基于维修成本控制的VELA呼吸机故障维修案例分享

翁飞，朱泾，田靓，杨明，朱玉坤，程时栋

1.武汉大学中南医院 设备处，湖北 武汉 430071；2.湖北省计量测试技术研究院，湖北 武汉 430223

引言

VELA 呼吸机是一种功能齐全、由软件驱动的伺服控制呼吸机，同时适用于儿童和成人，在护理中为需要机械通气的患者提供持续或者间歇的通气支持。该呼吸机可以配置为常规的呼吸机或者无创正压通气呼吸机，同时具有结构紧凑和质量轻的特点，加配氧气瓶可以用于转运呼吸机，用途较广[1-2]。呼吸机属于急救生命支持类以及高风险设备，在临床的使用中一旦发生故障，不仅会给患者增加安全隐患，其维修的经费支出、维修周期等也给医院带来一定的经济压力。本文介绍了VELA 呼吸机的主要构成、报警等级、故障事件等，以及基于维修成本控制的VELA 呼吸机故障维修案例。

1 VELA呼吸机简介

1.1 呼吸机构成及原理

VELA 呼吸机的组成包括3 个模块：用户接口模块、气动装置模块和台车。用户接口模块主要包括图形用户界面、控制印制电路板（PCB，控制和监控两个微处理器）；气动装置模块包括全部机械阀门、传感器、模拟电子器件、电源（包括内置电池）和内置压缩机[3-4]。呼吸机工作时，气动模块从气源接收空气和氧气，根据前面板的设定值通过空氧混合器对气体进行过滤和混合，随后气动模块通过与流量传感器反馈成正比的高速螺线管来输送适当压力或容量的气体（根据不同的容控模式和压控模式），气体再通过机械超压泄压阀以及1 个低于环境压力阀输送至患者处[5]。如图1 所示为VELA 呼吸机的工作原理简图。

1.2 呼吸机报警等级及故障事件

VELA 呼吸机的报警等级分为4 大类[6]：① 高优先级报警：状态栏为红色并以2 Hz 的速率闪烁，报警声为高级报警旋律；② 中优先级报警：状态栏为黄色，以0.5 Hz 的速率闪烁，报警声为中级报警声；③ 低优先级报警：状态栏为黄色，不闪烁，报警声为低级报警声；④ 无报警：报警指示器显示为绿色，无信息，无报警声。VELA 呼吸机的报警显示由报警符号和报警信息组成，其中报警符号根据报警条件更改状态，报警信息出现在触摸屏右上方的状态栏内。当呼吸机同时出现若干个报警时，报警信息将按照高优先级到低优先级的顺序从上到下显示，除 “呼吸机故障”报警外，其他的故障报警声都可以通过按报警声音暂停键暂停60 s。在呼吸机的故障报警中，红色高优先级报警多为机器故障报警或患者端异常导致的机器报警，此类报警发现后应及时确认故障原因，以避免故障或患者状态异常导致患者病情加重；黄色中低优先级报警多为机器提示报警，如电池电量不足，此类报警虽然不是机器故障类报警，但仍不能忽视，需查明原因。VELA 呼吸机报警信息以及对应的故障事件如表1 所示。

表1 VELA呼吸机报警信息级别及故障事件对应表

2 VELA呼吸机故障维修案例

同一临床科室在同一时间段报修两台VELA 呼吸机，其中一台使用年限9 年，开机报错，经工程师鉴定为呼吸机涡轮故障；另一台VELA 呼吸机的使用年限为11 年，呼吸机开机报“呼吸机故障”等。两台呼吸机均已过保修期，且已经超过VELA 呼吸机使用说明书上建议的使用年限（建议使用年限为8 年）。综合考虑厂家涡轮、主板等配件的报价、两台呼吸机的使用年限以及设备残值等因素，在征求临床科室同意后，建议该科室办理其中一台呼吸机的报废手续，拆除报废呼吸机上可用配件对第二台呼吸机进行抢救性维修。

两台VELA 呼吸机为同一型号，一台呼吸机是2011 年生产，另一台呼吸机是2013 年生产，考虑到设备中软件和硬件不同版本向下兼容的特性，决定报废2013 年生产的呼吸机，拆除该呼吸机上可用配件用以维修2011 年生产的呼吸机。

2.1 故障现象

将呼吸机接入交流电，交流状态指示灯和直流状态指示灯均亮起，交流状态指示灯为绿色，但是直流状态指示灯为红黄交替闪烁；呼吸机开机报“呼吸机故障”“涡轮马达故障”“氧气入口压力过低”和“低分钟通气量”等，状态栏为红色，快速闪烁，机器报警声音持续且不能暂停。

2.2 故障分析

“呼吸机故障”属于高优先级报警，当呼吸机遇到由不可恢复的情况引发的故障时，会提示此报警，应当及时引起高度重视[7-8]。“呼吸机故障”报警多数为硬件问题，引发此类呼吸机故障报警常见情况有两种：① 主板断电，即呼吸机内部蓄电池馈电，由于主板启动都是用蓄电池启动，所以当蓄电池馈电时会造成此故障报警产生；② 主板故障，包括压力传感器、压差传感器以及涡轮控制芯片等故障，也会引起“呼吸机故障”和“涡轮马达故障”，需要定标以及更换主板进行确认。

“涡轮马达故障”属于高优先级报警，多为机器硬件故障，涡轮为呼吸机的核心部件之一，此类故障应及时引起高度重视[9]。引发该报警的常见的原因有3 种：涡轮发生故障、主板上的压差传感器发生故障和涡轮控制板发生故障。

“氧气入口压力过低”报警属于机器端故障报警，属于高优先级报警，此报警对于特殊患者影响较大，所以应当引起重视[10-11]。引发此类报警故障主要分为3 种情况：设备带/吊塔氧源压力过低，达不到呼吸机要求下限（2.6 Bar）；呼吸机的连接管路存在漏气情况；呼吸机内部的氧气压力调节阀漏气或者空氧混合器故障。

2.3 故障排查与解决方案

2.3.1 故障1：“呼吸机故障”

当呼吸机同时出现多个故障报警时，应该优先处理高优先级报警，然后依次是中优先级报警、低优先级报警。因此针对该呼吸机存在“呼吸机故障”“涡轮马达故障”“氧气入口压力过低”和“低分钟通气量”等多个报警的情况，优先排查“呼吸机故障”报警。

根据引发“呼吸机故障”报警的两种主要原因，遵循由易到难的原则进行故障排查。首先检查呼吸机内置电池的电量：将呼吸机与患者断开连接，关机充电15 min，交流状态指示灯和直流状态指示灯均亮起，交流状态指示灯为绿色，但是直流状态指示灯依旧为红黄交替闪烁，初步判断呼吸机蓄电池故障。断开交流电，拆开待维修呼吸机的外壳，拆除呼吸机蓄电池组件（含充电电容）（图2），将报废的呼吸机中蓄电池组件（含充电电容）拆下，重新接入待维修的呼吸机中，将机器外壳装好。在关机状态下充电15 min 后，交流指示灯和直流指示灯均亮起，交流指示灯为绿色，直流指示灯为红色，呼吸机内置电池故障解决。之后排查 L 型电源板，拆机并用万用表测量电源电压，接入电源 AC 220 V之后测量 L 型电源板的输出电压。L 型电源板的输出电压分别为 DC 24 V、12 V、5 V 和2 个48 V，电压输出均正常，至此呼吸机电源供电部分故障解除。

图2 VELA呼吸机电池组件图

接入电源 AC 220 V 后将机器开机，呼吸机依旧报“呼吸机故障”“涡轮马达故障”“氧气入口压力过低”和“低分钟通气量”等。点击“主屏幕”→“扩展功能” →“事件” 查看具体报警事件记录，显示为“（DAC/ADC）数模转换器错误”，即呼吸机主板上的数模转换器故障。针对此故障，优先考虑更换主板加涡轮小板。关机断开交流电，拆开待维修呼吸机外壳，拆除控制主板以及涡轮小板（图3），将报废呼吸机中的控制主板以及涡轮控制板拆除并接入待维修呼吸机中，将机器外壳装好。接入交流电，连接好气源及外部管路后开机，“呼吸机故障”和“涡轮马达故障”报警解除，但是“氧气入口压力过低”和“低分钟通气量”报警仍存在，并且新增加了“扬声器故障”报警。

图3 VELA呼吸机控制主板以及涡轮控制板图

2.3.2 故障2：“氧气入口压力过低”

“氧气入口压力过低”为高优先级报警，“低分钟通气量”为中优先级报警，“扬声器故障”为低优先级报警，因此，优先排查“氧气入口压力过低”故障。

根据引发“氧气入口压力过低”报警的常见原因开展故障排查。首先，查看吊塔上的氧源压力表，显示压力值为0.4～0.5 MPa，在正常压力范围内。查看氧气连接端口、呼吸机外部管路是否漏气，经过检测未发现漏气点和连接松动的情况。然后在开机的情况下，逐渐上调呼吸机的氧气浓度，发现呼吸机背后出现有持续漏气“呲呲”声音，初步判断氧气压力调节阀（图4）存在漏气。拆开主机外壳，微调氧气压力调节阀旋钮，提高压力调节阀压力，再进行开机测试，呼吸机背后漏气“呲呲”声音消除，并且机器“氧气入口压力过低”和“低分钟通气量”报警解除。至此，呼吸机的报警信息只有“扬声器故障”。

图4 VELA呼吸机氧气压力调节阀图

2.3.3 故障3：“扬声器故障”

“扬声器故障”属于低优先级报警，常见原因为扬声器故障、扬声器连接线松动、报警器控制板故障。经排查，扬声器完好，扬声器连接线无松动情况，所以排除这两个因素。考虑到该报警呼吸机的主板是从高版本呼吸机上拆除的，推测报警原因为呼吸机的软件或者硬件版本不同。

通过查阅这两台不同批次呼吸机的使用说明书、维修手册等资料，发现这两台呼吸机在扬声器的配置上存在差异，2011 年生产的呼吸机（正在维修的呼吸机）上只配置了1 一个报警扬声器，而2013 年生产的呼吸机（报废的呼吸机）上配置了主报警扬声器和备用报警扬声器，并且相应地多了1 块报警扬声器的控制板（图5）。如图6 所示为两台呼吸机后面板的布局对比图，如图7 所示为两台呼吸机主板的线路对比图，其中2013 年批次呼吸机主板上红色所示接口与图5 中主报警扬声器控制板相连接。

图5 2013年批次VELA呼吸机报警扬声器配置图

图6 2011年批次（a）和2013年批次（b）VELA呼吸机后面板布局对比图

图7 2011年批次（a）和2013年批次（b）VELA呼吸机主板线路对比图

从报废呼吸机上拆除主报警扬声器以及相应的控制板（图8），并将控制板接入维修的呼吸机主板上（图7中红色所示接口）。由于2011 年批次的呼吸机上没有预留固定的位置给新接入的报警扬声器，因此需要用粘胶以及扎带将扬声器及相应的控制板固定在呼吸机内部，并且不能影响呼吸机其他部件的正常运转。安装完成后，将机器组装好，接好外部管路，接好气源，接入交流电开机测试，“扬声器故障”解除，呼吸机的状态栏为绿色。

图8 主报警扬声器以及相应的控制板

2.4 呼吸机性能检测

呼吸机的性能检测依据是JJF 1234-2018《呼吸机校准规范》[12]，标准器采用FLUKE 900A 气流分析仪。按照图9 所示正确连接被检测呼吸机、气流分析仪和模拟肺，对呼吸机的5 个计量特性：潮气量、呼吸频率、气道峰压、呼气末正压和吸气氧浓度进行检测。修复后的呼吸机的5 个计量特性检测结果均满足相应的技术指标要求，呼吸机计量特性检测结果和相应的技术指标要求如表2 所示。

表2 修复后的呼吸机计量特性检测结果一览表

图9 呼吸机校准系统连接示意图

3 讨论与小结

VELA 呼吸机作为一种集成度高、功能复杂的设备，其故障可能发生在呼吸机的各个部位，最常见呼吸机故障主要集中在气路装置模块[13]，因此明确呼吸机的通气原理对呼吸机故障的排查与解决很重要。针对VELA 呼吸机，其报警信息出现在触摸屏右上方的状态栏内，报警的具体事件可以通过点击“主屏幕”→“扩展功能”→“事件”查看。当呼吸机同时出现若干个故障报警时，报警信息将按照高优先级到低优先级的顺序从上到下显示，临床工程师应该优先排查解决高优先级报警故障，再依次排查解决中优先级报警故障、低优先级报警故障，而针对每个报警事件，遵循由易到难的排查原则[14]。因此，熟知呼吸机报警等级分类及报警事件尤为重要，不仅可以指导临床操作人员进行报警判断，避免医疗事故的发生；而且可以帮助临床工程师设备维修时进行故障报警的快速排查与解决，避免呼吸机潜在故障演变成常见故障，延长机器使用寿命，降低维修支出[15-16]。

针对使用年限较久、已经出保修期的进口设备，还存在厂家维修响应困难的现状，临床工程师可以利用同型号其他设备上的配件进行故障排查，从而确定故障配件，再综合设备使用年限、设备残值、配件报价、设备归属科室维修意愿等因素进行维修或者报废处理[17]。同时，在利用同型号设备上的配件进行故障排查时，要仔细查阅设备的使用说明书及维修手册，便于解决由于设备硬件或软件版本的不同而引入的新故障报警。

在呼吸机的日常使用中，呼吸机操作人员及维修保养工程师需定期做好呼吸机的维护保养工作[18]，及时对呼吸管路、流量传感器、呼气阀组件进行清洗消毒，经常对其报警系统、潮气量、触发灵敏度等进行检查，定期更换呼吸机相关配件，如空气进气过滤器、风扇散热过滤器、氧传感器、氧气调压阀、涡轮过滤器等。此外，呼吸机性能参数的定期检测对于呼吸机安全有效的应用同样重要[19-20]，通过呼吸机日常质控数据的统计，参考行业标准进行数据变化分析，可以主动发现呼吸机潜在问题，防止潜在问题扩大，避免其转变为常见故障，如此，不仅能降低设备维修成本，还可提升设备使用效率和安全质量，为临床医疗服务的顺利开展提供有力保障[15-16]。本文中修复的VELA 呼吸机由于其更换的配件是从报废设备上拆除，其潜在故障发生的概率更高，因此更要定期对其性能输出参数进行监测。本文可为临床工程师提供新的维修思路。