1 前言
呼吸機有著不同的分類方法,，例如按照動力來源分類的方法有：氣動氣控呼吸機,，氣動電控呼吸機,，電動電控呼吸機，3種類型的呼吸機,。這里將介紹電動電控呼吸機的發(fā)展過程,，通過了解和研究這種呼吸機的發(fā)展過程希望能夠?qū)εR床醫(yī)生、設備維修和研究人員在應用此類呼吸機時得到一點幫助,。
2 電動呼吸機分類
呼吸機是一個肺通氣裝置（Lung ventilator）,，因為它只能起到將氣體送到肺內(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）,。所以有人認為將其稱之為“通氣機”更為確切，從英文直譯也是這個意思,。完成通氣機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械裝置將氣體增壓送入人體，如將手動打氣的動作演變?yōu)椴捎米詣涌刂萍夹g來完成,，也就形成了電動呼吸機的送氣工作原理,。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 各類電動呼吸機的介紹
電動呼吸機內(nèi)部的電動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合得到廣泛的應用,，針對這一應用市場人們研究了許多不同原理的電動呼吸機，它們都有著各自不同的特點在臨床應用中各自扮演著不同的角色,。下面列舉幾個在市場上常見的電動呼吸機分別介紹一下它們的上市的年代,、特點以及應用。
3．1 折疊氣囊式
70年代－80年代電動呼吸機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,，利用皺褶的伸長和層疊使得容積改變達到增壓的目的。折疊囊的往復運動是用電機來驅(qū)動消耗的是電力因此稱之為電動呼吸機,。工作原理是這樣的：吸氣時折疊囊被電機驅(qū)動機構(gòu)擠壓將囊中氣體增壓通過單向活瓣擠壓進病人氣道內(nèi),，呼氣時電機驅(qū)動機構(gòu)向相反的方向運動使折疊囊伸長，利用產(chǎn)生的負壓將外界空氣通過單向活瓣吸入囊內(nèi)準備下一次的循環(huán),。KONTRON（法國）,、ACOMA（日本）的麻醉呼吸機均采用的是此種技術。
折疊囊式的電動呼吸機優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單制造成本低，隨著微電子技術的發(fā)展和人們對呼吸機研究的不斷進步,，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驅(qū)動的行程和容積的正比關系來實現(xiàn)的,，由于折疊囊是一個彈性體當氣體被壓縮時會產(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不同,，這樣就改變了行程和容積的正比關系,，人們想了一些辦法例如在折疊囊的凹褶上箍上一個鋼絲圈以減少直徑方向的膨脹，同時適度增加了材料的硬度,，但是仍然達不到現(xiàn)代呼吸機的精度要求,。另一個問題是響應時間的問題，現(xiàn)代呼吸機要求的響應時間一般都在20ms以內(nèi),，性能差一些的在50ms左右,，而橡膠折疊囊式的響應時間還要大于這個值，原因是橡膠本身的彈性變形所造成的,，還有是因為這種機構(gòu)采用的都是步進電機作為驅(qū)動力的,。大家都知道，步進電機在啟動時有一個變頻的過程,，而且頻率也不能太快,，導致開始供氣時速度比較慢，也就常說的供氣延時,，這種延時可達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用是在麻醉呼吸機或是簡易急救呼吸機上，病人沒有自主呼吸,，不需要觸發(fā)通氣的場合,。呼吸機因機械執(zhí)行機構(gòu)的延遲造成控制與氣體輸出之間的時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)在的治療呼吸機上不使用這種技術,，現(xiàn)在也很少有人在麻醉呼吸機上應用了。
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呼吸機出現(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，它是利用活塞移動來使得容積改變達到增壓的目的,。工作原理與折疊囊的一樣,。Achieva（美國PB） Bear33（美國） 采用的是此項技術。
氣缸活塞式的電動呼吸機與折疊囊式的區(qū)別是容腔是剛性的不會產(chǎn)生折疊囊的彈性變形的問題，因此電機驅(qū)動的行程和容積的變化遵循正比的關系,，容量控制的精度因此很高,。另一個在響應時間上的問題上也不會產(chǎn)生像折疊囊那樣的彈性變形造成較大的延遲，氣缸活塞式因為有活塞與缸筒內(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)量也會在啟動的一瞬間產(chǎn)生較大的慣量,，這兩個現(xiàn)象都會使得呼吸機產(chǎn)生響應時間延遲的問題，所以關鍵技術是如何減少摩擦阻力和活塞的質(zhì)量,，呼吸機通過在缸筒內(nèi)壁利用減磨材料進行涂復,，同時設計出一種性能優(yōu)良的密封環(huán)極大地降低了摩擦阻力，通過設計4個導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，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關鍵技術,。這種活塞式的呼吸機電機驅(qū)動部分采用的都是伺服控制系統(tǒng)，響應速度很快,，而且觸發(fā)系統(tǒng)增加流速觸發(fā)功能,，導致呼吸機的觸發(fā)響應速度很快，由于這種成熟的技術已經(jīng)歷經(jīng)考驗,，穩(wěn)定性,、可靠性均十分優(yōu)異。所以現(xiàn)在很多國外呼吸機廠家都在采用,。
3．3 滾膜式
90年代末滾膜式的麻醉呼吸機出現(xiàn),，Drager 公司Fabius麻醉機系列產(chǎn)品上采用的是這種技術。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,，活塞運動時橡膠筒像滾膜一樣的隨活塞運動不與缸筒之間產(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行消毒，是目前為止“單腔增壓式”呼吸機中形式比較新穎的一種,。缺點是滾膜的壽命不高,，是一種耗材，后期維護成本較高,。
3．4 微泵式
90年代末美國IMPACT鷹牌754呼吸機出現(xiàn),，是一款可便攜的呼吸機，內(nèi)部有一個微泵所以重量較輕（4．5kg）比較適合在機動的場合,。
IMPACT鷹牌754呼吸機在內(nèi)部采用了一個電機驅(qū)動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的需要,，整機體積只有23x30x11．5cm。缺點是泵的工作頻率約10Hz所以輸出的氣流是脈動的,，并伴有較大的噪聲,。
3．5 微渦輪式
ZX5-渦輪便攜式LTV系列呼吸機是在90年代比較早應用微渦輪技術的呼吸機，近年來隨微渦輪技術的發(fā)展在呼吸機上的應用不斷的涌現(xiàn),。
雷鳥VS 型呼吸機采用的是稱為“極級微渦輪系統(tǒng)”,。
Drager savina呼吸機是一款采用“微渦輪”技術的經(jīng)典之作，被廣泛的用于重癥監(jiān)護治療室,，不僅有著電動呼吸機的特點還具有高達180l/min持續(xù)氣流的氣動呼吸機的能力,。
微渦輪是一種多葉片渦輪在渦殼中高速旋轉(zhuǎn)的機構(gòu),，通過渦輪的旋轉(zhuǎn)運動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調(diào)速或伺服閥來實現(xiàn)，呼吸機吸氣和呼氣的轉(zhuǎn)換是依靠一個伺服閥來切換的,，呼氣時電機處于“怠速”狀態(tài),，伺服閥將渦輪輸出的氣體切換到旁路，每次通氣周期電機不需反復啟停,，以保證吸氣最少的響應時間,。
微渦輪式的電動呼吸機的系統(tǒng)響應時間短，持續(xù)氣流大,，體積小,，在目前電動呼吸機市場上正在逐漸增多的一種呼吸機。
4 結(jié)束語
我國呼吸機的發(fā)展起步比較晚,，開端是1958年在上海制成的鐘罩式正負壓呼吸機,。1971年制成電動時間切換定容呼吸機，因此在功能質(zhì)量方面落后于國外發(fā)達國家約15年以上,，目前大部分關鍵元部件還是從國外采購,，國產(chǎn)呼吸機事業(yè)的發(fā)展正在和國家迅速發(fā)展的基礎工業(yè)一樣，水平正在迅速的提升,。
呼吸機有著不同的分類方法,，例如按照動力來源分類的方法有：氣動氣控呼吸機,，氣動電控呼吸機,，電動電控呼吸機，3種類型的呼吸機,。這里將介紹電動電控呼吸機的發(fā)展過程,，通過了解和研究這種呼吸機的發(fā)展過程希望能夠?qū)εR床醫(yī)生、設備維修和研究人員在應用此類呼吸機時得到一點幫助,。
2 電動呼吸機分類
呼吸機是一個肺通氣裝置（Lung ventilator）,，因為它只能起到將氣體送到肺內(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）,。所以有人認為將其稱之為“通氣機”更為確切，從英文直譯也是這個意思,。完成通氣機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械裝置將氣體增壓送入人體，如將手動打氣的動作演變?yōu)椴捎米詣涌刂萍夹g來完成,，也就形成了電動呼吸機的送氣工作原理,。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 各類電動呼吸機的介紹
電動呼吸機內(nèi)部的電動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合得到廣泛的應用,，針對這一應用市場人們研究了許多不同原理的電動呼吸機，它們都有著各自不同的特點在臨床應用中各自扮演著不同的角色,。下面列舉幾個在市場上常見的電動呼吸機分別介紹一下它們的上市的年代,、特點以及應用。
3．1 折疊氣囊式
70年代－80年代電動呼吸機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,，利用皺褶的伸長和層疊使得容積改變達到增壓的目的。折疊囊的往復運動是用電機來驅(qū)動消耗的是電力因此稱之為電動呼吸機,。工作原理是這樣的：吸氣時折疊囊被電機驅(qū)動機構(gòu)擠壓將囊中氣體增壓通過單向活瓣擠壓進病人氣道內(nèi),，呼氣時電機驅(qū)動機構(gòu)向相反的方向運動使折疊囊伸長，利用產(chǎn)生的負壓將外界空氣通過單向活瓣吸入囊內(nèi)準備下一次的循環(huán),。KONTRON（法國）,、ACOMA（日本）的麻醉呼吸機均采用的是此種技術。
折疊囊式的電動呼吸機優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單制造成本低，隨著微電子技術的發(fā)展和人們對呼吸機研究的不斷進步,，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驅(qū)動的行程和容積的正比關系來實現(xiàn)的,，由于折疊囊是一個彈性體當氣體被壓縮時會產(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不同,，這樣就改變了行程和容積的正比關系,，人們想了一些辦法例如在折疊囊的凹褶上箍上一個鋼絲圈以減少直徑方向的膨脹，同時適度增加了材料的硬度,，但是仍然達不到現(xiàn)代呼吸機的精度要求,。另一個問題是響應時間的問題，現(xiàn)代呼吸機要求的響應時間一般都在20ms以內(nèi),，性能差一些的在50ms左右,，而橡膠折疊囊式的響應時間還要大于這個值，原因是橡膠本身的彈性變形所造成的,，還有是因為這種機構(gòu)采用的都是步進電機作為驅(qū)動力的,。大家都知道，步進電機在啟動時有一個變頻的過程,，而且頻率也不能太快,，導致開始供氣時速度比較慢，也就常說的供氣延時,，這種延時可達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用是在麻醉呼吸機或是簡易急救呼吸機上，病人沒有自主呼吸,，不需要觸發(fā)通氣的場合,。呼吸機因機械執(zhí)行機構(gòu)的延遲造成控制與氣體輸出之間的時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)在的治療呼吸機上不使用這種技術,，現(xiàn)在也很少有人在麻醉呼吸機上應用了。
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呼吸機出現(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，它是利用活塞移動來使得容積改變達到增壓的目的,。工作原理與折疊囊的一樣,。Achieva（美國PB） Bear33（美國） 采用的是此項技術。
氣缸活塞式的電動呼吸機與折疊囊式的區(qū)別是容腔是剛性的不會產(chǎn)生折疊囊的彈性變形的問題，因此電機驅(qū)動的行程和容積的變化遵循正比的關系,，容量控制的精度因此很高,。另一個在響應時間上的問題上也不會產(chǎn)生像折疊囊那樣的彈性變形造成較大的延遲，氣缸活塞式因為有活塞與缸筒內(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)量也會在啟動的一瞬間產(chǎn)生較大的慣量,，這兩個現(xiàn)象都會使得呼吸機產(chǎn)生響應時間延遲的問題，所以關鍵技術是如何減少摩擦阻力和活塞的質(zhì)量,，呼吸機通過在缸筒內(nèi)壁利用減磨材料進行涂復,，同時設計出一種性能優(yōu)良的密封環(huán)極大地降低了摩擦阻力，通過設計4個導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，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關鍵技術,。這種活塞式的呼吸機電機驅(qū)動部分采用的都是伺服控制系統(tǒng)，響應速度很快,，而且觸發(fā)系統(tǒng)增加流速觸發(fā)功能,，導致呼吸機的觸發(fā)響應速度很快，由于這種成熟的技術已經(jīng)歷經(jīng)考驗,，穩(wěn)定性,、可靠性均十分優(yōu)異。所以現(xiàn)在很多國外呼吸機廠家都在采用,。
3．3 滾膜式
90年代末滾膜式的麻醉呼吸機出現(xiàn),，Drager 公司Fabius麻醉機系列產(chǎn)品上采用的是這種技術。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,，活塞運動時橡膠筒像滾膜一樣的隨活塞運動不與缸筒之間產(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行消毒，是目前為止“單腔增壓式”呼吸機中形式比較新穎的一種,。缺點是滾膜的壽命不高,，是一種耗材，后期維護成本較高,。
3．4 微泵式
90年代末美國IMPACT鷹牌754呼吸機出現(xiàn),，是一款可便攜的呼吸機，內(nèi)部有一個微泵所以重量較輕（4．5kg）比較適合在機動的場合,。
IMPACT鷹牌754呼吸機在內(nèi)部采用了一個電機驅(qū)動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的需要,，整機體積只有23x30x11．5cm。缺點是泵的工作頻率約10Hz所以輸出的氣流是脈動的,，并伴有較大的噪聲,。
3．5 微渦輪式
ZX5-渦輪便攜式LTV系列呼吸機是在90年代比較早應用微渦輪技術的呼吸機，近年來隨微渦輪技術的發(fā)展在呼吸機上的應用不斷的涌現(xiàn),。
雷鳥VS 型呼吸機采用的是稱為“極級微渦輪系統(tǒng)”,。
Drager savina呼吸機是一款采用“微渦輪”技術的經(jīng)典之作，被廣泛的用于重癥監(jiān)護治療室,，不僅有著電動呼吸機的特點還具有高達180l/min持續(xù)氣流的氣動呼吸機的能力,。
微渦輪是一種多葉片渦輪在渦殼中高速旋轉(zhuǎn)的機構(gòu),，通過渦輪的旋轉(zhuǎn)運動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調(diào)速或伺服閥來實現(xiàn)，呼吸機吸氣和呼氣的轉(zhuǎn)換是依靠一個伺服閥來切換的,，呼氣時電機處于“怠速”狀態(tài),，伺服閥將渦輪輸出的氣體切換到旁路，每次通氣周期電機不需反復啟停,，以保證吸氣最少的響應時間,。
微渦輪式的電動呼吸機的系統(tǒng)響應時間短，持續(xù)氣流大,，體積小,，在目前電動呼吸機市場上正在逐漸增多的一種呼吸機。
4 結(jié)束語
我國呼吸機的發(fā)展起步比較晚,，開端是1958年在上海制成的鐘罩式正負壓呼吸機,。1971年制成電動時間切換定容呼吸機，因此在功能質(zhì)量方面落后于國外發(fā)達國家約15年以上,，目前大部分關鍵元部件還是從國外采購,，國產(chǎn)呼吸機事業(yè)的發(fā)展正在和國家迅速發(fā)展的基礎工業(yè)一樣，水平正在迅速的提升,。
