呼吸机校准中需注意的问题与潮气量及氧浓度测量结果的分析

蒙炳曲

（黔南州检验检测院，贵州 黔南 558000）

1 呼吸机基本知识

1.1 呼吸机定义与作用

“呼吸机”一词由全球首台睡眠呼吸机的发明者沙利文所创造。按照传统的定义，呼吸机是一种可以代替患者正常生理呼吸的装置，能够把含固定浓度氧气的气体输进人体肺部，再将呼吸代谢产生的二氧化碳排到体外，从而帮助呼吸系统完成通气。通俗地说，就是一种电子打气筒。

从呼吸机的定义就可看出呼吸机的作用，即呼吸机可以改善人体肺的基本功能，帮助病人摄入氧气、排出二氧化碳，从而取代或者部分取代自主呼吸，缓解呼吸肌肉疲劳。因此呼吸机必须具备以下四种功能：一是产生动力输送气体；二是以一定的呼吸频率和一定的呼吸比支配呼吸节律的功能，从而取代病人呼吸中枢神经的功能；三是提供适合病人的潮气量和分钟通气量，满足呼吸代谢所需要的氧气；四是供给的气体需要加温加湿，从而取代病人鼻腔功能。

1.2 呼吸机结构及工作原理

呼吸机一般由气源（包括空气、氧气气源）、空氧混合器、主机（包括呼吸机控制元件、触发器、呼吸机的驱动、压力、流量传感器、监测部分、报警部分、波形显示器）、湿化器和外部管道等部分组成。

呼吸机的工作原理为：呼吸机的把空氧混合气体，按照设定的参数，包括潮气量、气道峰压、呼气末正压、呼吸频率、吸呼比、氧浓度和合适的通气方式给患者供气。主机面板有三个区域，参数显示区主要硅示气道压力、压力上限设置、压力下限设置、潮气量、吸呼比、呼吸频率、通气方式选择。参数设置区用于各种参数的设置调整。

1.3 呼吸机分类

按临床用途可分为成人呼吸机、婴儿和新生儿呼吸机、辅助呼吸或治疗用呼吸机、麻醉呼吸机、携带式急救呼吸机、高频正压呼吸机。按照控制方式可分为气动气控型呼吸机、电动电控型呼吸机、气动电控型呼吸机。按照计量校准方法分类可分为有创呼吸机、无创呼吸机、急救和转运呼吸机、高频喷射呼吸机。

2 呼吸机校准中需要注意的问题

2.1 校准不同类别呼吸机时需要注意的问题

2.2 校准呼吸机“潮气量”参数时应注意的问题

根据克拉伯龙方程描述：PV=nRT（P代表压强，V代表体积，n代表物质的量，T代表温度，R代表理想气体常数）。当大气压偏低或者环境温度偏高时，实际的潮气量会偏高，当大气压偏高或者环境温度偏低时，实际的潮气量会偏低。为保证校准数据的准确，需要采用正确的修正方式，消除或者降低环境温度和大气压对潮气量校准结果的影响。根据查阅相关文献，查到的修正模式有：ATP、BTPS和STPD0，其中ATP还可以分为ATPD（干空气）和ATPS（干空气）。

以上四种修正模式换算关系如下：

2.3 校准呼吸机“吸气氧浓度”参数时应注意的问题

呼吸机测试仪中测量氧浓度采用电化学传感器（俗称氧电池），其由氧离子导体、参考电极以及被测气体构成,通过测量电池的电流,就可确定被测气体的氧浓度。具体过程是,在阴极将氧气解离为氧离子,之后向阳极运动后中和重新变成氧气分子。氧从电池的阴极运动至阳极过程中产生电流。通过电流与排放气体氧浓度的关系,就可以达到氧浓度测量的目的。电化学传感器具有测量精度高、响应时间短、体积小等优点。但是由于氧传感器发生化学反应时需要消耗原料，随着使用次数的增多，传感器测量氧浓度的能力不断下降，会影响氧浓度测量精度。所以校准时需要注意氧电池电量，提醒使用者，通常1年左右就需要更换一次氧电池。

3 呼吸机潮气量及氧浓度校准结果测量不确定度评定

3.1 概述

①测量依据：JJF1234-2018《呼吸机校准规范》。②采用方法：在JJF1234 -2018《呼吸机校准规范》规定的条件下，用呼吸机校准装置对呼吸机的潮气量及氧浓度进行直接测量。③环境条件：温度18～28 ℃，湿度40%～70%，大气压力86～106 kPa，电源电压及频率：AC220 V，50 Hz。④测量主要标准器：呼吸机测试仪。

3.2 潮气量相对误差的测量不确定度

3.2.1 测量数学模型

式中：δ——潮气量的相对误差，%；Vm——呼吸机校准装置显示潮气量3次测量值的算数平均值，mLδ；=被10校0%呼吸机潮气量3次监测值的算数平均值，mL。

各影响量的灵敏度系数计算见公式（2）和（3）。

“这……”海力还算冷静，马上拔通了急救中心的电话，中心告诉他，他们已经接到求救电话派车去抢救了。他这才对客人打了个招呼致了歉，交待副总经理陪客，自己拉着竹韵出了酒楼，开车朝医院飞驰而去……

各输入量的标准不确定度见公式（4）和（5）。

µ1和µ2相互独立，因此可得公式：

3.2.2 各标准不确定度分量的评定

3.2.2.1 被校准呼吸机潮气量3次监测值的算术平均值的标准不确定度

3.2.2.1.1 测量重复性引入的标准不确定度µ1(Vo)

µ1(Vm)是潮气量测量重复性引入的标准不确定度，设置呼吸机潮气量为600 mL，用呼吸机测试仪对被校准呼吸机进行10次独立重复测量，测量值为Vi(i=1,2,…,10),则其标准偏差s(Vi)可用贝塞尔公式计算得出，具体数据见表1。

表1 潮气量测量值 单位：mL

对潮气量校准点分别进行三次测量，则由重复性引入的标准不确定度分量为：

3.2.2.1.2 被测仪器分辨力引入的标准不确定度

重复性引入的标准不确定度大于被测仪器分辨力引入的标准不确定度，故在计算合成标准不确定度是只考虑重复性引入的标准不确定度。

3.2.2.2 由呼吸机测试仪引入被校准呼吸机潮气量3次监测值的算数平均值Vm的标准不确定度

根据校准规范中潮气量最大允许误差无±3%或±10 mL,则600 mL校准点潮气量最大允许误差为±18 mL，为均匀分布。

3.2.3 合成标准不确定度

以上各输入量无关，故潮气量相对示值误差的合成标准不确定度为：

3.2.4 扩展不确定度Urel

取置信概率为95%，k=2，Urel扩展不确定度为：

3.3 输出氧浓度示值误差的测量不确定度

3.3.1 测量数学模型

式中：δ——氧气浓度的示值误差，%；E1——呼吸机氧气浓度示值，%；E0——呼吸机校准装置氧气浓度测量值，%。

3.3.2 各标准不确定度分量的评定

3.3.2.1 测量重复性引入的标准不确定度µ(δ1)=

呼吸机氧气浓度设置为40%，测量的数据如表2：

表2 氧浓度测量值 单位：%

对吸气氧浓度校准点分别进行三次测量，则由重复性引入的标准不确定度分量为：

3.3.2.2 由呼吸机校准装置引入的标准不确定度µ(δ2)

根据校准规范中压力范围最大允许误差为±2%(体积分数)，为均匀分布。

3.3.3 合成标准不确定度µc(δ)

3.3.4 扩展不确定度U

取置信概率为95%，k=2，扩展不确定度U为：

4 结束语

综上所述，呼吸机能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的作用。为保证量值的准确可靠，对社会医疗安全提供公正、科学、准确、可靠的校准服务，对地方医疗事业的发展起到积极的作用，就需要正确评定计量标准各项参数的测量不确定度，并在校准过程中注意相关事项。