呼吸机的工作原理及故障维修

黄寅卿

黄山市人民医院 （安徽 黄山 245000）

随着医疗技术的进步，呼吸机逐渐发展为具有控制通气、辅助通气及自主呼吸等多种通气方式为一体的多功能呼吸机，可改善使用者肺泡的呼吸功能，增加肺通气量，降低人体呼吸做功消耗，在重症监护、医疗临床急救、呼吸及麻醉治疗等领域被广泛应用。因此，为了确保呼吸机的正常使用，临床工程师应充分了解医院使用呼吸机的结构、原理及功能，并能独立完成故障排查和处理，定期做好预防性维护保养和日常巡检工作。现以我院使用的泰科PB840呼吸机和VELA 鸟牌呼吸机为例，简述呼吸机的结构和工作原理，并分享5例故障维修案例，为同行提供参考，报道如下。

1 呼吸机结构和工作原理

呼吸机是将含有指定氧气浓度和压力的气体，通过控制吸气/呼气电磁阀的开启或关闭，进而输送空氧混合气体至患者端，辅助或代替患者实现呼吸功能[1]。呼吸机主要由电源电路、气路、控制3部分组成。根据我院的呼吸机故障统计，其中气路部分的故障占比高达八成，因此，临床工程师应充分了解呼吸机气路部分。呼吸机气路部分由吸入、呼出模块以及呼吸管路及其附件组成。气路结构示意图如图1所示（以我院的泰科PB840呼吸机为例）。

图1 呼吸机气路结构示意图

1.1 吸入模块

氧气通过过滤器F3过滤去除大于0.3 μ 的颗粒，清洁的氧气经过压力开关PS1（常开开关，当压力达到31.5 PSI 时关闭，降低到20 PSI 时重新开启）输送31.5 PSI 以上压力的氧气，通过单向阀CV1输送至稳压器REG1；使其在压力为35～100 PSI 的氧气供应下，保持压力为9～12 PSI 的氧气输出；压缩空气部分的气体通过过滤器F2及集水杯WT1，除去气体中的杂质和水分，经过单向阀CV2和稳压器REG2，输出压力为9～12 PSI 的空气；恒压的氧气和空气分别经过流量传感器Q1和Q2，进入比例电磁阀PSOL1和PSOL2混合，再经过单向阀CV3和氧电池后输送给使用者。吸入模块结构示意图如图2所示。

图2 吸入模块结构示意图

1.2 呼出模块

呼出模块主要由呼出阀EV、压力传感器PE、流量传感器Q3、控制阀CV5、加热头、归零电磁阀SOL2、集水杯ECV、过滤器F9组成。使用者呼出的气体通过集水杯ECV 后，经过滤器F9过滤，过滤后的气体通过流量传感器Q3和压力传感器PE进行流量和压力的监测，最终通过呼出阀EV 将气体排到外界。呼出模块结构示意图如图3所示。

图3 呼出模块结构示意图

1.3 呼吸管路及附件

呼吸机和患者之间通过呼吸管路及其配件连接。吸入模块混合后的气体，通过呼吸管路，先进入湿化器湿化，再经过集水杯收集多余的水分，最后进入患者体内。患者呼出的气体经过另一段呼吸管路，先通过集水杯，再进入呼出模块，最后释放到外界。

2 故障案例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

PB840 呼吸机使用过程中显示“呼出潮气量过低”故障。

2.1.2 故障分析

原因可能为：（1）呼吸管路漏气；（2）呼出流量传感器Q3故障；（3）集水杯或者湿化器没有正确安装；（4）患者痰栓堵塞气道。使用测试管路和模拟肺进行模拟通气，故障依旧，排除患者端和呼吸管路漏气的可能；运行快速自检（SST）程序，运行中第一项流量传感器测试（Flow Sensor Test）报错“FE0103：Air flow sensor cross check failed”（空气流量传感器测试失败）；重启设备，进行拓展性自检（EST）测试，第一项气体回路压力测试（Circuit Pressure Test）报错，提示在空气流量为5 L/min 时，空气压力无法在有限时间内到达0.98 kPa 并保持；单独运行泄露测试（SM Leak Test），检测通过，排除呼吸机内部管路漏气故障可能[2]。因此，故障原因大概率为流量传感器Q3故障。

2.1.3 故障处理

拆下Q3，发现内部热膜上存在雾化液体结晶，按1：400比例配置蛋白酶溶液，先将Q3浸泡在蛋白酶溶液中0.5 h，再用75%乙醇及温水反复缓慢冲洗，最后放在通风处晾干；将Q3安装回原处，再次进行SST 检测，故障排除。此故障大多是由于呼吸机进行过多的雾化导致。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

PB840呼吸机吸入氧浓度过低报警。

2.2.2 故障分析

吸入氧浓度过低报警是当患者呼吸过程中测到的氧浓度比设置值低7%（在运行开始后的1 h 内为12%）并持续30 s 时出现[3]。该故障的原因可能有以下3种：（1）氧电池故障；（2）气体供应故障；（3）比例电磁阀故障。

2.2.3 故障处理

经检测，气体供应正常，排除气体供应故障；按下“100% O2/CAL 2 min”按键选择校准氧气传感器，故障未排除；关机并打开侧边氧传感器侧盖，更换全新氧气传感器，重复氧传感器校准，故障排除。此故障为氧传感器到达使用年限后失效导致。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

呼吸机的屏幕花屏。

2.3.2 故障分析

花屏故障原因有以下4种：（1）视频数据排线松脱；（2）显示屏幕故障；（3）GUI（图像用户界面）控制板故障；（4）高压板故障。

2.3.3 故障处理

拆开屏幕，检查GUI 控制板连接屏幕的排线连接情况，发现连接良好；重新插拔各部分排线，开机测试，故障未排除，排除排线部分故障可能；单独对换上下两个屏幕的高压板，下屏幕正常，上屏幕依旧花屏，排除高压板故障；对换上下屏幕，故障未改变，排除屏幕故障；单独更换上屏幕GUI 控制板，屏幕显示恢复正常，GUI 控制主板见图4。写入AK-1程序，分别校准呼出阀、大气压力传感器、流量传感器，开机测试，显示功能正常，故障排除。

图4 GUI 控制主板局部图

2.4 故障四

2.4.1 故障现象

VELA 鸟牌呼吸机高峰压报警。

2.4.2 故障分析

高峰压报警的原因有以下5 种：（1）患者端气道阻塞；（2）呼吸机内、外部管路堵塞和弯折；（3）外部流量传感器压感膜片形变；（4）压力传感器故障；（5）患者呼吸模式选择错误[4]。

2.4.3 故障处理

使用专用呼吸管路和模拟肺进行模拟通气，排除患者端和外部管路故障可能；关机更换全新外置流量传感器，开机进行模拟通气，故障依旧存在；拆机检查内部压力传感器及其与呼出阀端连接管路，发现呼出阀端连接压力传感器的管路内存在结晶堵塞；拆下管路，使用无水乙醇清洗、晾干后，重新安装，开机测试，故障排除。

2.5 故障五

2.5.1 故障现象

VELA 蓝鸟呼吸机显示呼吸机故障。

2.5.2 故障分析

呼吸机使用中出现呼吸机故障报警时，应高度重视，此报警大概率为硬件失灵，属于高优先等级报警。呼吸机故障报警最常见的原因有：（1）主板元器件故障，主要为涡轮机控制芯片故障、气体压力传感器以及气体压差传感故障；（2）呼吸机蓄电池故障，呼吸机启动时，主板供电是由内部蓄电池提供，蓄电池亏电会导致呼吸机故障报警。

2.5.3 故障处理

更换正常设备蓄电池，开机模拟通气测试，DC 灯亮，呼吸机依旧出现呼吸机故障报警，排除蓄电池故障；关机并拆机，检查显示屏后侧主板上压力传感器、涡轮机压差传感器以及内部流量传感器的针脚是否出现虚焊现象，以及3种传感器上管路是否脱落，发现主板灰尘过多，涡轮压差传感器的管路脱落，见图5；单独拆出主板，使用主板清洗剂清洁主板，晾干后重新安装，固定传感器上部管路；呼吸机各组件复位，开机测试，故障排除。

图5 内部传感器管路脱离位置

3 小结

呼吸机是医院临床救治中重要医疗设备。人体的呼吸过程是通过呼吸肌收缩使胸腔容积扩大产生负压，肺泡也随着胸腔扩张产生负压，进而与外界产生压力差完成吸气功能；充满气体的肺泡压力增大导致肺泡和胸腔发生弹性回缩进而实现呼气功能。呼吸机运行中，吸气时，吸气电磁阀开启，呼气电磁阀闭合，呼吸机产生的气体先通过呼吸管路到达湿化器，完成湿化和加热功能，再经过集水杯收集多余的水分，最后输送给患者；呼气时，呼气电磁阀开启，吸气电磁阀闭合。由于肺内的气体压力高于大气压力，因此患者肺内的气体经过呼吸管路和呼出阀，排出到外界空气中。若呼吸机在使用过程中发生故障，将会对患者的生命安全造成威胁。因此，临床工程师在处理呼吸机故障时，应做到立即响应，及时排查故障原因，并快速排除故障。在日常工作中，医院工程师应按时进行呼吸机的日常巡检，并做好巡检记录；定期排查潜在故障，降低设备故障率；及时联系厂家工程师进行定期的呼吸机保养和预防性维护；医院工程师在完成维修后，应详细记录故障现象、故障分析、故障处理过程，有利于今后更快地排除同类型的呼吸机故障。