电动呼吸机的主要结构及应用

第六节　电动呼吸机的主要结构

电动呼吸机内部的电动装置可使气体增压，所以不需要压缩空气源，适用于在没有压缩空气源的场合应用，具有轻便灵活、移动方便的优点。市场上曾经出现了多种不同原理的电动呼吸机，有着各自不同的特点，在临床应用中有着广泛的应用。

市场上曾经出现过的常见的电动呼吸机种类，有折叠气囊式、气缸活塞式、滚膜式、微泵式、微型涡轮式， 目前用得比较普遍的是气缸活塞式（如PB760）和微型涡轮式（如，Drger savina）ä两种。

一、折叠气囊式

20世纪70～80年代，电动呼吸机多采用折叠气囊形式。它是一种用弹性橡胶材料制成的空腔，利用皱褶的伸长和层叠使容积改变，以达到增压的目的。折叠气囊的往复运动是用电机来驱动。工作原理是：吸气时，折叠气囊被电机驱动机构带动收缩，将气囊中的气体挤压出来，通过单向活瓣进入患者的气道内；呼气时，电机驱动机构向相反的方向运动，使折叠气囊伸长，利用产生的负压，将外界的空气通过单向活瓣吸入气囊内，准备下一次的循环。当时的许多麻醉呼吸机均采用这种技术。

折叠气囊式电动呼吸机的优点是：结构简单，制造成本低。折叠气囊的缺点是：通气容量的控制精度不足和响应时间过长。

一般单腔增压式机器的容量控制，是采用电机驱动的行程和容积的正比关系来实现的。由于折叠气囊是一个弹性体，当气体被压缩时会产生直径方向的膨胀，随着气道压力的变化其膨胀程度也会不同，这样就改变了行程和容积的正比关系。人们想了一些办法进行改进，如适度增加了材料的硬度，但是仍然达不到临床的精度要求。

另一个问题是响应时间过长。现代呼吸机的响应时间一般都在20ms以内，性能差一些的在50ms左右，而橡胶折叠气囊式呼吸机的响应时间还要大于这个值。原因有两种：一种是橡胶本身的弹性变形所造成的；另一种是因为这种机构采用的都是步进电机作为驱动力，步进电机在启动时有一个变频的过程，导致供气延时，这种延时可达100ms以上。

由于是弹性腔体，折叠气囊式呼吸机的触发也很困难，所以过去通常用在麻醉呼吸机或是简易急救呼吸机上，适用于没有自主呼吸，不需要触发通气的患者。现在的治疗呼吸机上已经不使用这种技术，在麻醉呼吸机上现在也很少应用了。

二、气缸活塞式

20世纪80年代末期至90年代初期，出现了气缸活塞式的电动呼吸机。它的气缸的容量腔是刚性的，一般用铝材或碳纤维制成，圆筒形。它利用活塞的移动来改变容积，达到增压的目的。工作原理与折叠囊的一样。

气缸活塞式电动呼吸机与折叠囊式的区别，在于容量腔是刚性的，不会产生折叠气囊的弹性变形的问题，因此电机驱动的行程和容积的变化遵循正比的关系，容量控制的精度可以得到保证。在响应时间上，也不会像折叠气囊那样有较大的延迟。(www.xing528.com)

气缸活塞式呼吸机，在活塞与缸筒内壁之间必然要产生一定的摩擦阻力，活塞本身的质量也会在启动的一瞬间产生较大的惯性，这些原因都会导致呼吸机的响应时间延迟，所以关键技术是如何减少摩擦阻力和活塞的质量。

通过在缸筒内壁使用减少摩擦的材料，设计出性能优良的密封环，这些技术极大地降低了摩擦阻力。通过设计4个导向块，将活塞自身的质量降至最低。后来，有公司推出了缸筒与内壁不发生物理接触的无摩擦式活塞，有效地解决了这两项关键技术。这种活塞式的电动呼吸机的电机驱动部分，采用的是伺服控制系统，响应速度很快，而且触发系统增加了流速触发功能，使呼吸机的触发响应速度很快。由于这种成熟的技术已经历经考验，稳定性、可靠性均十分优异，现在很多国外呼吸机厂家都在采用。

三、滚膜式

20世纪90年代末，滚膜式的麻醉呼吸机出现，Drager公司Fabius系列麻醉机采用了这种技术。它是用一种薄壁的橡胶筒装在了缸筒和活塞之间，密封橡胶筒，活塞运动时橡胶筒像滚膜一样地随活塞运动，不与缸筒之间产生摩擦，不同于折叠囊，也不同于气缸活塞式，既没有折叠囊的弹性变形问题，也没有气缸活塞的摩擦阻力问题，橡胶筒也可方便地取出进行消毒，是目前为止“单腔增压式”呼吸机中形式比较新颖的一种。缺点是滚膜的使用寿命不长，耗材，后期使用成本较高。

四、微泵式

20世纪90年代末，有美国公司推出了使用微泵的便携式电动呼吸机，机器内部装有一个微泵，重量较轻（只有4. 5kg），适合在机动的场合使用。

这种呼吸机采用了一个由电机驱动的双腔的微型隔膜泵，泵的输出气量可满足呼吸机的需要，整机体积小。缺点是泵的工作频率约为10Hz，输出的气流是脉动的，并伴有较大的噪声。

五、微型涡轮式

20世纪90年代末，出现了应用微型涡轮技术的呼吸机，近年来随着微型涡轮技术的发展，在呼吸机上的应用不断增加。

微型涡轮是一种多叶片的涡轮，在涡壳中高速旋转的机构。通过涡轮的旋转运动，使气体增压后，获得一定流量的气体。输出流量的大小调节，依靠电机调速或伺服阀来实现。吸气和呼气的转换，是依靠一个伺服阀来切换的。呼气时，电机处于“怠速”状态，伺服阀将涡轮输出的气体切换到旁路，每次通气电机不需反复启停，以保证最少的吸气响应时间。

微型涡轮式的电动呼吸机，具有系统响应时间短，持续气流大，体积小的优点。在目前的电动呼吸机市场上，这种类型的机器正在逐渐增多。