气体模式设置对呼吸机质量控制影响的研究

祎

浙江大学医学院附属第一医院浙江 杭州 310006

气体模式设置对呼吸机质量控制影响的研究

郑骏，陈立峰，李均，冯靖祎

浙江大学医学院附属第一医院浙江 杭州 310006

气体模式在呼吸机气流质量控制中是重要的一组参数。它包括气体的种类、环境温度、气体温度以及修正模式。本文对NPB840和Servo-i两类呼吸机在不同气体模式设置下进行了系统的质量控制研究，以此提高呼吸机质量控制的正确性及检测效率。

呼吸机；气流分析仪；气体类型；修正模式；质量控制

0 前言

呼吸机的质量控制工作及相关的检测标准经过学会交流和大量的实践工作逐渐趋于完善。因此，呼吸机质量控制标准在具体的指标参数和操作流程等方面已经具有了可操作性和临床意义[1]。

虽然有了相关标准作为呼吸机质量控制的指导，但在具体实践中，各种不同的检测结果偏差往往导致质量控制工作不能按时按标准完成。本文针对呼吸机质量控制中，气流分析仪中气体模式的设置情况进行相关实验并给予分析，以期引起呼吸机质量控制人员在具体工作中的重视，提高检测结果的正确性并节约检测时间[2]。

我院对140余台呼吸机完成了近500次呼吸机质量控制工作，积累了大量的相关数据和经验[3]。在实验设备的选择上，我们主要采用了FLUKE气流分析仪VT-PLUS及FLUKE ESA620电气安全分析仪。本文从气体模式原理来详细地分析在呼吸机质量控制中，气体模式对气流分析结果的影响。VT-PLUS气流分析仪气体设置界面，见图1。

图1 VT-PLUS气流分析仪气体设置界面

在Gas Settings（气体设置）的菜单中有Gas Type（气体种类）, Gas Temperature（气体温度），Gas Humidity（气体湿度），Ambient Temperature（环境温度）以及 Correction Mode（修正模式）等选项，并可以通过Modify按键对这些项目实现更改。在默认状态，气体种类为空气，气体温度为21 ℃，环境温度为21 ℃，相对湿度为21%[4]。

1 气体设置（Gas Setting）

气体温度，环境温度以及气体湿度对检测结果的影响可用理想气体状态方程（克拉伯龙方程）计算：pV=nRT 。

其中，p为气体压强，单位Pa；V为气体体积，单位m3；n为气体物质的量，单位mol；T为体系温度，单位K；R为比例常数，对任意理想气体而言，R为定值，约为（8.31441±0.00026）J/mol·K[5]。

由克拉伯龙方程，可看出气体温度、环境温度、气体湿度的设置，对获得正确的测试结果是十分必要的。

在Gas type的选择菜单中，可以查询到：Air（空气）、N2（氮气）、N2O（一氧化二氮）、CO2（二氧化碳）、O2（氧气）、Heliox（氦气）、N2O bal O2、N2bal O2（氧气、氮气等量混合气体）、He bal O2。

正常的空气成分按体积分数计算是：N2占78.08%、O2占20.95%、稀有气体占0.94%（氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn、以及不久前发现的Uuo7种元素）、CO2占0.03%，还有其他气体和杂质。空气分子量约为29，氧气分子量（32）与氮气分子量（28）接近，并且空气中氧气＋氮气占比超99%。呼吸机质量控制中，我们测试的气体大致上可分为氧浓度为30%的氧与氮的混合气体，60%的氧、氮混合气体或100%的氧气。因此，假定N2bal O2（氧气、氮气等量混合气体）的选项与目标测试气体最为接近，并通过以下实验进行验证。

实验设计：选用NPB840与Servo-i两种型号呼吸机在不同的气体种类的情况下，采用我院设计的呼吸机质量控制设置方案2，进行气流检测。测试结果，见表1。

表1 在不同气体类型下的目标潮气量比较表（单位：mL）

由表1看出，在测试设定值为500 mL时，在N2bal O2下，样本的测试值为：（503.8±5.4）mL。无论氧浓度为30%、60%、100%，还是在PC或是VC模式下，测试结果最接近设置的目标值。而错误设置在极端情况下可造成35%左右的误差。由此，原假定成立，在呼吸机质量控制工作中，N2bal O2可以作为气体种类设置的通用模式进行应用。

2 修正模式（Correction Mode）的设置

吸入和呼出气体通常由体分子和水蒸气组成。水汽在肺内气体接近饱和，而在肺的外部水蒸气因冷却而凝结。由于水蒸气的存在和变化，吸入和呼出气体密度通常处于不稳定的状态。但是呼吸机定标时必须定义一种标准气体来衡量或校准呼吸机的流量精度。为了精确地表征呼吸机的容量，生产商采用了特定的温度、压力、湿度下的特征气体作为标准气体，并依据该特征气体对该产品进行容量参数的标定。这种定义方式，称为气体的修正模式（Correction Mode）。

基于以上原因，呼吸机的质控应选择与厂家相同的修正模式，这样可建立呼吸机流量测量的溯源性，保证测量结果准确一致。

气体修正模式是一项经严格定义的参数设置模式，该标准模式有：BTPS、ATPS、ATP、NTPD、STPD等。其含义如下：

BTPS（Body Temperature and Pressure, Saturated）是呼吸生理肺容量和流量依据海平面大气压、身体温度设置的饱和水汽；ATPS（Ambient Temperature and Pressure, Saturated）是测量环境温度、环境压力的饱和水汽；ATP（Ambient Temperature and Pressure, but not saturated with Water vapor）是测量环境的温度、环境压力和室内空气；NTPD（Normal Temperature, normal Pressure, Dry）依据的是普通温度、普通压力和干燥气体；STPD（Standard temperature and pressure, dry）是标准温度（0℃ 或21℃ ，记作STPD0和STPD21），标准大气压（101.3 kPa)和干燥气体。

修正模式之间可以通过一定的转换系数进行非线性转换。当模式选择错误时，可将测量值换算到正确的结果，但计算相对复杂。计算时，转换系数是与气体的温度和湿度相关的。ATPS转换到BTPS换算对应表，见表2。例如：在20℃ 下，1 L /ATPS相当于1.102 L/ BTPS。

表2 ATPS转BTPS换算对应表（温度℃ ）

根据以上理论，本文设计了一组实验来研究修正模式的设置可能对呼吸机质量控制结果造成的影响。

实验设计：选用NPB840与Servo-i两种呼吸机在不同的气体修正模式的情况，测试方法采用我院设计的呼吸机质量控制设置方案1、2、3进行气流检测。检测结果，见表3。

表3 在不同气体修正模式下的目标潮气量比较表

由实验可知，NBP840在BTPS模式下最接近设置值；Servo-i呼吸机在STPD0模式下最接近设置值。该结果与制造商提供的修正模式相符。我们在测量呼吸机流量和容量时，必须严格按照呼吸机厂方提供的标准，对测试仪进行设置，以保证所测得的数据符合厂方要求的环境标准，避免产生误差。Drager、Tyco、Maquet品牌的修正模式设置情况，见表4。

表4 Drager、Tyco、Maquet呼吸机的修正模式设置情况

对VT PLUS气流分析仪进行修正模式（CORRECTION MODE）的更改步骤如下：

（1） 从Setup（设置）菜单中进入到Settings（设置）屏幕；

（2） 通过▲（上箭头）和▼（下箭头）软键，选择到CORRECTION MODE（修正模式）；

（3） 按MODIFY（修改）软键，直到显示出相应的选项；

（4） 按BACK（返回）软键，返回到Setup（设置）菜单。

3 总结

反复的实验证明，呼吸机质量控制工作中，气体种类及修正模式的设置对呼吸质量检测结果的影响较大；而温度、湿度的设置，由于检测通常在医院有空调的房间内完成，温湿度相对恒定，一次设置成功后即使没有每次调整，对结果影响也是相对较小的。因此，每次在测试工作开始之前，须对气体种类及校正模式进行检查和设置，以保证测试结果的正确有效。

通过以上实验，在所有气体模式中，N2bal O2均可以作为气体种类设置的通用模式进行应用；而修正模式必须严格按照厂家推荐的设置，在每次执行检测时进行修改。

另外，FLUKE气流分析仪VT-PLUS及FLUKE ESA620电气安全分析仪作为标准测试设备，必须实行定期校准和质量检测。对于不能通过质量检测的设备应进行校准和修复，保证达到检测设备的规定要求。

在做呼吸机气流分析时会遇到各种问题，如测量误差太大、测量稳定性差、重复性差。诸如此类的问题，须在测量方式上寻找原因。尤其是本文提到的气体模式的设置，对呼吸机测试结果产生的影响较大，应引起足够的重视。

呼吸机测试项目多、被测数据相关性强、测量难度大、工作量也大。但出于呼吸安全及质量的重要性，对呼吸机开展常规性质量控制是必须完成的任务。这就要求呼吸机质量控制人员提高个人水平，研究和重视质控工作的细节，把呼吸机质控工作做得更加全面和准确[6-7]。

[1] 刘欣．呼吸机的质量检测技术与实践[J]．医疗卫生装备,2011, 17(3):105-107．

[2] 陈基明,李国栋,季家红．探讨呼吸机的质量控制[J]．中国医疗设备,2012,27(11):78-80．

[3] 冯靖祎,郑骏,浦其斌．特定治疗环境下呼吸机效能的研究[J]．中华急诊医学杂志,2011,20(1):87-89．

[4] Fluke Corporation．VT Plus HF gas flow analyzer operators manual[EB/ OL]．(2008-05-10)[2012-11-30]．http://wenku．baidu．com/ view/9bc2fd2658fb770bf78a558b．html．

[5] 全国科学技术名词审定委员会．理想气体状态方程[EB/OL]．(2013-04-05)[2013-08-09]．http://baike．baidu．com/view/150172．htm．

[6] Christian Putensen,Nils Theuerkauf, Jörg Zinserling,Hermann Wrigge, Paolo Pelosi． Meta-analysis:ventilation strategies and outcomes of the acute respiratory distress syndrome and acute lung injury[J]．Ann Intern Med．2009,151:566-576．

[7] Jones S．W．,Short K．A．,Hanson W． J．,Hendrix L,Charles A．G．, Cairns B．A．Evaluation of a new circuit configuration for the VDR-4 (R) high-frequency percussive ventilator[J]．Journal of Burn Care& Resear ch．2010,31(4):640-645．

Research on the Affection of Gas Mode to the Ventilators’ Flow Quality Control

ZHENG Jun,CHEN Li-feng, LI Jun,FENG Jing-yi
The First Affiliated Hospital of Medicine School, Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310006, China

Gas mode of the ventilator is one of the important parameters about medical ventilator quality control (QC). It contains gas type, gas temperature, ambient temperature and gas mode. Gas mode is one parameter which directly affects the correction of the QC. Two types of ventilators named NPB840 and Servo-I were detected with different settings. The experiment found that the display value had the error more than 35% and 15% in extreme “gas type” setting and “correction mode” setting, which beyond the national standard. This paper studied gas mode systematacially, and offered some settings of normal ventilators to promote the QC efficiency for the QC staff in the hospital.

ventilator; airflow analyzer; gas mode; correcting mode; quality control

R197.39；TH778

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.08.021

1674-1633(2013)08-0058-03

2012-11-30

2013-03-01

浙江省医药卫生一般研究计划（2012KYA086）。

作者邮箱：frankzheng@zju．edu．cn