我院在用呼吸机故障的分析与总结
引言
1 基本原理与结构
呼吸机是急救重症医学中广泛使用的一种医疗设备，在重症监护室，新生儿监护室，麻醉科，急诊科，呼吸科等得到广泛应用，可替代、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，减轻呼吸功能消耗，维持患者生命，是挽救急重症患者生命的关键手段之一[1]。呼吸机结构复杂，可分为气路部分和电路部分，气路部分包括气源、供气与驱动装置、空氧混合器、呼气部分、呼吸回路等主要负责输出气流到患者肺内；电路部分主要可分为电源板，主控制板，监测板，显示主板，主要负责提供稳定电源、控制气阀，监测压力流量传感器数据、报警、人机交互等功能[2]。常见故障如呼吸机管路脱开、氧浓度、潮气量等参数检测不准确、自检项不通过，技术性错误报警等，这些都会影响患者生命安全。通过研究呼吸机维修过程，可了解呼吸机的结构，通过故障现象、错误代码和反馈信息能及时定位故障，并完成维修，在此与同行分享六个维修案例，以提高医院在用呼吸机的自主维修能力，降低设备维修时间和成本，更好的为医院服务。
1.1 设备基本情况
目前我院拥有各品牌呼吸机51台，其中有创呼吸机主要包括德国MAQUET品牌的SERVO-I 12台、SERVO-S 5台，美国柯惠PB品牌的840系列21台，瑞士哈美顿品牌中的拉斐尔系列13台。主要分布在重症医学科一、二、三区，急诊重症医学科，心脏重症医学科、新生儿与儿童重症医学科。
1.2 呼吸机的工作基本原理和结构
呼吸机内部结构部分如图1所示。
图1 呼吸机内部结构框图
气源：高压氧气和高压空气，氧气采用中心供氧或瓶氧供气，空气可采用中心供气或空气压缩机，压力在0.3～0.5 MPa。
供气与驱动装置：驱动装置提供吸气压力，目前大多数驱动装置为可调式减压阀，通过它降低来自气源的气体压力作为驱动气体。供气一般采用直接驱动，通过控制空氧混合阀可得到一定浓度、压力、流量的气体直接作用于病人[3]。
空氧混合器：实现氧浓度可在2%～100%可调。
控制部分：为微处理器控制，可实现呼吸模式切换、启动方式、潮气量、呼吸比、呼吸末正压、氧浓度等参数的设置。
呼气部分：主要作用是配合呼吸机做呼吸动作，吸气时保证所有气体都输送给患者，在吸气末端时呼气阀关闭，实现屏气，并可维持一定数值的PEEP。
呼吸回路：实现呼吸机向患者输出气体，以及患者呼出气体的排放。
湿化与雾化装置：实现对气流的加热加湿，雾化装置是利用压缩气源进行喷雾，可以增加湿化效果或用于药物雾化吸入。
监测报警系统:监测病人的呼吸状况和呼吸机的功能状况。如监测氧浓度，平均气道压，峰值压力，PEEP等压力值，可作为呼吸道脱开、每分钟潮气量不足等报警依据。监测流量传感器作为呼出潮气量等参数的报警依据。
2 设备故障实例
2.1 故障一
2.1.1 故障现象
拉斐尔呼吸机在使用过程中突然报#7 code26或#6 code25故障，机器突然白屏并停止工作，或空气氧气供应压力正常但是开机后报警显示空气氧气供应故障[4]。
2.1.2 故障分析
上述错误代码一般是Ptank传感器或阻尼片或空氧混合阀故障导致的，气体供应故障也可能是因为空氧混合阀不能正常闭合导致气体无法进入呼吸机内部。混合阀是控制氧气和空气进入混合罐的阀门，通过控制导通时间可以得到一定氧浓度的混合气体[5]，混合阀如图2圆圈标记所示。
图2 混合阀
2.1.3 故障解决方案
首先把呼吸机调节到维修模式，然后进行混合器和罐内压测试，连接好气源，将雾化输出端和病人输出端堵住，分别激活Air test，观察Ptank max，Ptank min以及Offset frequency是否在有效范围内，参数范围如表1所示。
表1 参数范围表
区域 拉斐尔呼吸机正常参数范围Ptank max 950～1100 mbae Ptank min 840～860 mbar Offset frequency 4720～7080 Hz
发现所有数值在有效范围内，排除Ptank传感器或阻尼片故障，进行混合测试时测试界面下方提示Mixer Value Defect，如图3所示。判断为空气混合阀故障，更换该配件后，呼吸机维修成功[3]。
图3 混合阀与罐压测试界面
2.2 故障二
2.2.1 故障现象
拉斐尔呼吸机开机运行一段时间就开始报呼吸机管道脱开，每分钟通气量低。
2.2.2 故障分析
首先检查呼吸机管路是否真的脱开，未发现问题。然后对流量传感器进行了校准，可通过，呼气阀膜和阀盖完好且正常安装[6]，最后基本判断为呼气阀或检测板故障。
呼气阀是一个精密器件，其工作原理是病人呼出气流推动气杆线圈移动切割磁感应线产生电流，检测板通过放大电路监测信号大小，动态反应呼出端气流的大小[7]。内部线圈的电阻值应在13～23 Ω之间。
2.2.3 故障解决方案
首先进行呼气阀校准，发现不能通过。拆下呼气阀用手活动气杆，发现移动不顺畅，打开呼气阀，发现内部线圈因为受潮部分金属被腐蚀，无法修复。最后更换配件并进行呼气阀校准后设备工作正常。
校准流程如图4所示：连接呼吸机管路、气压表、流量传感器，开机进入维修模式，选择test8 I-value和E-value的校准，激活E-value。① 在0压力下监测呼气阀信号：保持PEEP值为0，观察Pprox和气压表的数值是否在0～1.0 mbar之间；② 设置呼气阀信号漂移：保持PEEP值为5 mbar，旋转Exp.Zero电位器使得Pprox和气压表数值在4.7～5.3 mbar之间；③ 设置呼气阀信号增益：保持PEEP值为50 mbar，旋转Exp.Gain电位器使得Pprox数值在49.5～50.5 mbar范围内和气压表数值在49.8～50.2 mabr范围内。重复以上三步操作，直到没必要进行下一步校准即可。
图4 拉斐尔呼吸机呼气阀校准图
2.3 故障三
2.3.1 故障现象
MAQUET SERVO-S呼吸机在使用过程中突然报PEEP值低，设置值为5 cmH2O，实际显示为0，使用前检查过程中的内部泄露测试中跳出对话框显示压力传感器误差大于5 cmH2O或者在压力传感器测试中显示失败，其他使用前检查项都正常通过[8]，使用前检查结果如图5～6所示。
图5 使用前检查报警信息
图6 使用前检查结果
2.3.2 故障分析
① 应该检查气源是否正常，通过机器内部监测发现气源压力均为0.45 Mpa，为正常范围内；② 检查软管与空气氧气模块的连接情况，以及喷嘴的情况；③ 检查测试管管路是否正确安装，吸入端过滤器是否安装正确，压力传感器连接管是否与PC1781上的传感器连接紧密，确保不是这些地方造成的漏气[8]；④ 检查呼出盒是否安装正确，根据以往经验呼出盒长时间使用，内部容易产生积水，使得内部过滤器失效，容易造成漏气，检查呼气阀膜是否干净并正确固定在呼出盒上，必要时更换新呼出盒[9]；⑤ 检查呼吸机氧电池的安装是否正确，该处容易因安装不正确导致气体泄漏；⑥ 最后检查电路板上的两个压力传感器电路板PC1781（呼出和吸入端各一个）是否正确安装在监测板PC1772上。
通过以上步骤都未发现问题，则判断为电路板PC1772或PC1781故障。
2.3.3 故障解决方案
通过替换压力传感器电路板PC1781和监测电路板PC1772，最终故障确定在PC1772上，更换该电路板并重装系统后故障解决。
2.4 故障四
2.4.1 故障现象
MAQUET SERVO-I呼吸机使用前检查时内部泄露测试跳出对话框，提示系统容量太大，并且在后续的流量传感器测试中显示失败。操作多次仍然是该两项报警。
2.4.2 故障分析
系统容量太大，首先怀疑是否有漏气的地方，按照上面故障3的处理方式中的2.3.2前5个步骤进行检查。
再检查流量传感器，MAQUET的流量传感器有三个，分别在呼出盒，空气模块，氧气模块中，首先更换呼出盒，排除呼出盒流量传感器故障，再单独供氧气，断开空气，做使用前检查，如果内部泄露测试失败说明氧气模块故障，图7为只接氧气时的检测结果，可判断氧气模块正常。单独供空气，断开氧气，做使用前检查，内部泄露测试失败确定是空气模块故障[10]。
图7 使用前检查结果
2.4.3 故障解决方案
空气模块如图8所示，是由过滤网、伺服电磁阀、喷嘴、PC1740和PC1741电路板组成的，首先检查过滤网是否脏了，喷嘴是否完好，都未发现问题，一般情况模块故障是因空气压缩机的使用导致模块内部进水，电路板受潮引起的故障[11]，用吹风机干燥后看是否正常，结果故障仍在，最后故障确定为模块电路板问题，该模块返厂维修后正常。
2.5 故障五
2.5.1 故障现象
PB840呼吸机在进行EST监测时，SV Test测试失败，SM Leak Test测试失败，EXP Value Test测试失败，EXP Value Seal Test测试失败，GUI Keyboard Test测试失败，呼吸机无法进入工作模式[12]。
图8 MAQUET呼吸机空气模块
2.5.2 故障分析
对呼吸机进行流量传感器和呼气阀的校准，发现流量传感器校准通过，但是呼气阀的校准失败，结合EST测试的如上结果，基本可以判断为呼气阀故障。
呼气阀位于机器的左上方，如图9所示。怀疑因为内部进水造成了故障，更换该呼气阀后呼吸机再做EST，只有GUI Keyboard Test测试失败，原因是Clear按键无法按下，拆掉按键板，发现内部电路板腐蚀严重，如图10所示，原因是因为经常用消毒纸巾擦拭机器导致消毒液进入按键板内部，长时间滞留造成了腐蚀。
图9 PB840呼吸机呼出阀
图10 PB840呼吸机按键板
2.5.3 故障解决方案
更换呼气阀与按键板后呼吸机EST所有选项全部检测通过，做SST检测通过，可进入工作模式，设备维修完成。
2.6 故障六
2.6.1 故障现象
PB840呼吸机开机后无法进入工作模式，进行EST，发现Flow sensor cross check test失败，显示的氧气和空气端的流量传感器交叉测试都失败，Gas Supply/SV test失败，显示EXP zero flow check failed。
2.6.2 故障分析
点开具体的检测参数，如图11所示，判断呼出端流量传感器故障导致检测参数偏小，氧气端和空气端的流量传感器检测参数正常。
图11 PB840流量传感器检测结果
2.6.3 故障解决方案
更换呼出端流量传感器后并校准，流量传感器如图12所示。然后再进行EST和SST的项目全部通过，维修完成，呼吸机可进入工作模式[13]。
图12 PB840呼吸机流量传感器
为了保证维修后的质量与安全，要对维修后的设备进行质控，重点监测潮气量、呼吸频率、PEEP值以及吸气压力水平[14]。
3 讨论
本文是对我院正在使用的哈美顿拉斐尔，MAQUET Servo-I、Servo-S，PB840三种品牌的呼吸机遇到的故障进行了描述、分析并提供了解决方案。从器件原理进行分析，深入浅出，图文并茂的讲解了故障分析的过程，只有在对呼吸机原理结构有充分的理解基础上才能快速定位故障，解决问题，提高维修效率，这些品牌的呼吸机是在国内占有率较高的品牌型号，在此与同行分享维修经验，共同探讨进步，提高自主维修能力。
本论文与其它方面的研究不同之处在于对呼吸机原理、故障器件的原理、故障分析方法都进行了较为详尽的阐述，能更好的借鉴上述维修经验。在后续的工作中因不同品牌的呼吸机具有不同的设计理念，在维修过程中要严格遵从厂家的指导说明，并在维修后要进行质量控制工作，保证维修后呼吸机的质量安全，更好的为医院服务[15]。
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Analysis and Summary of Ventilator Failure in our Hospital