯕夥謩e進(jìn)入兩個(gè)氣體模塊，根據(jù)設(shè)置的潮氣量、壓力水平和氧濃度等，調(diào)節(jié)電磁閥開(kāi)關(guān)頻率，精確送氣至混合腔，將空氣、氧氣充分混合，經(jīng)監(jiān)測(cè)，把滿(mǎn)足設(shè)置參數(shù)的混合氣體，通過(guò)呼吸管路送至患者使用。PC1786呼出流量檢測(cè)板通過(guò)插座連接PC1785、PC1780板，溫度和氧電池傳感器連接PC1780板。吸氣和呼氣壓力測(cè)試板PC1781由插件與PC1784連接，PC1784、PC1771、PC1772、PC1778等電路板通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)主機(jī)與人機(jī)界面觸摸控制屏電路之間的相互通訊，PC1771、PC1772、PC1784等直插于PC1770母板上，整機(jī)由AC/DC電路板供電，無(wú)市電情況下由蓄電池提供臨時(shí)供電，見(jiàn)圖2（圖中不包括人機(jī)界面觸摸控制屏控制電路等）。

圖2 MAQUET Servo-i氣路、電路主要結(jié)構(gòu)原理圖

2 故障一

2.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)黑屏，呼吸機(jī)無(wú)反應(yīng)。

2.2 故障分析與排除

排除線路和電源開(kāi)關(guān)問(wèn)題，測(cè)量開(kāi)關(guān)電源PC1955E的AC/DC板無(wú)直流12 V電壓輸出。在線測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管T1短路，開(kāi)關(guān)電源過(guò)電流抗干擾保護(hù)二極管D1和電阻R3開(kāi)路，更換同型號(hào)場(chǎng)效應(yīng)管T1（20N60S5）和同規(guī)格型號(hào)二極管、電阻，故障未排除。如圖3所示，R22、C14、IC1（HEF4069）的非門(mén)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組成多諧振蕩器，振蕩周期 T≈1.4×R22×C14[10]。IC1（HEF4069）的三個(gè)非門(mén)Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ并聯(lián)，其輸出端與T3、T4基極連接，使驅(qū)動(dòng)電流增加且輸出波形接近方波，共同組成脈沖寬度變調(diào)電路（Pulse Width Modulation，PWM）驅(qū)動(dòng)電路。開(kāi)關(guān)T1、高頻電源變壓器TR1、PWM驅(qū)動(dòng)電路、整流二極管D8及電容C20～C22等組成單端反激式開(kāi)關(guān)電源電路[11]。

圖3 AC/DC板電源電路圖

相同型號(hào)CMOS門(mén)的閾值電壓（Threshold Voltage，VTH）的差異，且非門(mén)輸出導(dǎo)通電阻阻值會(huì)隨負(fù)載大小而變化，以及采用不同的近似計(jì)算方法等都會(huì)直接影響振蕩周期T值[12]。IC2、T5、D5、R9、R10、R12等元件組成輸出電壓穩(wěn)壓檢測(cè)電路，根據(jù)負(fù)載的變化，調(diào)節(jié)PWM驅(qū)動(dòng)電路輸出脈沖高低電頻、占空比和振蕩頻率值，使輸出電壓穩(wěn)定[13]。IC3、T2、T6、R3、R4、R11、C7、C8、二極管D1等組成過(guò)電流和抗干擾脈沖檢測(cè)電路，保護(hù)開(kāi)關(guān)電源。T7、D6、R13～R16、R18、變壓器TR1初級(jí)繞組、D3、D4、C2、C13等構(gòu)成IC1控制PWM芯片的啟動(dòng)及工作狀況下的供電電路。

檢修過(guò)程：測(cè)量圖中Vcs電壓為3.05 V，經(jīng)觀察電容C2（4700 pF/1 kV）有被高壓擊穿拉弧現(xiàn)象，見(jiàn)圖4，更換后Vcs電壓為3.89 V，說(shuō)明電源Vcs供電有短路的可能。根據(jù)電路圖分析，三極管T3、T4、IC1短路可能性較大，從電路板拆下T3、T4，離線單獨(dú)測(cè)量未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。在測(cè)量IC1時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)量該IC1的14腳與電源地7腳之間阻值有變化，測(cè)量第8、10、12腳與7腳阻值為3.75 Ω，拆下測(cè)量IC1的10腳與7腳阻值為3.95 Ω，說(shuō)明該腳與電源地端短路，更換同型號(hào)IC1后，開(kāi)關(guān)電源正常工作。再次測(cè)量圖中Vcs電壓為5.16 V，IC1的14腳（供電正端）為5.04 V。

圖4 擊穿拉?。ㄗ螅┡c正常電容C2（右）比較

維修醫(yī)療設(shè)備時(shí)，在不確定該設(shè)備電源電路是否正常的前提下，可在220 V交流電源與該設(shè)備電源插座之間串接60～100 W白熾燈，能減少醫(yī)療設(shè)備相關(guān)電子元器件的損壞，并可根據(jù)燈泡明暗變化判斷醫(yī)療設(shè)備電源電路故障。如設(shè)備電源電路短路，則燈泡常亮，其亮度與短路程度成正比，短路越嚴(yán)重，燈泡越亮；一般情況下，設(shè)備電源正常，燈泡不亮；設(shè)備電源電路有停振現(xiàn)象，則燈泡閃爍。排除電源部分短路后，根據(jù)元器件伏-安特性，可放心查找故障范圍，確定損壞的元器件。如圖5所示，左側(cè)為淘寶網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)的維修電源保護(hù)器，右側(cè)為自行制作的簡(jiǎn)易維修電源保護(hù)器。表1為P1～P6測(cè)試點(diǎn)電壓、頻率和占空比測(cè)量值的舉例，測(cè)量數(shù)值會(huì)因交流輸入電壓、負(fù)載大小、萬(wàn)用表精度等因素而改變。

圖5 電源維修保護(hù)器

表1 P1～P6測(cè)試點(diǎn)電壓、頻率和占空比測(cè)量值舉例

3 故障二

3.1 故障現(xiàn)象

開(kāi)機(jī)黑屏并報(bào)警。

3.2 故障分析與排除

（1）設(shè)備能開(kāi)機(jī)并報(bào)警，說(shuō)明AC/DC電路板，即輸入交流220 V、輸出直流12 V正常。人機(jī)界面觸摸顯示屏、顯示屏與主機(jī)PC1778電路板N28插座的連接線或PC1778電路板損壞，都會(huì)導(dǎo)致該故障，其中連接線提供主機(jī)和顯示屏控制電路板之間的數(shù)據(jù)通訊和供電。采用替換法排除顯示屏和連接線的問(wèn)題。檢查顯示屏工作直流電壓為6 V，正常為12 V，說(shuō)明該P(yáng)C1778電路板存在問(wèn)題。

（2）圖6三極管T14、SOT-23封裝、K23標(biāo)識(shí)，經(jīng)反查，對(duì)應(yīng)N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效管BSS123；集成塊IC3、SOIC-8封裝、LTC1153標(biāo)識(shí)，具有過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)電源管理芯片；集成塊T4、SOIC-8封裝、FDS8880標(biāo)識(shí)，對(duì)應(yīng)N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效管；端口P9（C1-14）為DC/DC電路板P9插座C1排第14腳，同樣端口P9（C1-12）為DC/DC電路板P9插座C1排第12腳，分別從PC1770母板輸入控制信號(hào)。測(cè)量R30、R31、R102、R4、R8、R5的電阻值發(fā)現(xiàn)其符合標(biāo)識(shí)阻值，C21、C7、C91、C8無(wú)開(kāi)路和短路現(xiàn)象，二極管D2、D42有正反向特性，一般情況下這說(shuō)明電阻、電容和二極管正常。測(cè)量三極管T14三腳之間電阻、IC3集成塊8只腳和T4集成塊8只腳對(duì)電源正負(fù)端口電阻，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖6 顯示屏12 V供電電路圖

（3）帶電測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)電壓值。待機(jī)和開(kāi)機(jī)狀況下，測(cè)量測(cè)試點(diǎn)P1、P2、P7、P3的電壓值分別為5.01、4.99 V，12.55、12.45 V，0.02、5.01 V，4.99、0.02 V，此組數(shù)據(jù)說(shuō)明供電電源的電壓和輸入控制信號(hào)正常。進(jìn)一步測(cè)量IC3集成塊第5腳（即測(cè)試點(diǎn)P4）電壓，在待機(jī)和開(kāi)機(jī)狀況下為5.01、0.03 V，說(shuō)明場(chǎng)效應(yīng)三極管T14伏-安特性正常。測(cè)量IC3集成塊第6腳（即測(cè)試點(diǎn)P5）電壓，在待機(jī)和開(kāi)機(jī)狀況下，電壓分別為6.54、6.41 V，電壓基本無(wú)變化，說(shuō)明IC3或T4（FDS8880）可能有問(wèn)題。更換T4同型號(hào)場(chǎng)效應(yīng)三極管，故障未排除，再次更換IC3，并用無(wú)水乙醇清洗焊接處線路板及電子元器件，故障排除，顯示屏點(diǎn)亮。

表2列舉了兩組關(guān)鍵點(diǎn)的電壓測(cè)量值，供醫(yī)工同行維修時(shí)參考，測(cè)量數(shù)值會(huì)因交流輸入電壓、負(fù)載大小、萬(wàn)用表精度等因素而改變。此方法對(duì)排除該P(yáng)C1778電路板中，如IC2、T3，IC4、T16，IC17、T18，IC18、T19四組電源故障也有借鑒作用。

表2 測(cè)試點(diǎn)P1～P8電壓值（V）

4 討論與小結(jié)

醫(yī)療設(shè)備電路板級(jí)維修越來(lái)越難，具體表現(xiàn)在生產(chǎn)企業(yè)不提供圖紙、醫(yī)療設(shè)備更新?lián)Q代快、各類(lèi)程序代碼在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用、新電子元器件及新技術(shù)在電路中的應(yīng)用等方面。廠家工程師一般會(huì)根據(jù)呼吸機(jī)故障代碼查找維修手冊(cè)，確定故障范圍，更換電路板；而醫(yī)工為了提高在醫(yī)院的地位和維修技術(shù)水平，可在無(wú)電路原理圖的情況下主動(dòng)深入對(duì)故障電路板元器件進(jìn)行維修[14]。傳統(tǒng)中醫(yī)“望聞問(wèn)切”診斷疾病基本方法，對(duì)醫(yī)療設(shè)備維修也有借鑒意義：① 望：對(duì)待修的電路板進(jìn)行目測(cè)，查找元器件如電阻、電容、電感、二極管、三極管、集成電路等是否存在開(kāi)短路、虛焊、漏焊，電路印制板連接線是否存在斷裂、粘連短路、燒焦等；② 聞：聽(tīng)設(shè)備故障時(shí)發(fā)出的聲音和聞設(shè)備故障時(shí)元器件留下的氣味，可有效判斷損壞的電子元器件；③ 問(wèn)：詢(xún)問(wèn)設(shè)備操作者設(shè)備發(fā)生故障當(dāng)時(shí)、前后的情況；④ 切：根據(jù)故障現(xiàn)象分析原因，確定排除問(wèn)題的方法和途徑。利用一些維修工具，如示波器、信號(hào)發(fā)生器、電路在線維修測(cè)試儀、常用元器件特性測(cè)試儀等；利用一些維修技巧，如路板電源與地之間的阻值不能過(guò)小、先易后難、在線測(cè)量和離線測(cè)量相結(jié)合、元器件代換法等；利用互聯(lián)網(wǎng)查找元器件手冊(cè)和使用說(shuō)明及部分組成電路圖，依據(jù)電子元器件的伏-安特性和外圍電路組成，推理原設(shè)計(jì)示意圖[15]。

有呼吸機(jī)質(zhì)控檢測(cè)設(shè)備的醫(yī)工部門(mén)，呼吸機(jī)檢修完畢應(yīng)進(jìn)行一次全面質(zhì)控并留有記錄，采用醫(yī)院自主檢測(cè)與政府機(jī)構(gòu)法定檢測(cè)相結(jié)合的方式[16]，轉(zhuǎn)變臨床工程師維修理念，從單一維修變?yōu)椤靶蘅亍苯Y(jié)合并指導(dǎo)臨床使用[17]，確保呼吸機(jī)自身性能質(zhì)量、醫(yī)療設(shè)備安全使用和醫(yī)療活動(dòng)正常開(kāi)展，最大限度地發(fā)揮設(shè)備的醫(yī)療價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[18]，減少因呼吸機(jī)的使用造成的臨床醫(yī)護(hù)人員與患者之間的糾紛。

如今，臨床工程師的職責(zé)從設(shè)備維修向設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)遷移，設(shè)備的一、二級(jí)維保顯得更加重要[19]。呼吸機(jī)在使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：檢修正常的呼吸機(jī)應(yīng)用于臨床搶救患者時(shí)，工作時(shí)間長(zhǎng)短不一，有時(shí)幾天，有時(shí)幾小時(shí)，呼吸機(jī)還會(huì)出現(xiàn)不同類(lèi)型的報(bào)警，等工程師到現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)機(jī)自檢時(shí)，呼吸機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)又恢復(fù)正常，而再次用于患者時(shí)故障又會(huì)出現(xiàn)。在日常維修過(guò)程中就排除過(guò)：由于散熱風(fēng)扇氣道內(nèi)部積灰嚴(yán)重，通風(fēng)氣道受阻，空氣流通量減少導(dǎo)致的呼吸機(jī)不能長(zhǎng)期工作的情況。對(duì)散熱風(fēng)扇及腔體的清潔可改善電子元器件的散熱效果，能最大限度地保證其工作的穩(wěn)定性，不能確定導(dǎo)致此故障的主要原因就是散熱不良，但電子元器件良好的散熱環(huán)境可減少設(shè)備的故障率，這一觀點(diǎn)是廣為醫(yī)工接受的。

為了保證Servo-i呼吸機(jī)開(kāi)機(jī)完好率，使用科室在使用呼吸機(jī)前后的維保必須落實(shí)到位，做好一級(jí)維護(hù)保養(yǎng)并按照規(guī)范要求執(zhí)行。下面分享4個(gè)該型號(hào)呼吸機(jī)的維保方法和技巧：① Servo-i呼吸機(jī)的主機(jī)、顯示屏、空氣壓縮泵連接管道和濕化器等外表面，應(yīng)用清潔的軟濕布擦或蘸75%酒精的軟布輕擦，不要留有液跡，清洗空氣過(guò)濾網(wǎng)并晾干。② 呼氣盒用清水沖洗后，需再用75%酒精灌滿(mǎn)，浸泡半小時(shí)后倒出晾干酒精，清洗時(shí)應(yīng)保護(hù)好電子元件不被浸濕，以免損壞呼氣盒。③ 該設(shè)備做霧化時(shí)，在靠近呼氣盒的進(jìn)氣端安裝細(xì)菌濾器可保護(hù)呼氣盒不被藥液侵蝕，同時(shí)也減少霧化藥物和水的混合氣體經(jīng)呼氣盒硅膠管流入呼氣壓力傳感器板，引起PC1781電路板電子元器件的腐蝕損壞。④ 治療患者時(shí)，呼氣盒出氣外端口加一節(jié)5～10 cm硅膠管，可有效防止呼氣閥排出殘氣在管口結(jié)露而腐蝕外殼。

為降低呼吸機(jī)在使用時(shí)出現(xiàn)故障的頻率，保證呼吸機(jī)達(dá)到100%使用完好率，臨床醫(yī)學(xué)工程師要確保教會(huì)醫(yī)護(hù)人員正確使用呼吸機(jī)的技能和維護(hù)保養(yǎng)方法，改變工程師的慣性思維，變被動(dòng)維修為主動(dòng)性預(yù)防維護(hù)[20]。同時(shí)，要理解呼吸機(jī)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握各組件在整機(jī)中的作用。認(rèn)真學(xué)習(xí)臨床醫(yī)學(xué)知識(shí)，便于與臨床醫(yī)護(hù)人員溝通。工程師應(yīng)提高維修水平，根據(jù)故障現(xiàn)象，快速判斷，查找原因，并加強(qiáng)和廠家工程師協(xié)同解決問(wèn)題的能力[21]。