呼吸机的结构和⼯作原理（⼯程师必学）
⼀、呼吸机的基本结构和各部件作⽤
（⼀）基本结构
呼吸机基本结构如图2-4所⽰。呼吸机⼀般由主机、空氧混合器、⽓源、湿化器、外部管道组成。 整机结构如图2- 5所⽰。整机南电控箱、机械臂、电源线、⽓路箱、氧⽓输⽓管、⼩车、脚轮、模拟肺、疏⽔器、温度探头导线、压⼒采样⼝、湿化器、吸⽓端⼝、螺纹管、呼⽓活瓣等组
成。
（⼆）各部件作⽤
1.呼吸机的⽓源⼀般分为电动供⽓和压缩⽓源两种。
如果呼吸机⼼电动机为动⼒，通过压缩泵或折叠式⽪囊等装置产⽣⼀定的正压⽓流，向患者供⽓，称为电动⽅式。 如果呼吸机采⽤压缩⽓泵，经过过滤、减压、湿化等处理后，再通过管道向患者供⽓，称为⽓动⽅式。
电动呼吸机结构⽐较复杂，适应范围较⼴。⽓动呼吸机⽐较简单、轻便，但只适于压缩⽓源供应⽅便的场合使⽤。⽓源是提供患者呼吸所需要的⽓体部分。
图2-6所⽰是提供⽓体的部件——⽓体，空⽓压缩系统是呼吸机的⽓动⼒源，它采⽤是⽆油、洁净、低噪声的膜⽚式双缸空⽓压缩机，依靠电动机带动两个活塞做交替上下运动，将空⽓压缩成具有⼀定流量和压⼒的压缩空⽓源，通过⽓路传输系统供主机调节作⽤。空⽓压缩机的结构如同2 -7所⽰。
2.主机提供呼吸管理的装置。呼吸机的主机由控制电路、机械运动部件及⽓路组成。它把空氧混合⽓体，按照设定的参数，包括通⽓量、压⼒、流量、容量、呼吸频率、吸呼⽐及选定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。
报警区，压⼒报管：监测潮⽓量，监测患者的实际潮⽓量；
每分通⽓量监测：监测患者的实际每分通⽓量；
总计频率监测：监测患者的实际呼吸频率；气体混合器
系统报警提不和患者通⽓故障提⽰，从上⾄下为氧⽓不⾜、压⼒上限、压⼒下限、窒息。
3.湿化加热装置替代⿐腔、⼝腔对吸⼊⽓体的湿化升温功能。主机向患者提供⽓体加以湿化的装置，称为湿化器。雾化器是将液体雾化处理的装置。⽓体的湿化、液体雾化，可以对患者的⽓管、⽀⽓管黏膜起到保护作⽤。通常该部件还具有加热装置，即加热湿化或加热雾化，以便使⽓体接近⼈的体温，减少对患者的刺激。湿化作⽤常⽤蒸汽发⽣器或雾化器来实现。
(1)蒸汽发⽣器：蒸汽发⽣器是将⽔加温产⽣⽔蒸⽓来增加吸⽓中的含量。它是⽐较符合⽣理要求的，因为它与⼝⿐腔的作⽤⼀样，使吸⼈⽓体既加温叉湿化，构造⽐较简单。蒸发器中可加⼊挥发物，
如枇杷叶、复⽅安息得⾼等，但不能⽤⾮挥发性或受热破坏的药物。另外，⾼热患者也不宜⽤蒸汽吸⼈。蒸汽发⽣器串联于呼吸机吸⽓管道之中，它和呼吸道的连接管道要尽量短些，以减少蒸汽的凝聚。蒸汽发⽣器⼀艘均装有电阻恒温装置。
湿化器⽅框图、⼯作原理罔如图2-8、图2-9所⽰。
恒温装置如果失控，⽔温将会剧增，可能造成呼吸道烫伤事故，因此要经常观测⽔温，或加控温双回路保险。
(2)雾化器：雾化器是应⽤⽓体射流原理，将⽔滴撞击成微⼩颗粒，悬浮于⽓流之中，输⼊呼吸道进⾏湿化的装置。雾滴不同于蒸汽，前者为⽔滴，后者为⽔分⼦。⽔蒸⽓受温度限制，⽽雾滴与温度⽆关。
颗粒越多，密度越⼤，空⽓的含⽔量越⾼。雾滴⼤⼩不同，它们在呼吸道中的沉降深度也不同（表2－1）。
雾粒直径⼤于60µm，在⼝腔、咽喉即⾏沉降，⼩于0.5µm者，虽可进⼊肺泡但不会沉降，仍随呼⽓排出，所以雾滴过⼤、过⼩不能起到湿化作⽤。当雾滴直径为3~6µm时，可沉降于呼吸道及肺泡中，能起到良好的湿化作⽤。雾化液中可加⼊抗⽣素、⽀⽓管舒张剂等药物作为呼吸道局部疾病使⽤。此种雾化器以压缩⽓体为动⼒，喷出⽓体由于减压和并发效应，其温度明显低于室温。在室温较低时，要进⾏加热，防⽌对呼吸道产⽣刺激。近年来逐渐推⼴超声雾化器，利⽤超声波将⽔滴击散为雾滴，具有雾滴均匀、有效颗粒密度⾼、没有噪声等优点，并附有加热装髓，可以调节吸⽓温度和流量。
超声波是⽤电⼦振荡器、驱动压电陶瓷产⽣的，⼯作频率为1.5-2MHz，雾粒直径为0.5-
10µm。雾化器串联于吸⽓通道，其⼯作受呼吸相控制，吸⽓时有雾化，呼⽓时停⽌，间断⼯作，有效使⽤。⽓道湿化：机械通⽓时的⽓道湿化包括主动湿化和被动湿化。主动湿化指在呼吸机管路内应⽤加热湿化器进⾏呼吸⽓体加温加湿（包括不含加热导线，含吸⽓管路加热导线，含吸⽓、吁⽓双管路加热导线），被动湿化指应⽤⼈⼯⿐（热湿交换器）吸收患者呼出⽓体的热量和⽔分，进⾏吸⼈⽓体加温、加湿。不论何种湿化，都要求近端⽓道内的⽓体温度达到 37℃，相对湿度超过100%，以维持黏膜细胞完整、纤⽑正常运动及⽓道分泌物的排出，以及降低VAP的发⽣率。⼈⼯⿐可较好地进⾏加温、加湿，与加热型湿化器相⽐，不增加堵塞呼嗷机管路的发⽣率，并可保持远端呼吸机管路的清洁。能增Ⅲ⽓道阻⼒，⽆效腔容积及吸⽓做功，故不推荐在慢性，尤其是撤机困难的患者使⽤。
4.空氧混合器空氧混合器的输⼊⽓体可以是压缩空⽓、环境空⽓或压缩氧⽓。氧⽓在空⽓中占21%，因此，利⽤压缩空⽓、环境空⽓也可作为呼吸机的⽓源，供给呼吸困难的患者进⾏。对换⽓功能有障碍的患者，氧浓度必须适当提⾼，才能满⾜需求。此时空氧混合器可接压缩氧⽓源并根据病情变化适当稠整氧浓度，然后将⽓体送到呼吸机主机。为空氧混合器提供的压缩氧⽓⼀般⽤氧⽓瓶供给，其中装有纯度为98%的压缩氧⽓。 新的氧⽓瓶压⼒达15MPa(约150kg/cm2)，使⽤时将氧⽓瓶中的纯氧经减压器减压后，送到空氧混合器。吸氧浓度⼤于50%为⾼浓度氧，除特殊病例需短期使⽤⾼浓度氧外，⼀般浓度均不超过40%，但
不低于30%。氧浓度低⽽且通⽓量不⾜的话，⽓体变换困难，会导致缺氧、⼆氧化碳潴留产⽣呼吸性酸中毒。反之，氧浓度过⾼，对呼吸道和肺组织也有损害作⽤，它抑制呼吸中枢，加重⼆氧化碳滞留，同样产⽣呼吸性酸中毒，导致⼆氧化碳⿇醉、昏迷、甚⾄死
亡。因此，吸氧浓度必须视病情发展不断调整和严格控制。
空氧混合器附有输出氧⽓压⼒、流量、氧浓度的监护及报警功能，可以有效地控制吸氧浓
度。定压型和定量型呼吸机的空氧混合器有两种不同的⽅式。多数定压型呼吸机使⽤的空氧混合装置都是利⽤射流原理制成。氧⽓通过⼩孔喷嘴形成⾼速⽓体射流时产⽣负压，吸引喷嘴⼝附近的空⽓来稀释氧浓度。空⽓的进⼊量可控制空氧混合⽐例，从⽽改变吸氧浓度。稀释空⽓量受到吸⽓流速和时间的影响，吸氧浓度允许在34%-100%范围调节，实际氧浓度⼀般均在
34%-40%。上述空氧混合器是以压缩氧⽓为动⼒的。
有少数定压型呼吸机以压缩氧和压缩空⽓为动⼒，两者加到混合装嚣后，可通过调节氧流量或空⽓进⼊量准确地控制吸氧浓度。定量型呼吸机的折叠⽓囊的进⽓⼝，有空⽓和氧⽓两个⼈⼝，吸氧浓度受氧流量和通⽓量影响。如果根据病情需要把吸氧浓度确定之后，则氧流量和每分钟总通⽓量成正⽐，即通⽓量和氧流量必须同时按⽐例变化才能保持氧浓度恒定不变。如果要求增加氧浓度，可以采⽤提
⾼氧流量或降低通⽓量的办法来实现。定量型呼吸机如需要放⼈纯氧，可在进⽓⼝加接储⽓囊，调节氧流量，使折叠⽓囊每次充⽓，储⽓囊还保留少量纯氧，暇氧浓度即可达100%。如在储⽓囊前串接⼀空⽓⼈⼝阀，则可调节储⽓囊充⽓程度控制吸氧浓度。
⽓电换能器是患者吸⽓信号转换为电脉冲信号的传感器。它是⼀只⽤有机玻璃制成的容器，⽤⼀⽚⼗分平整带有⾦属⽚的⽪膜分隔成两个腔，⼀个腔与患者呼吸道相连，⼀个腔通⼤⽓。当患者吸⽓产⽣⼀定负压时，吸动⽪膜，使⾦属⽚触点接通，在电路中产⽣触发单稳态电路脉冲信号。空氧混合器就是将氧⽓和空⽓混合，再按⽐例调节成所需的安全氧浓度输出给患者的⼀种装置，按⼯作原理分为浮标式混合器，机械膜式混合器，电⼦⽐例混合器三种。混合器的氧浓度要⽤测氧计予以检测。
浮标式空氧混合器：由两个独⽴的氧⽓流量浮标和空⽓流量浮标组成，两种⽓体混合后的输出⽓体浓度，可从表⾥读出，横坐标是空⽓流量，纵坐标是氧流量，两流量读数曲交叉点即为输出的氧浓度数百分数。浮标式空氧混合器结构简单，价格低，氧浓度可以与氧监测组合在⼀起监测。机械式空氧混合器，氧⽓与空⽓分别从接⼝氧⽓输⼈端和压缩空⽓输⼊端进⼊混合室，两混合室空问⼤⼩⽐例决定了进⼊混合室流量调节器的⽓体量多少，也决定了混合⽓体输出端雾化⽓的氧浓度⽐例，这⼀切均由调节钮推动弹簧的位置来决定混合腔室的⼤⼩，当调节钮逆时针旋转到左限位装置时，右腔室最⼩，左腔室最⼤，这时混合⽓室问⾥全为空⽓，输出⼝的含氧量为21%；当调节钮顺时针旋转到右限位装置时，左腔室关闭，右腔室全开，这时混合腔室⾥全为氧⽓，输出浓度为100%；当旋钮到某⼀位置时，
左右腔室⼤⼩发⽣改变，输出氧浓度也随之相应改变。操作简单，读数直观，故障率低，体积⼩巧，价格适宜。
国外⽣产的空氧混合器，故障主要是空压机⾥的冷凝⽔进⼈到混氧器⽣锈，导致腔体变位不准。国产的新型空氧混合器结构在这⽅⾯作了重要改进，腔室由钢体改为⽯⿊腔体，弹簧也改为不锈钢，故障率低于进⼝的。如果进⼊到混氧器的供⽓⽓源压⼒差达到0 05-0. 12MPa时，哨⾳发⽣器发出呜声报警。国外的铜制哨呜器，也会因⽔锈导致报警失灵，国产的改为硅胶。
⽐例电⼦空氧混合器是闭环控制系统的⼀种，它的输出变量（氧浓度）与输⼊信号（空⽓和氧⽓的流量）是通过电磁阀混合控制阀完成⽐例关系的，当输⼊空⽓、氧⽓的压⼒和温度不变的前提下，⾸先将它们的其中某⼀个流量的变化，进⼊到控制反馈系统变为第⼀次空⽓或氧⽓的输出变量，然后将这个输出变量通过传感器与标定值的氧浓度反馈给控制器，计算出第⼆次变量，再去调节输⼊变量的⼤⼩，从⽽使最终输出变量氧与标定值的误差是最⼩的，⼆次反馈式系统的输出变量与初输⼈变量的变化呈线性关系变化，是精度最⾼的。
电磁⽐例空氧混合器：由两组并联的压缩空⽓接⼝1和控制氧⽓接⼝2组成了多孔电磁⽐例阀⼈⼝，⾥⾯并联有多个空⽓和氧⽓电磁阀。在吸⽓过程⼱，控制电流流经伺服阀内的线圈，将阀球从阀座拉起，使闽球与阀座之间形成⼀个环形沟，通过调节阀门线阁的电流改变控制阀门开启程度的⼤⼩。环
形沟开闭程度和供⽓压⼒的⼤⼩共同决定了输出端压⼒调节处的混合⽓体的流量和⽐例，实现输出氧浓度按⽐例发⽣变化的需求。在呼⽓过程中，阀体被压进阀座⾥，阀⼝关闭，混合腔内装有不断搅动余留的⽓体，使空⽓、氧⽓充分混合的混合瓣。因为其像钢琴键般组合，救称其为琴键阀，⼜称为⽐配阀，优点是反应时间快，其流量变化曲线是呈⽅波状流是快速递增或快速递减过程，故其控制精确，常⽤于⾼档呼吸机的氧浓度和流量的控制。
氧电池的⼯作原理及性能检测，⽤于测量混合后送给患者的混合⽓体的真实氧浓度的氧电池，其原理是基于氧化锆对氧的敏感性，在铂电槛催化下，氧⽓在参与氧化还原过程中会产⽣电势差，进⽽转化成电压信号。在恒定⼯作压⼒和恒定温度条件下氧浓度在21%-100%段输出的电压
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议