呼吸机的气路工作原理及压力测量_呼吸机的工作原理

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呼吸机的气路工作原理及压力测量

摘要：呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节约心脏储备能力的装置。本文介绍了呼吸机的工作原理、气路结构、以及实现流量（流速）测量的原理，介绍了呼吸机的各项压力量的测量及压力传感器的匹配类型。

关键字：压力传感器；呼吸机；流量传感器；流速传感器；

1.呼吸机的工作原理与所需测量参数 1.1 呼吸机工作原理

图1：呼吸机气路图

这里以定量型呼吸机为例介绍呼吸机的简单工作逻辑，先设定潮气值，当呼吸机送气时，不管患者肺内阻力大小，将设定的潮气量送入气道；呼气时，呼吸道压力下降与大气相通，肺泡内气体排除体外。定量型呼吸机不受患者肺内病变的影响，保证足够的通气量。但必须有压力报警装置，当气道内压力超过设定的范围，呼吸道呼气阀门打开，与大气压相通，气体排出体外，防止气道压力过高，肺泡破裂，产生气胸等严重并发症。因此，呼吸机需对潮气量进行控制，对气道压力进行实时的监控，还需要有安全可靠的压力报警装置（自检系统）。

1.2 呼吸机工作模式介绍 1.2.1吸气工作步骤：

a)空气，氧气混合（需经过过滤与消毒）b)测量混合气体的输入流量 c)流量合适的混合气体流入气罐

d)气罐内气体流至吸气阀（两边有两个过压阀，可调整气压至病人适合状态）

e)压力传感器（测量吸气压）

f)流量传感器（测量输入病人的吸气流量及流速）g)病人气道 1.2.2呼气工作步骤：

a)病人气道

b)流速传感器（测量病人呼气流量及流速）c)呼气阀 d)环境 1.2.3自检系统：

a）气道测试（使用前确定各机构无异常，若有异常给出异常信息，方便人员维修）

b)监控呼吸机运行状态，及时进行故障报警

自检系统是呼吸机为了防止机器内各传感器故障的系统，自检装置会对个传感器进行反复比较，得出某气道漏气或者某传感器故障等报错信息。自检系统由差压式压力传感器与绝压式(或表压式)压力传感器构成，且自检系统与各气路皆有联通。

1.3 呼吸机所需测量参数：

a)潮气量（平静呼吸时每次吸入或呼出的气量）b)呼吸频率 c)吸气流速

d)呼吸比（一次呼气和吸气所占用的时间比值）e)吸入氧浓度 f)气道压力

根据呼吸机的气道结构（图1）可知，混合气体流量（流速），潮气量、呼吸频率、呼/吸流量（流速）、呼吸比均可用流量传感器数据对波形、频率处理得到，吸入氧浓度可由氧浓度传感器测得，气道压力可由各气道的压力传感器测得。

2.流量传感器原理

图2：节流器原理图与实物图

通过一颗节流器，测量节流器两端压差ΔP即可计算出管路的流量：

其中，qm为气体质量流量，qv为体积流量，D为管路直径，d为节流孔直径，P1为气体流入节流孔前的密度，ε为气体可膨胀系数，ΔP为节流孔两端的气压差。

管路直径、节流孔直径、气体密度、膨胀系数均均可在使用前进行设定，因此只要用一颗差压式压力传感器即可测得气体的流量，而流速可以通过流量除以管路截面积算得。

3.总结 呼吸机一般要使用6颗左右的压力传感器：2颗绝压（或表压）式压力传感器用于气道压力测量，两颗差压式压力传感器用于流量（流速）测量，一颗绝压（表压）式压力传感器与一颗差压式压力传感器用于构成自检系统，用于对各气道压力传感器做压力值比较，进行故障报警。