PB840呼吸机流量传感器工作原理及故障修复方法探索
引言
呼吸机是将医用空气和氧气混合，并按一定的通气模式和呼吸气道力学参数（潮气量、通气频率、吸呼比、吸气压力水平、呼气末正压和吸气氧浓度等），通过病人管路传送给患者，用以强制或辅助患者呼吸，以帮助完成血气交换，从而维持改善患者的呼吸功能[1]。呼吸机由供气装置、控制装置和病人气路三部分构成[2]。呼吸机进入临床使用之前一般是通过机器的自检程序来检查机器的工作状态，即呼吸机的功能检查及参数检测（参数的偏差是否在允许范围），以便发现问题并及时处理，以保证临床使用安全。流量传感器是精密元器件，也是呼吸机控制装置的重要组成部分，由流量传感器引起的故障，一般的处理方法是进行校准，如校准后故障依旧，只能进行更换。本文对流量传感器故障的修复方法进行一些探索。
1 流量传感器的介绍
流量传感器是呼吸机的重要元器件，主要功能是检测气道的流速，通过流速可以计算出潮气量。其精度直接影响到呼吸机给病人供气的准确度，是影响呼吸机使用安全的重要元器件之一。
呼吸机的流量传感器的主要种类有：压差式流量传感器、超声流量传感器、热丝/热膜式流量传感器[3]。PB840呼吸机的流量传感器（图1）采用的是热膜式流量传感器[4-5]。热膜式流量传感器采用温差式原理，流量传感器的中间有一热膜，该热膜会随温度变化引起电阻阻值变化，把这一热膜加进一个恒定驱动电流的惠斯通电桥（图2），当无气流通过时，该电桥是平衡的，输出电压为0，当有气流通过时，热膜的温度下降，从而带动它的阻值减小，电桥的平衡被破坏，在输出端就能检测到相应的输出电压，该电压与气流成正比关系。
图1 PB840呼吸机流量传感器
图2 惠斯通电桥
2 流量传感器的检测方法
为了保证流量传感器的精度，呼吸机通过内置自检方法对它进行检测。呼吸机有吸入端与呼出端的流量传感器互为对应。在回路不漏气的情况下，呼吸机送出多少潮气量，则呼出端也应该排出多少潮气量。PB840呼吸机吸入端有两个流量传感器，分别为氧气流量传感器与空气流量传感器，呼出端有一个流量传感器，自检的时候就是通过控制阀递送目标潮气量或流速后，分别比较氧气流量传感器、空气流量传感器与呼出端流量传感器检测到数据的差值，来判断流量传感器是否正常[6-7]。为了让流量传感器的自检能够更加全面，一般会送多组的目标潮气量或流速来测试流量传感器，看是否每组的差值都在允许的范围内，目标流速有5组分别是120、60、20、5、1 L/min。
3 流量传感器故障分析与处理
热膜式流量传感器的优点是检测速度快、精度高，缺点是容易受冷凝水及病人分泌物影响。通过吸入端流量传感器的是来自气源的干净气流，不容易损坏。只有在压缩空气的水汽分离不彻底的情况下，才会把大部分水带入呼吸机内造成传感器故障。流量传感器故障常见的是在呼出端，通过呼出端流量传感器的气流是病人呼出的气体，气体里含有水汽、病人分泌物，甚至有药物颗粒（在呼吸机上做雾化时的药物残留）。流量传感器核心部件的热膜是个精密元器件，当流量传感器受到污染，特别是病人的分泌物沾到热膜上时就会引起流量检测的误差。在自检时的体现是能检测到流速，但与实际的流速偏差较大，造成自检失败。
3.1 案例处理
3.1.1 故障现象
监测潮气量与设置潮气量偏差大，相差超过15%。
3.1.2 检修过程
初步排除了呼吸机回路漏气引起的潮气量偏差后，对呼吸机进行EST自检，结果提示：
FE0103：Airflow sensor cross check failed
FE0101：O2flow sensor cross check failed
具体数据，如表1所示。
3.1.3 故障分析
从表上可看出吸入端氧气与空气的流量传感器检测到的数据与目标值相一致，而呼出流量传感器检测值与目标值相差较大（最大的误差超过50%），造成自检失败。因为回路漏气检测结果为通过，则排除了由于呼吸机回路漏气引起的呼出流量传感器检测的误差，初步判断呼出流量传感器存在故障。
表1 流量传感器检测到数据（L/min）
目标潮气量 氧气vs呼出空气vs呼出氧气流量传感器 呼出流量传感器 空气流量传感器 呼出流量传感器120 120.03 102.26 120.02 101.33 60 59.91 56.28 60.00 56.66 20 20.01 21.72 19.98 21.68 5 5.01 6.05 5.01 6.12 1 1.00 1.50 0.99 1.52
3.1.4 故障处理
该故障情况表明流量传感器能测量数据，但测量的数据偏差大，有维修的可能。由于更换流量传感器的费用要一万多，为了节省费用，想办法对该流量传感器进行挽救。
方法一：采用酒精浸泡的方式，把流量传感器的主测量通道全部浸泡到酒精中2 h后去掉酒精，再用酒精清洗主通道后进行自然晾干2 d以上。等传感器晾干装回机子进行自检，自检不能通过，说明该方法不能有效清理传感器上的污染物。
方法二：分析方法一失败的原因可能是酒精浸泡不能完全清理干净传感器里的病人分泌物。纤支镜在临床的使用过程会接触到病人的分泌物，它的清洗过程会借助酶来清除病人分泌物[8-9]。故借鉴纤支镜清洗方法尝试采用1:400酶溶液浸泡流量传感器的测量通道20 min，同时为了更好保护流量传感器的电路部分，采取对流量传感器的测量通道前后封堵，中间灌酶溶液的浸泡清洗方法。具体步骤如下：
（1）先封堵传感器主通道的一端，然后灌酶溶液，灌酶溶液的时候用针筒抽取酶溶液，沿着通道壁缓慢注射入传感器的主通道，灌完酶溶液再封堵传感器主通道的另一端，形成一个封闭的空间避免酶溶液的外流。为了更加彻底清洗附着在传感器上的分泌物，在浸泡的过程轻轻地晃荡流量传感器。
（2）浸泡完毕后，去掉酶溶液，再用灭菌用水清洗传感器主通道，灭菌水清洗方法与酶溶液浸泡清洗的方法一样，不同的是用水代替酶溶液。每次水清洗的时间在1 min左右，然后重复5次来清理干净传感器主通道上的残留物。
（3）清洗完毕后，用75%酒精对传感器主通道进行半小时浸泡消毒，浸泡消毒方法与酶溶液浸泡清洗的方法一样。
（4）由于清洗好的流量传感器采取自然晾干的方式所需的时间都要两天以上，为了节省修复时间，尝试利用设备带的氧气吸入器（去掉湿化瓶里的水）提供的低流速氧气对传感器主通道进行吹干。根据流量传感器平时检测的峰流速都在10 L/min以上，为了安全起见调节氧流量为8 L/min，再通过软管把该流速的氧气引到传感器的主通道上进行吹干，吹干时间为0.5 h。
清洗过程注意事项：在清洗的过程中要小心避免针筒过快地注射酶溶液或水到主通道里，由于过快的液体流速会对热膜造成损伤，更要避免剧烈地晃荡流量传感器造成热膜的损伤，也要避免酶溶液与清水外流到传感器的电路部分造成损坏。
经过干燥后的流量传感器再装上试机，流量传感器自检数据，见表2。自检结果为通过，该机能正常运行。
采取方法二还清洗过另外三个相同情况的呼吸机流量传感器，呼出端流量传感器清洗前后的测量数据情况比较，见表3。自检结果全通过，成功率为100%。
4 讨论与小结
呼吸机是生命支持设备，使用的广泛性与高风险性意味着在使用时必须做好质量控制管理工作，以确保其安全稳定运行。流量监测是呼吸机质控的重要一环，它的精度会直接影响到病人的生命安全。在呼吸机临床使用过程中，流量传感器故障较为常见，维护好流量传感器显得尤为重要[10]。流量传感器故障中大概率是因为病人分泌物引起，使用酶溶液对流量传感器进行浸泡，将大分子的有机物酶分解成小分子的易溶于水的物质，使已变干的污物得到软化，从而达到清洗的作用。通过实践证明，该方法修复流量传感器的效果明显，可操作性强，并且每台机器的修复时间在4 h左右，可以为医院节约大量的维修费用及时间成本，确保流量传感器测量精度在允许误差范围内，对医疗安全也是有力的保障。
表2 干燥后流量传感器自检数据（L/min）
目标潮气量 氧气vs呼出 空气vs呼出氧气流量传感器 呼出流量传感器 空气流量传感器 呼出流量传感器120 120.04 109.20 119.86 107.96 60 60.03 57.37 60.00 57.14 20 19.99 19.65 20.01 19.55 5 5.02 5.02 5.00 4.95 1 0.99 1.04 1.00 1.03
表3 方法二其他清洗案例数据结果（L/min）
目标潮气量 案例二 案例三 案例四清洗前 清洗后 清洗前 清洗后 清洗前 清洗后120 103.14 115.67 68.15 125.16 104.48 115.34 60 56.42 59.42 40.38 62.13 54.41 59.79 20 20.50 19.80 17.18 20.62 19.86 19.88 5 5.39 4.85 5.15 5.10 5.10 4.91 1 1.21 0.95 1.07 1.14 1.14 1.04
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Working Principle and Troubleshooting Method of PB840 Ventilator Flow Sensor