電動(dòng)呼吸機(jī)發(fā)展史/飛利浦呼吸機(jī)
1 前言
呼吸機(jī)有著不同的分類方法，例如按照動(dòng)力來源分類的方法有：氣動(dòng)氣控呼吸機(jī),，氣動(dòng)電控呼吸機(jī)，電動(dòng)電控呼吸機(jī),，3種類型的呼吸機(jī)。這里將介紹電動(dòng)電控呼吸機(jī)的發(fā)展過程,，通過了解和研究這種呼吸機(jī)的發(fā)展過程希望能夠?qū)εR床醫(yī)生,、設(shè)備維修和研究人員在應(yīng)用此類呼吸機(jī)時(shí)得到一點(diǎn)幫助。
2 電動(dòng)呼吸機(jī)分類
呼吸機(jī)是一個(gè)肺通氣裝置（Lung ventilator）,，因?yàn)樗荒芷鸬綄怏w送到肺內(nèi)和排出肺外的作用,，而并沒有參與呼吸的全過程,，它并不能代替肺的全部功能（指換氣功能）。所以有人認(rèn)為將其稱之為“通氣機(jī)”更為確切,，從英文直譯也是這個(gè)意思,。完成通氣機(jī)的功能人們最早想到的就是“打氣筒”原理，其目的就是利用一種機(jī)械裝置將氣體增壓送入人體,，如將手動(dòng)打氣的動(dòng)作演變?yōu)椴捎米詣?dòng)控制技術(shù)來完成,，也就形成了電動(dòng)呼吸機(jī)的送氣工作原理。形式上有“單腔增壓式”,，例如：折疊氣囊,、氣缸活塞、滾膜,。另外還有“多腔增壓式”,，例如：微泵、微渦輪,。
3 各類電動(dòng)呼吸機(jī)的介紹
電動(dòng)呼吸機(jī)內(nèi)部的電動(dòng)裝置自身可使氣體增壓所以不需要壓縮氣源,，在許多缺少或沒有氣源的場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用，針對(duì)這一應(yīng)用市場(chǎng)人們研究了許多不同原理的電動(dòng)呼吸機(jī)，它們都有著各自不同的特點(diǎn)在臨床應(yīng)用中各自扮演著不同的角色,。下面列舉幾個(gè)在市場(chǎng)上常見的電動(dòng)呼吸機(jī)分別介紹一下它們的上市的年代,、特點(diǎn)以及應(yīng)用。
3．1 折疊氣囊式
70年代－80年代電動(dòng)呼吸機(jī)多采用的是折疊氣囊形式,，它是一種用彈性橡膠材料制成的容腔,，利用皺褶的伸長(zhǎng)和層疊使得容積改變達(dá)到增壓的目的。折疊囊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是用電機(jī)來驅(qū)動(dòng)消耗的是電力因此稱之為電動(dòng)呼吸機(jī),。工作原理是這樣的：吸氣時(shí)折疊囊被電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)擠壓將囊中氣體增壓通過單向活瓣擠壓進(jìn)病人氣道內(nèi),，呼氣時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)向相反的方向運(yùn)動(dòng)使折疊囊伸長(zhǎng)，利用產(chǎn)生的負(fù)壓將外界空氣通過單向活瓣吸入囊內(nèi)準(zhǔn)備下一次的循環(huán),。KONTRON（法國(guó)）,、ACOMA（日本）的麻醉呼吸機(jī)均采用的是此種技術(shù)。
折疊囊式的電動(dòng)呼吸機(jī)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造成本低,，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)呼吸機(jī)研究的不斷進(jìn)步,，折疊囊已經(jīng)跟不上控制的需要，例如容量的精度問題,，一般單腔增壓式的控制是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行程和容積的正比關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的,，由于折疊囊是一個(gè)彈性體當(dāng)氣體被壓縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生直徑方向的膨脹，隨著氣道壓力的變化其膨脹程度也會(huì)不同,，這樣就改變了行程和容積的正比關(guān)系,，人們想了一些辦法例如在折疊囊的凹褶上箍上一個(gè)鋼絲圈以減少直徑方向的膨脹，同時(shí)適度增加了材料的硬度,，但是仍然達(dá)不到現(xiàn)代呼吸機(jī)的精度要求,。另一個(gè)問題是響應(yīng)時(shí)間的問題，現(xiàn)代呼吸機(jī)要求的響應(yīng)時(shí)間一般都在20ms以內(nèi),，性能差一些的在50ms左右,，而橡膠折疊囊式的響應(yīng)時(shí)間還要大于這個(gè)值，原因是橡膠本身的彈性變形所造成的,，還有是因?yàn)檫@種機(jī)構(gòu)采用的都是步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力的,。大家都知道，步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)變頻的過程,，而且頻率也不能太快,，導(dǎo)致開始供氣時(shí)速度比較慢，也就常說的供氣延時(shí),，這種延時(shí)可達(dá)100ms以上,。另外，由于是彈性腔體,，觸發(fā)也就變得很困難,，所以在過去更多的應(yīng)用是在麻醉呼吸機(jī)或是簡(jiǎn)易急救呼吸機(jī)上,，病人沒有自主呼吸，不需要觸發(fā)通氣的場(chǎng)合,。呼吸機(jī)因機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的延遲造成控制與氣體輸出之間的時(shí)差過大使得病人無法感到舒適,，得不到良好的治療效果。因此現(xiàn)在的治療呼吸機(jī)上不使用這種技術(shù),，現(xiàn)在也很少有人在麻醉呼吸機(jī)上應(yīng)用了,。
3．2 氣缸活塞式
80年代末期至90年代初期氣缸活塞式的電動(dòng)呼吸機(jī)出現(xiàn)，它的氣缸的容腔是剛性的,，一般是用鋁材或碳纖維制成的圓筒,，它是利用活塞移動(dòng)來使得容積改變達(dá)到增壓的目的。工作原理與折疊囊的一樣,。Achieva（美國(guó)PB） Bear33（美國(guó)） 采用的是此項(xiàng)技術(shù),。
氣缸活塞式的電動(dòng)呼吸機(jī)與折疊囊式的區(qū)別是容腔是剛性的不會(huì)產(chǎn)生折疊囊的彈性變形的問題,，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行程和容積的變化遵循正比的關(guān)系,，容量控制的精度因此很高。另一個(gè)在響應(yīng)時(shí)間上的問題上也不會(huì)產(chǎn)生像折疊囊那樣的彈性變形造成較大的延遲,，氣缸活塞式因?yàn)橛谢钊c缸筒內(nèi)壁的密封所以必然要產(chǎn)生一定的摩擦阻力,，活塞本身的質(zhì)量也會(huì)在啟動(dòng)的一瞬間產(chǎn)生較大的慣量，這兩個(gè)現(xiàn)象都會(huì)使得呼吸機(jī)產(chǎn)生響應(yīng)時(shí)間延遲的問題,，所以關(guān)鍵技術(shù)是如何減少摩擦阻力和活塞的質(zhì)量,，呼吸機(jī)通過在缸筒內(nèi)壁利用減磨材料進(jìn)行涂復(fù)，同時(shí)設(shè)計(jì)出一種性能優(yōu)良的密封環(huán)極大地降低了摩擦阻力,，通過設(shè)計(jì)4個(gè)導(dǎo)向塊將活塞自身的質(zhì)量降至最低,。后來，PB公司又繼續(xù)改進(jìn),，推出了缸筒與內(nèi)壁不發(fā)生物理接觸的無摩擦式活塞,，有效地解決了這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。這種活塞式的呼吸機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用的都是伺服控制系統(tǒng),，響應(yīng)速度很快,，而且觸發(fā)系統(tǒng)增加流速觸發(fā)功能，導(dǎo)致呼吸機(jī)的觸發(fā)響應(yīng)速度很快,，由于這種成熟的技術(shù)已經(jīng)歷經(jīng)考驗(yàn),，穩(wěn)定性、可靠性均十分優(yōu)異,。所以現(xiàn)在很多國(guó)外呼吸機(jī)廠家都在采用,。
3．3 滾膜式
90年代末滾膜式的麻醉呼吸機(jī)出現(xiàn)，Drager 公司Fabius麻醉機(jī)系列產(chǎn)品上采用的是這種技術(shù),。它是用一種薄壁的橡膠筒裝在了缸筒和活塞之間,，密封是靠橡膠筒,，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)橡膠筒像滾膜一樣的隨活塞運(yùn)動(dòng)不與缸筒之間產(chǎn)生摩擦，不同于折疊囊也不同于氣缸活塞式,，既沒有折疊囊的彈性變形問題也沒有氣缸活塞的摩擦阻力問題,，橡膠筒也可方便的取出進(jìn)行消毒，是目前為止“單腔增壓式”呼吸機(jī)中形式比較新穎的一種,。缺點(diǎn)是滾膜的壽命不高,，是一種耗材，后期維護(hù)成本較高,。
3．4 微泵式
90年代末美國(guó)IMPACT鷹牌754呼吸機(jī)出現(xiàn),，是一款可便攜的呼吸機(jī)，內(nèi)部有一個(gè)微泵所以重量較輕（4．5kg）比較適合在機(jī)動(dòng)的場(chǎng)合,。
IMPACT鷹牌754呼吸機(jī)在內(nèi)部采用了一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙腔的微型隔膜泵,，體積約10x10x6cm泵的輸出氣量可滿足呼吸機(jī)的需要，整機(jī)體積只有23x30x11．5cm,。缺點(diǎn)是泵的工作頻率約10Hz所以輸出的氣流是脈動(dòng)的,，并伴有較大的噪聲。
3．5 微渦輪式
ZX5-渦輪便攜式LTV系列呼吸機(jī)是在90年代比較早應(yīng)用微渦輪技術(shù)的呼吸機(jī),，近年來隨微渦輪技術(shù)的發(fā)展在呼吸機(jī)上的應(yīng)用不斷的涌現(xiàn),。
雷鳥VS 型呼吸機(jī)采用的是稱為“極級(jí)微渦輪系統(tǒng)”。
Drager savina呼吸機(jī)是一款采用“微渦輪”技術(shù)的經(jīng)典之作,，被廣泛的用于重癥監(jiān)護(hù)治療室,，不僅有著電動(dòng)呼吸機(jī)的特點(diǎn)還具有高達(dá)180l/min持續(xù)氣流的氣動(dòng)呼吸機(jī)的能力。
微渦輪是一種多葉片渦輪在渦殼中高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu),，通過渦輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使得氣體增壓獲得一定流量的氣體,，輸出流量的大小依靠電機(jī)調(diào)速或伺服閥來實(shí)現(xiàn)，呼吸機(jī)吸氣和呼氣的轉(zhuǎn)換是依靠一個(gè)伺服閥來切換的,，呼氣時(shí)電機(jī)處于“怠速”狀態(tài),，伺服閥將渦輪輸出的氣體切換到旁路，每次通氣周期電機(jī)不需反復(fù)啟停,，以保證吸氣最少的響應(yīng)時(shí)間,。
微渦輪式的電動(dòng)呼吸機(jī)的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短，持續(xù)氣流大,，體積小,，在目前電動(dòng)呼吸機(jī)市場(chǎng)上正在逐漸增多的一種呼吸機(jī)。
4 結(jié)束語
我國(guó)呼吸機(jī)的發(fā)展起步比較晚,，開端是1958年在上海制成的鐘罩式正負(fù)壓呼吸機(jī),。1971年制成電動(dòng)時(shí)間切換定容呼吸機(jī)，因此在功能質(zhì)量方面落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家約15年以上,，目前大部分關(guān)鍵元部件還是從國(guó)外采購(gòu),，國(guó)產(chǎn)呼吸機(jī)事業(yè)的發(fā)展正在和國(guó)家迅速發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè)一樣,，水平正在迅速的提升。
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