呼吸机原理与常见故障分析

福建省立医院设备科 郑沁春

呼吸机，是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗的装置。机械通气作为生命支持和呼吸治疗的有效手段，已成为ICU、急诊科、麻醉科、呼吸科的常用设备。随着医学科技的进步，呼吸机的发展经历了从简易的机械控制到全电脑控制的智能化过程，所能控制和监测的项目越来越多，设备越来越复杂，故障也相应地越来越复杂。掌握呼吸机的基本运行原理有助于维护工作的顺利开展，本文对呼吸机的原理结构进行简要分析并介绍部分常见故障。

1 呼吸机的工作原理和构成

1.1 呼吸机工作原理

肺的呼吸过程如下：呼吸肌收缩时，胸廓容积增大，肺泡膨胀形成负压，从外界吸入空气；呼气时，呼吸肌放松，肺泡因弹性收缩，使肺内压力增大，向外呼出气体。因此，呼吸气流是由肺泡和大气压之间的压力差形成的。呼吸机就是利用机械的办法建立这一压力差，从而实现强制的人工呼吸过程。呼吸机通过模拟肺的呼吸机制，加上必要的监测与控制，实现用人工的方法对无法从大气中正常自然呼吸的病人肺部进行通气。其基本工作过程为：打开吸气阀、关闭呼气阀完成向患者的送气过程，再关闭吸气阀、打开呼气阀使患者完成呼气过程；同时进行必要的安全性监测，如气道压力和漏气检测、气源监测和窒息报警等。工作原理见图1。

由图1 可见，氧气和空气在空氧混合器（blender system）混合后输出，经过氧气传感器、压力安全阀、压力传感器的控制后，得到合适的浓度、恰当压力的空氧混合气体，再经过湿化器（humidifier）和温度传感器后随患者的呼吸同步送入肺内，并将患者的二氧化碳同步排向大气，完成血气交换。由于输出的是寒冷、干燥的气体，有必要进行加温和湿化，并进行温控以避免湿化器温度失控烫伤病人气道。

图1 呼吸机工作原理图

1.2 呼吸机构成

呼吸机主要由操作控制面板、电路部分、气路部分等三部分组成。其结构图见图2。

图2 呼吸机结构图

操作控制面板主要由显示器、按键、触摸屏和图像控制板组成，可设置和调节参数、显示测量值和报警等指示。电路部分的中央控制单元（主板）是整个电路的核心部分，通过总线对马达控制板、氧浓度监测板、操作面板、流量传感器、压力传感器、电磁阀、雾化及各种报警等实施通讯和控制。气路部分由两大支路组成：吸气支路和呼气支路。吸气支路主要部件有细菌过滤器、空氧混合器、氧传感器、吸气流量传感器、压力传感器、安全阀、湿化器等；呼气支路主要部件有压力传感器、呼气阀和呼气流量传感器等。气路部分是呼吸机各种通气模式和功能的执行部件。

2 故障分析

维修技术人员只有在熟悉仪器组成和原理的基础上，对仪器出现的故障现象才能有清晰的判断，及时找到解决办法。现对呼吸机的常见故障简单举例分析如下：

2.1 供气压力低报警

气路部分分为吸气部分和呼气部分，若吸气部分或呼气部分有漏气，呼气阀处的检测流量低于设定值即发生报警。遇到低压报警，首先从气源端开始考虑。呼吸机的供气源，包括氧气瓶供气、中央供气和空气压缩机供气。由于提供给患者的必须是纯净、干燥的空气，在呼吸机的进气口或空压机内均置有过滤干燥滤芯，如果工作一段时间没有更换滤芯，杂质可能把空压机内的干燥泵堵塞，导致出气压力不够，引发报警。解决方法：去除滤芯上的灰尘或更换新的滤芯。其次考虑进气口，在呼吸机的空气输入口有水分离器，检查其是否有积水或者堵塞。解决方法：手动排水，如果堵塞则更换滤芯。再其次考虑是否回路漏气。一般潮气量检测是在呼气阀端进行，不论是在压控还是在容控模式，尽管有漏气的分流，呼吸机提供的通气要满足设定值才会停止送气。当漏气量较大时，气源气体无法及时供应则引发报警。此时仔细检查各个接水杯、湿化器和各管道结合处。常见的故障是呼吸管路漏气。进口的硅胶管道质量较好但价格高；国产的普通塑料管道弹性较差，在各结合处有可能产生隐性漏气。解决方法：仔细检查呼吸管路各结合处，或更换一套较好的管道。如果气路的故障排除后还不能解决，就要考虑报警值是否设定过低，或者是各压力传感器是否在设置上有问题还是因故障失效了。

2.2 监测潮气量比设定值低

首先检查呼吸管道、湿化器等是否有漏气现象。其次检查流量传感器，在呼气阀的流量传感器接口处因为经常拔插，有可能导致传感器接口处氧化，影响其阻值进而影响其测量精度；由于进气端流量作为呼吸机控制输入流量的依据，正常而言，输入量>输出量，如果输出值>设定值，那肯定就至少是有1 个流量传感器坏了。解决方法：更换流量传感器。再其次就是检查呼气阀，因为是在患者的呼出端，容易受到雾化、患者的粘液等影响，导致堵塞或膜片损坏。解决方法：更换呼气阀，并告知护理人员有关流量传感器和呼气阀消毒注意事项和正确的保养方法。

2.3 氧浓度不准

首先考虑是否到了电池的有效期或者是氧电池的品牌问题，因为不论用与不用，氧电池过了有效期就无使用价值。如果呼吸机有两个氧电池，更换时两个要一起更换；因为不同的品牌可能对应同样的氧浓度有不同的电压值，使用中要注意比对；其次要对氧电池做定标，如果氧浓度设定值与显示值偏差在5%以内，说明基本没有问题；再次考虑是否气源有问题，有可能在空氧混合阶段也有可能是进气的氧气纯度不够；再有可能就是潮气量不准引起，解决办法可参照本文2.2 点。

[1] 孙念军.呼吸机常见故障的排除[J].医疗卫生装备，2006，27（10）：104-105.

[2] 吴明，曹根皓.呼吸机原理与维修[J].芜湖职业技术学院学报，2003，5（3）：9-10.

[3] 蒋跃金.呼吸机的质量控制技术探讨[J].中国医学装备，2011，8（2）：41-42.