Article Info

新生儿持续气道正压（Continuous Positive Airway Pressure，CPAP）呼吸机早在20世纪70年代便应用于临床，至今已是成熟的治疗方法，得到了广泛应用。它具有安全有效、无创、操作简单、减少插管机械通气的需要和促进提早拔管的优势。一般用于体重在0.45～3 kg的患儿身上，若使用在更大体重患儿身上，则需更换不同型号的鼻塞或者鼻罩，效果也会有不同程度的影响。CPAP在治疗和预防新生儿由各种原因引起的上呼吸道阻塞而导致的睡眠呼吸暂停症状中起了不可代替的作用[1-2]。我院新生儿患者较多，CPAP呼吸机设备需求量大，而且需要设备长时间工作。为了避免患者使用过程中出现故障，生物医学工程技术人员需了解其原理，从而能及时地进行维修。

1 工作原理及分析

1.1 工作流程图

将0.4 MPa左右的空气和氧气分别接入CPAP呼吸机的空气端和氧气端，空气经过汽水分离器过滤后和氧气分成两路。一路进入报警系统进行压力判断，若输入的空气或氧气低于设备指定压力或者空气氧气压力差超过0.2 MPa，则报警模块的哨音发生器发出蜂鸣报警声，即单一气源报警，设备无法使用[3]。另一路进入流量控制器，压力经过平衡调节后从流量控制器输出的空气和氧气进入空氧混合器进行混合。设备的氧浓度可从21%～100%手动调节，混合后的气体经湿化罐加热加湿后输送到病人。CPAP呼吸机气路工作流程图，见图1。

1.2 结构图

CPAP呼吸机已经成为医院中不可缺少的医疗设备。该设备具有结构简单，可自主设定氧浓度上下限报警值、压力报警等特点。主机主要由气路模块和电子控制系统两大模块构成。气路模块包括：汽水分离器、报警模块、流量控制器、空氧混合器、刻度流量计等。本文主要介绍该机器气路模块。CPAP呼吸机气路模块拆机实物图，见图2。

1.3 报警模块

CPAP呼吸机正常进行工作，需要通入一定压力的空气和氧气。如果其中一种气体压力过高或过低，设备就会发出报警声，此时氧浓度无法调节[4]。报警模块简易原理图及拆机实物图，见图3。报警模块内包含空气腔体、氧气腔体和泄气腔，空氧腔体通过管道a和管道b相连，其两腔体内各含有一个弹簧和一个阀体。管道a与泄气腔相通。正常情况下两阀体的位置恰巧将管道a两端闭合。以先通入空气为例，气体将压迫空气腔内阀体向上运动将阀体推开，气体通过管道a进入泄气腔，腔内包含通往空氧混合器的单向止回阀和哨音报警器。此时，空气一路进入哨音报警器发出报警声，即单一气体报警，一路由于压力将单向止回阀顶开，进入空氧混合器。再通入氧气时，来自氧气腔体的氧气通过管道b进入空气腔，压迫空气腔体内阀体自上向下运动，直至空氧压力达到平衡，阀体将管道a两端进气孔闭合，报警消除。调整空气和氧气端的压力调整螺钉可以控制阀体内弹簧的弹力，从而控制腔内气体压力。

1.4 流量控制器

在橡胶隔膜两侧分别为氧气腔和空气腔，如果空气和氧气的压力相等，则橡胶隔膜处于平衡状态，未发生形变，两侧顶针阀门对弹簧的压力相等，则进入两侧气腔的空气和氧气的流量相同。如果CPAP所需的氧浓度升高，耗氧量增大，氧气腔内气体容量会减少，压力也随之降低。此时，空气腔内压力相对较高，橡胶隔膜发生形变，两侧腔体形成一个自左向右的压力差，于是隔膜压迫右侧顶针阀门向右运动，氧气阀门的开启程度逐渐变大，氧气的进气量也随之增大，随即隔膜两侧压力再次达到平衡状态。同理，当所需空气浓度升高时，空气腔体空气消耗量增大，压力随之降低，隔膜压迫左侧顶针向左运动，从而增大空气的进气量。调节顶针阀门位置调节杆可以自主的改变顶针阀门与隔膜间的距离，进而控制两侧气腔的通气量。流量控制器简易原理图及拆机实物图，见图4。

1.5 空氧混合器

来自流量控制器的空气和氧气分别进入空氧混合器进行空氧混合，通过调节空氧混合器旋钮可以调节出气孔的开启程度，进而控制混合气腔内的空氧比。当旋钮顺时针旋转至最大角度时螺杆会压迫顶针向左运动，直至顶针将空气端的出气孔完全闭合，此时氧气端的出气孔处于完全打开的状态，混合气腔内为纯氧，氧浓度面板显示为100%。同理当旋钮逆时针旋转至最大角度时，弹簧压迫顶针向右运动将氧气端出气孔完全闭合，此时空气端的出气孔处于完全打开的状态，混合气腔内为空气，氧浓度面板显示21%。混合后的气体进入刻度流量计经湿化罐加温加湿后输送至病人。空氧混合器简易原理图及拆机实物图，见图5。

2 故障实例

2.1 故障一

插上氧气单一气源报警，再插上空气后无法消除气源报警。

2.1.2 故障分析及解决方案

首先，检查空气和氧气的压力差。我院采用分子筛式制氧机中心供氧，经二级减压后输出的压力为0.4 MPa左右。该设备使用配套的空气压缩机，压缩机设定压力为0.4 MPa，由于通入氧气时机器可以实现单一气源报警，故可以排除氧气端的故障。观察压缩机工作面板，压力最高可达到0.45 MPa且压力能保持不变，故压缩机工作正常[5-6]。然后，检查CPAP呼吸机主机，根据呼吸机设备运行原理，由于报警模块的气腔内空气和氧气压力不平衡导致报警无法消除。拆开机器，用工具调节空气端压力调整螺钉，然而无论如何调节，报警都无法消除。接着，拆开报警器空气压力调整螺钉，将腔体内弹簧取出，发现弹簧已经生锈变形，更换弹簧后重新调节报警压力直至报警消除，机器正常使用。检查机器时发现空气端汽水分离器内积水已满，造成弹簧变形的原因可能是没有及时排放汽水分离器内的积水，液体通过管道吸入设备内所导致。这就提示临床、医学工程人员需要采取科学的管理方式，同时生产商进行技术改善，使该产品更加完善[7-9]。

2.2 故障二

氧浓度无法调节。

2.2.2 故障分析及解决方案

引起该故障的原因很多，可从以下三方面进行维修。

（1）分别通上氧气和空气，若可实现单一气源的报警和消除，则可以排除气体压力的问题。若不能则结合故障一判断是否是由于空气和氧气压差过大引起的。调整压力调节螺钉直至报警消除，故障即可排除。

（2）在确定气源压力差正常的情况下，调节氧浓度旋钮，若氧浓度显示板上的数值无法对应设定的氧浓度时，可以调节机器左侧的电位器对氧气的浓度进行校准。首先将氧浓度旋钮顺时针打到100%的位置，待显示面板上氧浓度稳定时微调电位器上限直至氧浓度显示板显示100%。同理，将氧浓度旋钮逆时针打到21%的位置，微调电位器下限直至氧浓度显示板显示21%。完成校准后故障排除。

（3）若机器氧浓度面板上显示“——”，且无法调节氧浓度时，则需考虑氧电池故障。该故障最为常见，因为氧电池作为一种耗材，使用年限一般为一年左右。可以通过以下方法简单的判断氧电池的好坏：把CPAP呼吸机主机外壳拆开，将数字万用表档位打到mV档。通常，当氧浓度旋钮旋转至21%时，所对应的电压值应该为10 mV以上，当氧浓度旋钮旋转至100%时，所对应的电压值应该为45 mV以上[10]。如果所测电压低于相应的电压值，则可以判断为氧电池失效，更换氧电池后即可消除故障。图6为我院设备故障发生时及更换氧电池之后氧浓度为21%和100%分别所对应的电压值。

3 讨论

在案例一中，我们进行了一系列的排查和尝试后发现小配件故障导致的仪器故障会浪费大量维修时间。这使我们意识到要在维修过程中采取有效措施，提高工作效率。在日常工作中注意对设备及时保养，消除隐患，规范使用人员操作方法完全可以减少该故障的发生，使其更好的运行和发挥作用[11-12]。

在案例二中，导致设备故障的因素有很多，比如各医院采取不同的供氧方式会对设备产生不同的影响。现如今大多医院采用的方式是液氧供应，该方式在正常运行时氧浓度可达到100%；同时也有一部分医院采用制氧机中心供氧，此方式有时在需求量较大且氧电池正常的情况下，氧浓度难以达到100%。此外，该供氧方式还会受一些客观因素影响造成氧浓度不稳定，为设备的临床使用带来风险[13-14]。

分析以上两个维修案例，我们须充分了解设备的特点、结构和原理才能快速解决设备故障，保证设备正常运行。而对医工人员来说，只有不断地发现问题并及时改进问题才能更熟练地对设备进行维修，提升维修水平、更好地与临床合作。同时，加强设备科与临床的沟通与管理，才可能使设备的经济效益和社会效益共同实现[15-16]。

[1] 陈俊华,孙夫强.应用鼻塞持续气道正压通气治疗新生儿呼吸窘迫综合征[J].天津医科大学学报,2009,15(2):311-313.

[2] 周启新,陆长东.CPAP在新生儿呼吸疾病中的应用价值[J].医学综述,2009,15(5):88-90.

[3] 张增辉.ARABELLA阿拉丁新生儿主动经鼻CPAP呼吸机的了解与故障排除[J].医疗装备,2013,26(11):85-86.

[4] 马红茹,吕菊红,李冬梅,等.CPAP联合不同剂量肺表面活性物质对新生儿呼吸窘迫综合征脑氧代谢的影响[J].广西医科大学学报,2019,36(2):129-133.

[5] 孙广波.医用呼吸机压缩机常见故障的维修分析[J].中国社区医师(医学专业),2013,(10):401-402.

[6] 薛晨辉.呼吸机空气压缩机故障的检修[A].中华医学会医学工程学分会第十五次全国学术年会[C].厦门:中华医学会,2015.

[7] 陈曦.呼吸机检测中的常见问题分析[J].科技信息,2010,(11):416.

[8] 裘力,王洪柱.新生儿呼吸机管路的积水问题[J].医疗装备,2018,31(5):23-25.

[9] 黄琴红,王芳.集束化管理策略在呼吸机安全管理中的应用[J].中华护理杂志,2012,47(2):305-306.

[10] 戴勇.新生儿无创呼吸治疗系统(CPAP)常见故障与维修[A].2009年浙江省医学工程学术年会论文汇编[C].杭州:医学工程学术年会,2009.

[11] 李业芹.呼吸机的维护与保养[J].河南科技,2014,(6):134.

[12] 龚睿.呼吸机的工作原理和Savina的故障维修[J].医学信息(上旬刊),2011,24(9):5891-5892.

[13] 冷晓冬.呼吸机故障检修两例[J].中国医疗设备,2018,33(12):110-112.

[14] 卢汉标.呼吸机质量安全风险管理[J].中国医疗器械信息,2019,25(4):189-190.

[15] 张振杰.呼吸机的结构原理与维修保养[J].世界最新医学信息文摘,2015,(9):147-148.

持续气道正压呼吸机原理分析及故障维修

引言