飛利浦V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)的原理與故障維修

張軍盛

浙江省臺州醫(yī)院 （浙江臨海 317000）

無創(chuàng)呼吸機(jī)是一種無須建立人工氣道（如氣管切開、插管）而為患者提供機(jī)械通氣的呼吸機(jī)[1]。臨床在使用無創(chuàng)呼吸機(jī)時，通常用口鼻面罩或鼻面罩罩于患者口鼻部，中間連接1 根帶漏氣口的呼吸管道，為患者在吸氣時提供一定氧氣濃度和壓力的空氣，幫助患者呼吸。因此，無創(chuàng)呼吸機(jī)至少需要實(shí)現(xiàn)提供壓縮空氣與空氧混合兩個主要功能。目前，臨床使用的無創(chuàng)呼吸機(jī)品牌和種類較多，本研究以飛利浦V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)為例，介紹其工作原理與故障維修。

1 飛利浦V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)工作原理

1.1 氣路部分

V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)的氣路部分包括氣體傳送系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)（渦輪機(jī)）、氧氣比例電磁閥、空氣氧氣流量和壓力傳感器、兩位三通電磁閥等部件。V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)的氣體傳送系統(tǒng)將其中大部分氣體管路集成于1 個氣體模塊內(nèi)，省去了各端口間的管路連接，使機(jī)器內(nèi)部非常簡潔。鼓風(fēng)機(jī)（渦輪機(jī)）是整臺機(jī)器氣動部分的核心，為混合氣體提供動力以達(dá)到所需的流速與壓力，其內(nèi)部是1 個三相直流無刷電機(jī)，通過霍爾傳感器可精確控制轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速越高，流速越高，壓力越大。氧氣比例電磁閥是可精確控制開啟度的電磁閥，通過控制氧氣流量精確控制混合氣體的氧濃度。V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)的氣路圖如圖1 所示。進(jìn)氣分為空氣和氧氣2 路，環(huán)境中的空氣經(jīng)過單向閥、空氣過濾器、壓差式流量檢測部件后送至渦輪機(jī)的進(jìn)氣口；高壓氧氣經(jīng)過濾器后送到比例電磁閥，隨后經(jīng)流量歸一化器、壓差式流量檢測部件送至渦輪機(jī)的進(jìn)氣口，與空氣混合，渦輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，將混合氣體壓縮至所需的壓力后從呼吸機(jī)患者端口輸出。壓力傳感器測量輸入氧氣的壓力，過高壓力會導(dǎo)致比例電磁閥工作異常而引起機(jī)器報警；比例電磁閥根據(jù)設(shè)定的氧濃度、輸入氧氣壓力等參數(shù)調(diào)整閥門開啟度，輸出所需流量的氧氣，確保氧濃度混合的準(zhǔn)確性；渦輪機(jī)出氣口端連接機(jī)器壓力傳感器，實(shí)時檢測輸出氣體的壓力，壓力信號被送至CPU，CPU 通過比較輸出實(shí)際壓力值和設(shè)定壓力值來調(diào)整渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，使輸出壓力穩(wěn)定；患者呼吸面罩端有1 根壓力管連接到機(jī)器的近端壓力傳感器，CPU 會將該壓力值與機(jī)器壓力傳感器的值進(jìn)行比較，用于測量管道內(nèi)因連接了細(xì)菌過濾器、濕化器等部件而導(dǎo)致的壓力衰減量，以確保輸出壓力的準(zhǔn)確性。與機(jī)器壓力傳感器和近端壓力傳感器相連的還有4 個電磁閥，其作用是在傳感器校準(zhǔn)時用于連通大氣。

圖1 V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)氣路圖

1.2 電路部分

V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)的電路部分主要包括電源電路、人機(jī)交互電路及CPU 控制電路等部分。電源部分通過開關(guān)電源電路將輸入的220 V 交流電轉(zhuǎn)換為24 V 250 W 的直流電，再通過DC-DC 變換電路將24 V 電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?.3、5、12、35 V 等各種不同的電壓，以適應(yīng)機(jī)器內(nèi)的不同組件。機(jī)器內(nèi)置1 塊14.4 V 的鋰電池，連接在DC-DC 直流電壓變換電路前，以保證突然斷電情況下機(jī)器可再正常工作一段時間。人機(jī)交互電路主要包括液晶顯示屏、觸摸屏及各種指示燈和按鈕，方便醫(yī)師對機(jī)器進(jìn)行操作并觀察機(jī)器顯示的各類有用信息。CPU 控制電路是整個機(jī)器的核心部件，用于精確控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如渦輪機(jī)、比例電磁閥等），并通過各種傳感器（如壓力傳感器和流量傳感器）組成一個精密的閉環(huán)控制電路，使輸出氣體的各種參數(shù)嚴(yán)格與設(shè)定值一致，并將這些信息通過顯示器顯示。

2 故障案例

2.1 故障一

2.1.1 故障現(xiàn)象

機(jī)器報警“低漏氣量、重復(fù)吸入CO2危險”，且潮氣量、分鐘通氣量、漏氣量值均較低。

2.1.2 故障分析與處理

因管路堵塞、近端壓力傳感器檢測不到壓力等情況均會使呼吸機(jī)將供氣流量降至最低，故先檢查呼吸管道，包括呼氣口、患者管路、細(xì)菌過濾器、測壓管等，經(jīng)檢查確認(rèn)無異常；斷開患者端并接入模擬肺，手動按壓模擬肺，模擬患者呼吸以觸發(fā)呼吸機(jī)供氣，發(fā)現(xiàn)呼吸機(jī)未被觸發(fā)，潮氣量和分鐘通氣量均無明顯改變，由此判斷故障應(yīng)發(fā)生于機(jī)器內(nèi)部；關(guān)機(jī)，進(jìn)入診斷模式，點(diǎn)擊“維護(hù)”按鈕，進(jìn)入維護(hù)界面（圖2），在氣動控制（pneumatic control）窗口，點(diǎn)擊“FLOW”按鈕，依次設(shè)置流量為10 SLPM（標(biāo)準(zhǔn)氣體 l/min）、120 SLPM、240 SLPM，調(diào)整呼吸機(jī)的輸出氣體流量，屏幕會實(shí)時顯示呼吸機(jī)在該設(shè)置條件下的各種氣動信息，如設(shè)備正常，屏幕上的“avg air”項也會顯示10、120、240，與設(shè)置值相對應(yīng)；同理，點(diǎn)擊“O221%”按鈕，調(diào)整“FLOW”設(shè)置值為10、120、240，觀察屏幕上的“avg O2”項是否隨之發(fā)生改變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“avg air”始終顯示5 SLPM，說明空氣流量傳感器存在故障，更換空氣流量傳感器后，機(jī)器工作正常，故障解決。

圖2 V60無創(chuàng)呼吸機(jī)氣動控制界面

2.2 故障二

2.2.1 故障現(xiàn)象機(jī)器報警“患者回路堵塞”，呼吸機(jī)無氣流吹出，也未聽到渦輪機(jī)工作的聲音。

2.2.2 故障分析與處理

“患者回路堵塞”報警一般發(fā)生在呼吸機(jī)檢測不到輸出氣流（或流量很低）時。無（或很少）氣體輸出有兩種可能，一種是呼吸機(jī)內(nèi)部故障，如鼓風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致機(jī)器無氣體輸出；另一種可能是患者管路堵塞，如細(xì)菌過濾器受潮、管道彎折等原因?qū)е職怏w無法輸出。檢查患者呼氣口、患者回路、細(xì)菌過濾器、測壓管，患者回路正常。因此，故障應(yīng)在機(jī)器內(nèi)部。關(guān)機(jī)，進(jìn)入診斷界面，點(diǎn)擊“Pressure”按鈕，調(diào)整供氣壓力，使呼吸機(jī)送氣，發(fā)現(xiàn)“blower RPM”（渦輪機(jī)分鐘轉(zhuǎn)速）始終為3 000 轉(zhuǎn)無變化（正常情況下，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)隨壓力升高而相應(yīng)提高），拆開呼吸機(jī)，轉(zhuǎn)動渦輪，發(fā)現(xiàn)渦輪機(jī)葉片卡死，故障應(yīng)為渦輪機(jī)軸承損壞導(dǎo)致渦輪轉(zhuǎn)動不暢所致。更換渦輪機(jī)后，設(shè)備工作正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障現(xiàn)象

機(jī)器報警“1102”，故障代碼提示：機(jī)器主報警器故障。

2.3.2 故障分析與處理

V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)有2 個揚(yáng)聲器，主揚(yáng)聲器和次揚(yáng)聲器，其作用是在機(jī)器發(fā)生故障時發(fā)出聲音，提醒醫(yī)護(hù)人員注意。設(shè)置2 個揚(yáng)聲器的目的是在一個揚(yáng)聲器發(fā)生故障的情況下，另一個揚(yáng)聲器仍能正常報警。拆開呼吸機(jī)，測量2 個揚(yáng)聲器的靜態(tài)電阻，正常阻值應(yīng)為6.8～9.2 Ω，其中1 個出現(xiàn)阻值異常，可確定該揚(yáng)聲器故障。更換后，設(shè)備工作正常。

3 總結(jié)

V60 無創(chuàng)呼吸機(jī)是一款智能化與集成度較高的醫(yī)療設(shè)備，性能穩(wěn)定，故障率低。在日常使用中，臨床使用科室一般只需做好設(shè)備的日常清潔保養(yǎng)，臨床工程師做好年度預(yù)防性維護(hù)即可。為了保障設(shè)備的正常運(yùn)行，避免故障造成的影響，工程師應(yīng)充分了解其工作原理、結(jié)構(gòu)組成，熟悉設(shè)備的使用操作，尤其是熟悉機(jī)器的維修診斷模式，了解其中各參數(shù)的意義，同時依靠機(jī)器自身提供的先進(jìn)診斷功能，快速診斷故障原因，提高維修的及時性。