舰船环境对呼吸机性能检测的影响

王明刚，毛英军，魏 立，郭姝宸，陈 磊，陈 燚

舰船环境对呼吸机性能检测的影响

王明刚，毛英军，魏 立，郭姝宸，陈 磊，陈 燚

目的：研究舰船环境参数对呼吸机性能检测的影响，为开展舰载呼吸机现场质量检测提供依据。方法：采用现场运行试验方法，分别在高温、湿热、颠振和电磁干扰环境条件下，对呼吸机通气参数进行检测，将检测结果与实验室环境下的检测数据对比，对照分析气候条件、机械条件和电磁干扰对呼吸机质量检测的影响规律。结果：高温和湿热条件下，潮气量和吸入氧的体积分数的测量值偏高，潮气量的最大输出误差超出允许值；颠振对吸气压力水平和呼气末正压的测量值有一定影响；电磁干扰对检测结果无明显影响。结论：舰船环境对呼吸机部分性能有一定影响，必须加强舰载呼吸机现场检测技术的研究。

呼吸机；舰船环境；现场检测

0 引言

呼吸机是常用的急救和生命支持设备，也是临床应用风险等级最高的医疗设备之一，应用ISO 14971《医用装置风险管理标准》的风险分析方法，呼吸机的风险系数分值达12分，远远高于其他医疗设备，因此，开展呼吸机质量控制是保证伤病员治疗安全的重要手段。目前，全军医院、疗养院已全面开展呼吸机的质量安全控制工作，但在舰艇部队还没有普及，特别是舰船现场环境下的呼吸机性能检测尚处于研究探索阶段。

舰载呼吸机是指装配于医院船、卫生运输船、医疗救护艇、航母及其他战辅船上的呼吸机。为保证航行安全，这些呼吸机都固定在舱室，拆装不便；舰船锚地距离有检测能力和检测标准环境的实验室较远，仪器运输困难；呼吸机的使用环境恶劣，尽管在标准条件下校准时已证明仪器是合格的，但在实际使用时可能超过其最大允许误差，存在误判的风险。这些客观因素要求舰载呼吸机的性能检测必须在舰船现场环境下进行。

舰载呼吸机的现场作业环境涉及海洋水文环境、气象环境、舰艇内部环境和电磁环境等多维战场环境[1]，影响因素包括舰船的环境温度、湿度、噪声、振动、电源、电磁干扰等，而检测仪器一般要求在规定的环境条件下，即符合环境条件的实验室里工作，舰载呼吸机的现场环境与检测仪器要求的标准环境条件参数差异见表1[2-4]。

表1 呼吸机检测环境条件参数对照

从表1可以看出，两者环境条件相差较大，环境的差异性必然会对舰载呼吸机的质量检测产生影响[5]。本文通过在不同舰船环境条件下，对呼吸机通气参数进行检测，将检测结果与实验室环境下的检测数据对比，从中总结气候条件、机械条件和电磁干扰对呼吸机质量检测的影响规律，并就如何克服这些影响进行探讨。

1 材料和方法

1.1 仪器

检测仪器采用美国福禄克公司的VT Plus HF气流检测仪；模拟肺采用DRAEGER公司的1 L夹板肺；检测对象为西门子公司的Servoi呼吸机。

1.2 方法

1.2.1 试验环境

在GJB 4.1—1983《舰船电子设备环境试验总则》中，规定了舰船电子设备应做的环境试验项目，由于本次试验研究的是检测仪器所受到的现场环境的实时影响，不必考虑长期持续及突发因素的影响，因此，本研究仅需对高温、湿热、颠振和电磁干扰等环境进行试验，本研究共分为5组环境[6-8]。

（1）标准环境。温度（23±2）℃，大气压强96～104 kPa，相对湿度（50±2）%RH，无振动和干扰。

（2）高温环境。温度（40±2）℃，大气压强96～104 kPa，相对湿度（60±2）%RH，周围无影响检定系统正常工作的机械振动和电磁干扰。

（3）湿热环境。温度（40±2）℃，大气压强96～104 kPa，相对湿度（90±3）%RH，周围无影响检定系统正常工作的机械振动和电磁干扰。

（4）颠振环境。温度（23±2）℃，大气压强96～104 kPa，相对湿度（60±2）%RH，海况3～4级，浪高2～3 m，有振动，无干扰。

（5）电磁环境。温度（23±2）℃，大气压强96～104 kPa，相对湿度（60±2）%RH，无振动，有明显干扰。

1.2.2 试验方法

呼吸机的通气参数检测主要有潮气量、呼吸频率、吸呼比、吸气压力水平、呼气末正压（PEEP）、吸入氧的体积分数和安全报警等项目，现代呼吸机的时间控制设计十分精确，吸呼比的测量可以省略[9-10]，而安全报警功能与检测仪器无关，因此，设计了以下5个试验：（1）潮气量检测环境试验；（2）呼吸频率检测环境试验；（3）吸气压力水平检测环境试验；（4）呼气末正压（PEEP）检测环境试验；（5）吸入氧的体积分数检测环境试验。

1.3 评价依据

本次研究引用的标准：

（1）GJB 4《舰船电子设备环境试验》；

（3）GJB 150《军用设备环境试验方法》；

（3）GB/T 14170—2009《医用电器环境要求及实验方法》；

（4）IEC 60601-2-12:2001 Medical electrical equipment—Part 2-12:Particular requirements for the safetyof lung ventilators—Critical care ventilators；

（5）中国人民解放军总后勤部卫生部颁布的《呼吸机质量检测技术规范（试行）》；

（6）JJF 1234—2010《呼吸机校准规范》。

2 结果

在不同环境下，按照所设计测试方法进行分组试验，检测结果统计如下。

2.1 潮气量检测结果

被测气体为氧气，气流分析仪的气体修正模式为ATP；呼吸机设置为容量控制模式，呼吸频率f=15次/min，吸呼比I∶E=1∶2，吸入氧的体积分数FiO2=40%，分别记录潮气量设定为200、400、600、800、1 000 mL时的测量值，所得结果见表2。

表2 潮气量检测数据

试验结果显示，与标准环境对比，高温和湿热环境会使潮气量的测量结果偏高，最大输出误差发生在潮气量设定值200 mL处，误差大于允许值，振动对潮气量的测量有一定影响，但无统计学意义，电磁干扰无明显影响。

2.2 呼吸频率检测结果

呼吸频率测量值与设定值完全相同，环境对其检测无影响，不再赘述。

2.3 吸气压力水平检测结果

被测气体为氧气，气流分析仪的气体修正模式设为ATP；呼吸机设置为压力控制模式，呼吸频率f=20次/min，吸呼比 I∶E=1∶2，PEEP=0 cmH2O（1 cmH2O=98 Pa），吸入氧的体积分数FiO2=40%，分别记录吸气压力设定为10、15、20、25、30 cmH2O时的测量值，所得结果见表3。

表3 吸气压力水平检测数据

试验结果显示，与标准环境对比，在高温、湿热和振动环境下，吸气压力水平的测量值出现一定偏差，但输出误差在允许值范围内，电磁干扰无明显影响。

2.4 呼气末正压（PEEP）检测结果

被测气体为氧气，气流分析仪的气体修正模式设为ATP；呼吸机设置为压力控制模式，呼吸频率f= 20次/min，吸呼比I∶E=1∶2，吸气压力水平为20cmH2O，吸入氧的体积分数FiO2=40%，分别记录PEEP设定为2、5、10、15、20 cmH2O时的测量值，所得结果见表4。

表4 呼气末正压检测数据

试验结果显示，与标准环境对比，在高温、湿热和振动环境下，PEEP的测量值出现一定偏差，但输出误差在允许值范围内，电磁干扰无明显影响。

2.5 吸入氧的体积分数（FiO2）检测结果

被测气体为氧气，气流分析仪的气体修正模式设为ATP；呼吸机设置为压力控制模式，呼吸频率f= 15次/min，吸呼比I∶E=1∶2，PEEP=2 cmH2O，分别记录FiO2为21%、40%、60%、80%、100%时的测量值，所得结果见表5。

表5 吸入氧体积分数检测数据

试验结果显示，与标准环境对比，高温和湿热环境使FiO2的测量结果偏高，输出误差在允许值范围内，振动和电磁干扰对测量结果无明显影响。

3 讨论

3.1 检测仪器的选型

正确选择检测仪器，可有效减少现场环境对结果的影响。目前，市场上推广使用的呼吸机检测设备主要有美国福禄克公司的VT-PLUS HF Gas Flow Analyzer和QA-VTM Ventilator Tester、美国TSI公司的4080、中国测试技术研究院研制的NTVT-A呼吸机检测仪、瑞士imtmedical公司的 Flow Analyser PF-300，这些仪器的压力测量、温度测量、氧浓度测量原理基本相同，但其流量测量原理完全不同。

（1）VT-PLUS HF、PF-300采用压差传感器，通过测试压差来测量气体流量，涉及的物理量有气体的动态黏滞系数、气体的密度、流量管的几何参数。

（2）QA-VTM采用超声流量传感器，利用超声波在不同流速气流中的速度不同的基本原理来测量气体的流量。

（3）NTVT-A采用质量流量计测试气体的流量，将同步测量的压力和温度进行对应，计算出环境条件和标准条件下的气体体积与流量。

测量原理的不同决定了检测仪对环境的适应能力不同，由于超声流量传感器对噪声敏感、质量流量计受振动影响大，因此，本次研究美国福禄克公司的VT Plus HF气流分析仪。

VT-PLUS HF气流分析仪流量测量采用的是节流压差原理。通过网筛节流件前后的压力差测量间接得到气体流量，压差计算公式为

ΔP=c1·η·Q+c2·ρ·Q2

式中：c1、c2为孔板的几何尺寸；ρ为气体密度单位为kg/m3；η为气体黏性，单位为Pa·s；Q为气体流量，单位为L/min。

可以看出，压差的测量与气体的密度、黏性和节流孔径有关，而气体的密度、黏性又与温度、湿度、大气压、气体种类等因素有关。因此，在对温度、湿度、大气压进行补偿后，VT-PLUS HF气流分析仪可用于检测舰载呼吸机。

3.2 现场检测工作程序

现场检测有别于常规检测，必须详细制定检测前准备、检测实施和检测后数据处理的方案和程序。

接到现场检测任务后，组织检测组成员对检测任务进行分析，编制检测方案，协调具体日程，确定检测人员，准备要携带的仪器设备。检测负责人负责对拿到现场的所有检测仪器在使用前进行功能检查，保证良好状态；所携带的检测器具，必须配置设备运输箱，运输过程中做好防振、防潮、防尘工作，有特殊要求的仪器，要严格按使用说明书的规定执行。

到达现场后，应对现场工作环境（温度、湿度、气压、振动、噪声、电源等）设施进行检查，环境条件对检测质量有影响时，现场检测负责人应首先安排对校验环境条件是否达到要求进行评价，当确认环境和各种条件已满足检测要求后，即可组织实施现场检测，并将环境条件记录下来。在现场环境条件符合的情况下，对带到现场的检测设备状态进行检查，确认工作状态良好后，才能开始检测工作，检测人员应认真记录检测数据。

现场检测工作结束后，应对所有使用过的仪器进行检查，确定所有仪器无任何异常，检测结果有效；若在仪器使用后的检查过程中发现异常，分析原因，确定能否弥补，若不能弥补，宣布本次检测结果无效。

3.3 零点漂移

VT-PLUS HF气流分析仪开机后要预热5 min，对舰船环境预热时间更长，以防止调零产生的温漂，同时，在检测过程中，如遇温度变化较大，必须重新调零。

4 结语

舰船现场环境不完全符合检测仪器工作的基本

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）环境条件，虽然可根据实际条件进行一定程度的温度和湿度补偿，但却不能消除气候条件剧烈变化所带来的瞬态影响，同时，也无法克服机械振动和电磁干扰的影响，造成不确定度的改变。因此，必须加强舰船现场检测技术的研究，包括检测仪器选型、现场检测程序、检测数据修正、检测结果评价等环节，使卫生装备的质量检测从陆地走向海上，由常规环境延伸到复杂的舰船环境。

[1]傅征.军队卫生装备学[M].北京：人民军医出版社，2004：900-911.

[2]GJB 4.1—1983 舰船电子设备环境试验总则[S].北京：国防科学技术委员会，1983.

[3]张秋实.呼吸机麻醉机质量控制检测技术[M].北京：中国计量出版社，2010.

[4]总后勤部卫生部.呼吸机质量检测技术规范（试行）（卫药材[2008] 83号通知）[M].北京：总后勤部卫生部，2008：30-52.

[5]鲁静，周博，黄瑾.医院船前出组携行物资配备、影响因素及对策[J].医疗卫生装备，2014，35（2）：127-128.

[6]陈靖，曹德森，吴昊，等.JJF 1234—2010 呼吸机校准规范[S].北京：国家质量监督检验检疫总局，2010.

[7]GB 9706.1—2007 医用电气设备第1部分：安全通用要求[S].北京：中国标准出版社，2008.

[8]GB/T 14170—2009 医用电器环境要求及实验方法[S].北京：中国标准出版社，2010.

[9]李雪源，武振虎，卢娟.呼吸机质控监测发现的问题及解决方法[J].医疗卫生装备，2014，35（7）：116-118.

[10]杜和诗.医学计量、质量控制与医学装备质量保证的关系[J].医疗卫生装备，2013，34（6）：120-123.

（收稿：2014-04-27 修回：2014-09-20）

Influence of ship environment on ventilator performance testing

WANG Ming-gang,MAO Ying-jun,WEI Li,GUO Shu-chen,CHEN Lei,CHEN Yi
（The 401st Hospital of the PLA,Qingdao 266071,Shandong Province,China）

ObjectiveTo enhance the quality control of shipborne ventilator and analyze the influence of shipborne environmentalon ventilatorperformance testing.MethodsUnderhigh temperature,damp heat,bumping and electromagnetic interference environment conditions,using the field test method,the ventilation parameters was detected. Comparing the test results between laboratory environment and ship environment,the influence of climatic conditions, mechanical and electromagnetic interference on the ventilator quality detection were studied.ResultsUnder high temperature and humid conditions,measurements of the tidal volume and FiO2were increased slightly,and the maximum output error of the tidal volume was beyond the allowed value;vibration had certain influence on the measurement on inspiratory pressure level and PEEP;electromagnetic interference had no obvious influence on the test results.Conclusion Ship enviroment has a certain effect on part performance of the ventilator，and field testing technique of shipborne ventilator must be strengthened.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（1）：32-34，57]

ventilator;ship environment;field testing

R197.39；R318.6

A

1003-8868（2015）01-0032-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.01.032

全军军事医学计量科研专项课题（2011-JL2-013）

王明刚（1968—），男，副主任技师，主要从事卫生装备管理、军队卫生勤务等方面的研究工作，E-mail：wmgang@sina.com。

266071山东青岛，解放军401医院（王明刚，毛英军，魏 立，郭姝宸，陈 磊，陈 燚）