飞利浦V60 无创呼吸机的原理与故障维修

张军盛

浙江省台州医院 （浙江临海 317000）

无创呼吸机是一种无须建立人工气道（如气管切开、插管）而为患者提供机械通气的呼吸机[1]。临床在使用无创呼吸机时，通常用口鼻面罩或鼻面罩罩于患者口鼻部，中间连接1 根带漏气口的呼吸管道，为患者在吸气时提供一定氧气浓度和压力的空气，帮助患者呼吸。因此，无创呼吸机至少需要实现提供压缩空气与空氧混合两个主要功能。目前，临床使用的无创呼吸机品牌和种类较多，本研究以飞利浦V60 无创呼吸机为例，介绍其工作原理与故障维修。

1 飞利浦V60 无创呼吸机工作原理

1.1 气路部分

V60 无创呼吸机的气路部分包括气体传送系统、鼓风机（涡轮机）、氧气比例电磁阀、空气氧气流量和压力传感器、两位三通电磁阀等部件。V60 无创呼吸机的气体传送系统将其中大部分气体管路集成于1 个气体模块内，省去了各端口间的管路连接，使机器内部非常简洁。鼓风机（涡轮机）是整台机器气动部分的核心，为混合气体提供动力以达到所需的流速与压力，其内部是1 个三相直流无刷电机，通过霍尔传感器可精确控制转速，转速越高，流速越高，压力越大。氧气比例电磁阀是可精确控制开启度的电磁阀，通过控制氧气流量精确控制混合气体的氧浓度。V60 无创呼吸机的气路图如图1 所示。进气分为空气和氧气2 路，环境中的空气经过单向阀、空气过滤器、压差式流量检测部件后送至涡轮机的进气口；高压氧气经过滤器后送到比例电磁阀，随后经流量归一化器、压差式流量检测部件送至涡轮机的进气口，与空气混合，涡轮机高速旋转，将混合气体压缩至所需的压力后从呼吸机患者端口输出。压力传感器测量输入氧气的压力，过高压力会导致比例电磁阀工作异常而引起机器报警；比例电磁阀根据设定的氧浓度、输入氧气压力等参数调整阀门开启度，输出所需流量的氧气，确保氧浓度混合的准确性；涡轮机出气口端连接机器压力传感器，实时检测输出气体的压力，压力信号被送至CPU，CPU 通过比较输出实际压力值和设定压力值来调整涡轮机的转速，使输出压力稳定；患者呼吸面罩端有1 根压力管连接到机器的近端压力传感器，CPU 会将该压力值与机器压力传感器的值进行比较，用于测量管道内因连接了细菌过滤器、湿化器等部件而导致的压力衰减量，以确保输出压力的准确性。与机器压力传感器和近端压力传感器相连的还有4 个电磁阀，其作用是在传感器校准时用于连通大气。

图1 V60 无创呼吸机气路图

1.2 电路部分

V60 无创呼吸机的电路部分主要包括电源电路、人机交互电路及CPU 控制电路等部分。电源部分通过开关电源电路将输入的220 V 交流电转换为24 V 250 W 的直流电，再通过DC-DC 变换电路将24 V 电压转变为3.3、5、12、35 V 等各种不同的电压，以适应机器内的不同组件。机器内置1 块14.4 V 的锂电池，连接在DC-DC 直流电压变换电路前，以保证突然断电情况下机器可再正常工作一段时间。人机交互电路主要包括液晶显示屏、触摸屏及各种指示灯和按钮，方便医师对机器进行操作并观察机器显示的各类有用信息。CPU 控制电路是整个机器的核心部件，用于精确控制各种执行机构（如涡轮机、比例电磁阀等），并通过各种传感器（如压力传感器和流量传感器）组成一个精密的闭环控制电路，使输出气体的各种参数严格与设定值一致，并将这些信息通过显示器显示。

2 故障案例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

机器报警“低漏气量、重复吸入CO2危险”，且潮气量、分钟通气量、漏气量值均较低。

2.1.2 故障分析与处理

因管路堵塞、近端压力传感器检测不到压力等情况均会使呼吸机将供气流量降至最低，故先检查呼吸管道，包括呼气口、患者管路、细菌过滤器、测压管等，经检查确认无异常；断开患者端并接入模拟肺，手动按压模拟肺，模拟患者呼吸以触发呼吸机供气，发现呼吸机未被触发，潮气量和分钟通气量均无明显改变，由此判断故障应发生于机器内部；关机，进入诊断模式，点击“维护”按钮，进入维护界面（图2），在气动控制（pneumatic control）窗口，点击“FLOW”按钮，依次设置流量为10 SLPM（标准气体 l/min）、120 SLPM、240 SLPM，调整呼吸机的输出气体流量，屏幕会实时显示呼吸机在该设置条件下的各种气动信息，如设备正常，屏幕上的“avg air”项也会显示10、120、240，与设置值相对应；同理，点击“O221%”按钮，调整“FLOW”设置值为10、120、240，观察屏幕上的“avg O2”项是否随之发生改变，结果发现“avg air”始终显示5 SLPM，说明空气流量传感器存在故障，更换空气流量传感器后，机器工作正常，故障解决。

图2 V60无创呼吸机气动控制界面

2.2 故障二

2.2.1 故障现象机器报警“患者回路堵塞”，呼吸机无气流吹出，也未听到涡轮机工作的声音。

2.2.2 故障分析与处理

“患者回路堵塞”报警一般发生在呼吸机检测不到输出气流（或流量很低）时。无（或很少）气体输出有两种可能，一种是呼吸机内部故障，如鼓风机故障导致机器无气体输出；另一种可能是患者管路堵塞，如细菌过滤器受潮、管道弯折等原因导致气体无法输出。检查患者呼气口、患者回路、细菌过滤器、测压管，患者回路正常。因此，故障应在机器内部。关机，进入诊断界面，点击“Pressure”按钮，调整供气压力，使呼吸机送气，发现“blower RPM”（涡轮机分钟转速）始终为3 000 转无变化（正常情况下，涡轮机转速应随压力升高而相应提高），拆开呼吸机，转动涡轮，发现涡轮机叶片卡死，故障应为涡轮机轴承损坏导致涡轮转动不畅所致。更换涡轮机后，设备工作正常。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

机器报警“1102”，故障代码提示：机器主报警器故障。

2.3.2 故障分析与处理

V60 无创呼吸机有2 个扬声器，主扬声器和次扬声器，其作用是在机器发生故障时发出声音，提醒医护人员注意。设置2 个扬声器的目的是在一个扬声器发生故障的情况下，另一个扬声器仍能正常报警。拆开呼吸机，测量2 个扬声器的静态电阻，正常阻值应为6.8～9.2 Ω，其中1 个出现阻值异常，可确定该扬声器故障。更换后，设备工作正常。

3 总结

V60 无创呼吸机是一款智能化与集成度较高的医疗设备，性能稳定，故障率低。在日常使用中，临床使用科室一般只需做好设备的日常清洁保养，临床工程师做好年度预防性维护即可。为了保障设备的正常运行，避免故障造成的影响，工程师应充分了解其工作原理、结构组成，熟悉设备的使用操作，尤其是熟悉机器的维修诊断模式，了解其中各参数的意义，同时依靠机器自身提供的先进诊断功能，快速诊断故障原因，提高维修的及时性。