[转帖]无创呼吸机的通气原理技术分析以及容易忽视问题的解决方案

无创呼吸机的通气原理技术分析以及容易忽视问题的解决方案
杨东 ，刘妙芳 ，谭志坚 ，曾锦清

作者简介：杨东，男，江苏人，高级工程师，从事医疗设备的技改、维修和管理。
( 广州医学院第一附属医院，广东广州510120； 广州呼吸疾病研究所，广东广州510120)
【摘要】 无创呼吸机是患者连续通气治疗的控制装置，如何做好预防性维修是保证通气质量和患者安全的关键。本文通过对无创呼吸机的主要类型及通气模式等软件功能介绍，并进行了结构原理和硬件技术的分析，结合设备的故障现象和维修经验，归纳论述了日常容易被忽视问题的原因和解决办法，给使用和维修人员提供故障处理的思路和方法。
【关键词】 无创呼吸机；原理；维修
中图分类号：R318．6；R197．39；TH789 文献标识码：A doi：10．3936／j．issn．1674—4659．2011．01．0135
Principles of Technical Analysis of Non—invasive Ventilator and Solution to the Problem Easy to Overlook
YANG Dong l，LIU Miaofang：，TANZh~ian t，ZENG Jinqingl
( The First Affiliated Hosphal ofGuangzhou Medical College，Guangzhou 510120,China,．
Guangzhou Institute ofRespiratory Disease，Guangzhou 510120,China)
【AbstractJ Non-invasive ventilator is a control—device with which patients can obtain continuous ventilation treatment．How to do the
preventive maintenance is the key to ensure quality ofventilation and safety for patients．Based on introducing software function ofthe main
types of non—invasive ventilator and ventilation mode，and an alyzing structural principles and hardware technology，with equipment failures
an d maintenance experience，this paper discusses the causes of the daily easily overlooked problems and solutions，to provide troubleshooting
ideas and methods to users and maintenance staf．
【Key words】Non-invasive Ventilator；Principle；Maintenance
无创呼吸机常用于阻塞性肺疾患和睡眠呼吸暂停综合征等睡眠窒息的治疗，随着近年来临床的普遍应用，无创通气的模式和仪器的功能也不断增加；各种档次不同的机型用于临床，性能参差不齐，需要对其通气原理和结构有较充分的了解．本文结合通气和技术结构原理的论述，对临床使用和维修容易忽视的问题进行了归纳分析，并给出解决方案。
1无创呼吸机的主要类型
1．1 无创正压(NIPPV)呼吸机
该类型呼吸机是通过接口器。鼻罩或面罩等无创方式提供支持给患者正压通气，NIPPV的临床应用已有20年以上．近年慢性呼吸衰竭患者的增多，该类型的呼吸机也不断改进完善．已成为治疗早期和慢性呼吸衰竭治疗的首选机型。
1．2 无创负压(NPV)呼吸机
无创负压呼吸机早在1928年首先用于临床的是一种叫做“铁肺”的机型，铁肺围绕除头部外的人体，在胸外给予间竭负压吸引作用，使胸廓膨胀，带动肺的呼吸运动，此类机型在20世纪5O年代脊髓灰质炎流行期间发挥了很大作用。设计上后来又发展到壳状外壳围绕着胸腹部等小机型，包括能产生更大的负压(可达一100 am H20)，正负压交替，持续胸外负压(CNEP)，胸外震荡和同步触发辅助呼吸(鼻气流或热敏感应触发)。目前无创负压呼吸机主要分为便移式肺(Porta—lung)、包埋式肺(Pulmowrap)和胸甲式肺(Chest shel1)三大类l1。

2 无创呼吸机的主要通气方式、模式和功能
目前无创呼吸机的通气主要有双水平气道正压通气(Bi．PAP)、持续正压通气(CPAP)、压力支持通气(PSV)等方式，模式选择上有自主呼吸(s)、自主／定时(S／T)和定时(T)
等。其他通气功能方式有Vt TARGET(目标潮气量)设定，Average Volume Assured Pressure Suppo~ (容量保证压力支持)和AUTOSET (自动压力调节)等。
其中较为常用的是双水平气道正压通气(BiPAP)和持续正压通气(CPAP)，前者呼吸机设计上提供两个正压来辅助呼吸，吸气时提供一个较高的吸气压(IPAP)帮助病人克服气道
阻塞，令病人不用费劲而能吸人充足的通气量；呼气时自动调低到较低的呼气压(EPAP)，使病人较容易地把气呼出，同时适当的呼气压更能提供PEEP呼气末正压的作用，改善血气交换。而后者呼吸机在吸气和呼气过程中只输出一个恒定的正压。
在自主呼吸(S)模式下，CPAP时患者在恒定的压力下进行自主呼吸；BiPAP时呼吸机响应自主吸气努力时触发吸气气道正压(IPAP)，在呼气过程中又切换至呼吸气气道正压
(EPAP)。

在自主／定时(s／r)模式与s模式相似，只是它还可以在患者在设定时间内不能自主呼吸时输送机械触发的呼吸。S／T模式确保患者根据呼吸频率(BPM)设定值接受最小次数的呼吸。如果患者在呼吸频率控制确定的时间段内不能启动吸气，呼吸机触发后备(或机械触发)呼吸，导致在设定的IPAP级别下进行压力调节(压力限制、时间切换)呼吸。可以调节定时呼吸频率。每次定时呼吸的持续时间由吸气时间调节进行控制。
定时(T)模式提供强制压力辅助和双水平压力。所有呼吸都是机械触发和机械切换：患者呼吸频率对机械频率或压力水平没有影响。IPAP触发由呼吸频率调节确定，切换时间由吸气时间控制确定。
3无创呼吸机的构成及原理特点
常规无创呼吸机的基本构成并不复杂，其中气路部分主要由输入过滤装置、涡轮风机、氧气减压输入控制。流量阀、流量／压力传感器、输出过滤装置和患者管道等组成；电路部分有电源、微处理器控制及通讯主板、涡轮速度控制及传感器接口电路、显示控制面板和控制软件等部分。而负压呼吸机主要是由负压风机、呼／吸控制阀门、压力监测、电路主板及显示控制、负压胸甲或包埋雨披等组成。

系统工作原理是由主板和软件按照选择的通气模式控制涡轮风机、提供相应的CPAP持续正压或BiPAP吸气／呼气双气道正压气流，由流量阀和压力阀进行调节控制，进行压力、频率和氧浓度等控制，空／氧气体进出都通过过滤或湿化提供给患者。同时在患者通气管道上由压力和流量传感器实时进行监测和反馈，呼吸机接口电路负责通讯，软件计算显示相应的压力、流量及潮气量等数据，并根据设置提供报警信息。
4 无创呼吸机的技术分析
目前不同档次的无创呼吸机高中低档性能差异较大，可以分为CPAP、BiPAP和多功能机型，CPAP机型中也有一般家用和专业使用的机型，而BiPAP和多功能机型属医院专用为主，档次区别主要在于一是选择器件档次和配置不同。二是设计功能有所不同。是否带呼吸压力释放，机器噪声水平，温湿化器，面罩脱落报警、自动海拔补偿、控制软件以及机器的外观和尺寸等也是衡量一台CPAP，AutoCPAP或者BiPAP机型性能优劣的综合指标[2]。一般档次的机型只有CPAP和BiPAP功能，选择小型涡轮，没有专门的氧气输人和控制装置，只有通过吸氧调节器输入固定流量进行氧的粗略补充，没有潮气量监测和容量保证等功能。而多功能或性能较高的机型设计上体现以下几个方面：(1) 配置性能较好涡轮机，这是无创呼吸机的关键技术之一，用于保证适合病房连续工作、低噪声、长寿命的要求，设计上配置了功能较强的控制软件和类似呼吸阀的吸／呼
压力控制阀，较好地进行双水平通气压力的控制；(2)有较好的传感器及触发功能，灵敏度高；甚至呼吸模式改变或回路漏气时，呼吸机也能保证人机同步，同时能够根据患者吸气流量的监测，判断气道阻力，自动在设定的范围内进行每次吸气压力的调节：
(3)具备温度监测，配合自动诊断软件进行定标校准，在氧浓度设置上有高压氧输入控制装置。可较好的进行氧浓度调节，甚至通过控制阀自动调节；
(4)设计了压力、容量和流量的实时显示，还有相关的限制报警等监测，相关通气模式较多。
综合来说。设计上器件的选择、使用和软件功能是区别无g,Jn3z吸机机型档次的关键：因为关键部件涡轮也是有使用寿命的。此外，使用控制阀门和传感器的多少，软件和功能等决定了无创呼吸机的性能，否则家用机型用于医院作为日常主力机型使用，不能满足临床长时间工作要求。以下图1是一般简单机型原理示意图，图2是高档次机型原理示意图，从气路原理示意图中可以看出二者控制系统是有一定差异的。

5 容易忽视问题的原因分析和解决办法
通过对无创呼吸机通气模式和结构分析等软硬件的了解，结合日常常见故障现象的分析，归纳以下容易被忽视的维修案例和排除方法：
5．1及时清洁和更换过滤片
涡轮机进气口过滤片未及时清洁和更换，造成涡轮机和涡轮控制电路板的损坏，分析主要原因是进气阻力增加和散热气流不足，造成涡轮电机运行温度升高，应及时清洁和更换过滤片。
5．2 及时更换滤网
呼吸机涡轮和散热进气口一般设计在机壳后面，进气口的过滤片丢失或用纱布替代，时间长时机内灰尘过多引起涡轮电机失速及过热，而纱布常常难以满足合适的风流量或纱布进入机内，这也是容易被忽视的问题，应及时更换合适的滤网。
5．3 及时更换细菌过滤器
输出管道细菌过滤器阻力变化，造成患者通气管道压降过大，影响实际通气效果；可单纯设置BiPAP双水平压力(一般为IPAP=20 cm H2O，EPAP=4 cmH2O)，用压力表在患者端进行堵住／打开压力测试，并与面板设置显示比较验证，属细菌过滤器问题应及时更换。
5．4 尽量使管道和面罩少漏气
一般低档机型的潮气量都是估计值，或在AVAPS等特定模式下起作用，而无创通气又难以完全保证管道不漏气，如漏气较多在有潮气量保障和AVAPS功能下易出现低潮气量报警，也会影响通气效果和误认为故障，所以需尽量使管道和面罩少漏气。
5．5 定期检测校验氧浓度设置量
无创呼吸机一般没有氧浓度传感器监测的设计(个别高档无创除外)，氧浓度显示值是设置量，不一定是送至病人的实际氧浓度，需定期检测校验，了解正负误差值。
5．6 了解AVAPS和AUTOSET特殊通气方式
除常规通气模式外．维修人员还应了解AVAPS(容量保证压力支持)和AUTOSET(自动压力调节)等特殊的方式，如AVAPS程序上如何容量保证，是根据患者吸气努力的强弱，在IPAP最大值和最小值之间自动调节Ps(压力支持)值。了解无创呼吸机的这些通气特点，才能知道目标潮气量VT如何实现．以判断高／低潮气量报警是否故障及如何处理。

5．7 定期维护保养涡轮轴承和滚珠
涡轮易忽视的问题有轴承的磨损或滚珠损坏，造成涡轮可以工作．但运行不正常或拖底，影响流量，不及时维修会造成涡轮驱动电路发热过载，这也是日常涡轮驱动板和涡轮电机故障的主要原因，因此需要定期维护保养，可以减少故障的发生。延长涡轮驱动板和涡轮电机的寿命。
5．8 防止湿化水汽进入测压管
近患者一端带有压力监测的机型，需要注意湿化水汽在使用中进入测压管．造成压力监测不稳定，严重者会损坏传感器和校零电磁阀。
6 结论
综上所述．对无创呼吸机的通气模式、结构和技术原理的分析，使维修和临床操作人员了解不同类型无创通气装置的技术应用特点．更好地掌握维修要点．特别是对日常容易被忽视故障现象的了解，提供了做好预防性保养的依据，使无创呼吸机正常安全运行。从而保证患者的通气质量和安全。
参考文献
[1】 陈荣昌．无创性人工通气的临床应用进展 ．继续医学教育，2006，20(2)：72-76．
[2】 陈正龙，李淼，胡兆燕，谢海明．睡眠无创呼吸机发展及其新技术『J】．医疗卫生装备，2009，30(2)：34-37，97．
[3】 周亚旭，胡兆燕，詹敏，葛斌，谢海明．无创呼吸机涡轮的研究【J】．中国医疗器械杂志，2008，32(2】：97—99，82．