呼吸机氧电池氧气传感器的工作原理及性能检测

呼吸机氧电池的工作原理及性能检测

一：氧电池工作原理
    氧电池，这里特指医用氧电池，又称氧气传感器(Oxygen sensor )、氧气单元、氧探头等，采用电化学原理，主要功能是用于测量混合气体的氧浓度，测量范围为：0 %～100 %氧浓度，在恒定工作压力和恒定温度条件下，氧电池产生的电压值与氧浓度成正比关系，每个氧电池的输出电压在整个寿命期内基本上是稳定的。当测量到的氧浓度值与设置的氧浓度值偏差较大时，机器将发出报警提示，这时可以对其进行标定校准，若仍然偏差较大，一般都是氧电池耗尽，需更换氧电池。

    氧电池位置一般都在病人吸气端与空氧混合器之间。如MAQUET Servo i 呼吸机的气路系统：空气、氧气分别进入两个气体模块, 根据设置的潮气量、压力水平和氧浓度计算精确后送气至混合腔, 混合腔内有混合瓣搅动气流, 空气、氧气充分混合, 经氧电池监测实际氧浓度后送出。氧电池在呼吸机里仅做终末监测，本身和氧浓度控制无关。

二：氧电池性能检测
1、氧电池失效的判断
   观察氧浓度监测情况，如果测量值与设置值偏差较大，先检查氧源问题，看氧气压力（240 ～ 600kPa, 一般在400kPa 左右）、流量（一般在120L/min）、氧浓度(100%) 是否正常，另外考虑空氧混合器是否正常，排除以上可能，如果氧浓度测量值与设置值比较偏差超过10% 至少30s，可判断为氧电池已经失效，曾有一台拉斐尔呼吸机报警“气道内氧浓度过高”查看氧浓度设置值为50%，而测量值>80%，虽然做氧电池校正通过，但值偏差仍远远＞10%，基本可判断是氧电池问题，从其它同型号呼吸机拆一个氧电池试机正常，确定是原氧电池失效。
    有些厂商对氧电池的检测是分别在21%、100% 氧浓度环境下测氧电池输出电压（假设分别为X、YmV），分析X/21%、Y/100% 两者偏差是否在5%允许范围内，如实测一个德国IT公司的M-04 氧电池，置于正常空气中（21% 氧浓度）输出13.9mV，置于100% 纯氧下，输出66.3mV，实际误差远低于5%，初步判断此氧电池正常。还有一种较简便的方法就是利用氧浓度测定仪核对。氧浓度测定仪一般手持带显示屏，能在数秒内测出氧气浓度，精度达1% ～ 2%。
    当呼吸机氧浓度设置值与测量值差异较大，可在通气管道中接入氧浓度测定仪，观察氧浓度测定仪的测量值与呼吸机本身氧浓度设置值、测量值哪一项较一致，正常时误差不应超过5%，方便确定故障。

2、氧电池的定标
   如果氧浓度测量值与设置值比较，偏差超过2%，并且为第一次出现，那么可以尝试对氧电池实行定标，氧电池作为一种电化学传感器，随着使用时间的延长其能量不断消耗。因为氧源参数使用的每一次都不尽一样，导致氧浓度控制和监测不一致，所以实行一次定标是非常重要的，如果定标能通过，说明氧电池还没有完全失效，在这种情况下，氧电池的寿命可延长（1 ～ 4）个月。

      一般定标的原理是：将输出氧浓度分别设定为21％和100％，然后调节氧电池增益，使测量值和设置值保持一致，如此反复多次仍无法调到21％和100％，通常说明氧电池需要更换，待两点定标完成后，在21％和100％输出范围内，多点比较氧浓度设定值与显示值，如果偏差在5％以内，说明氧电池控制和监测基本没有问题。　
      定标通过不代表氧电池就是好的，因为大部分为两点定标：21％和100％，氧电池坏了一般情况下定标肯定通不过。现在呼吸机一般都采用自动定标。
      如PB840 呼吸机氧电池不好会产生报警：氧浓度过高、过低（O2% HIGH、O2% LOW），或者直接报重新安装氧电池(REPLACE O2 SENSOR)。定标过程如下：

⑴ 连好呼吸机纯氧气源，然后按100% O2/CAL 2min（纯氧定标/ 冲洗2min）键，开始定标氧电池，在该按键指示灯灭后进行下一步操作；
⑵ 将呼吸机氧气管与另一纯氧气源相连（如另一个医用级氧气瓶），即用此纯氧气源检查呼吸机已定标的氧电池监测功能；
⑶ 将氧浓度值分别设为：21%、40%、90%， 并停留1min 让测量值稳定；
⑷ 观察GUI上半屏中氧浓度测量值必须分别在1min 内稳定在与相应设置值误差3% 范围内。

3、兼容氧电池选择
    一般氧电池的工作寿命通常只有一至两年，质量好的可以使用接近三年，主要随实际操作环境而有所变化，如在高氧浓度或高温状况下使用会缩短其寿命。
    考虑到原厂氧电池价格太贵，很多医院尝试选择兼容氧电池。氧电池的兼容选择不单单是外形大小及接口，一般兼容厂家都有产品替换目录。目前氧电池兼容厂家主要有德国IT、EnviteC、美国Teledyne、英国City Technology 等公司。对市场上常见的呼吸机品牌如NPB、ohmeda、Drager、HAMILTON 等的氧电池都有相应兼容替换产品。
    MAQUET 呼吸机只有Servo 300、700、900 等少数部分机型氧电池是可兼容的, Servo i及Servos没有兼容的,氧电池里面带记忆芯片的( 记忆芯片内包括氧电池序列号、更换日期、有效时间等), 更换新的氧电池必须做自检, 电池的序列号及容量都能在状态栏里显示出来, 目前还没有可以替代的产品。
    MAQUET 已有超声的永久性氧电池，利用超声原理，避免氧电池作为耗材经常更换。氧电池一般一两年左右即需更换，属于呼吸机耗材，而进口氧电池价格不菲，有临床科室出于节约开支目的，片面认为氧电池在呼吸机里仅做终末监测，本身和氧浓度控制无关，不用氧电池，或关闭氧浓度监测功能，其实这种做法是错误的。因为氧电池是用来检测呼吸机所输送的氧气浓度是否达标的工具。进口呼吸机虽多采用比例电磁阀，供氧一般较为准确，但一旦空氧混合器故障，为患者输送了与预置吸氧浓度（FiO2）不符的氧，可能会因长时间高浓度吸氧引起氧中毒。
    曾有一台Drager Evita 2 dura呼吸机，氧浓度设置值45%，而测量值在75% ～ 85% 之间不稳。当时没做其它检测仅凭经验判断系氧电池失效，因当时ICU 病人较少还是对该机作停机处理。在采购到新的氧电池更换后故障依旧，后对呼吸机作全面检测，查出控制氧气比例的红宝石阀损坏漏气引起。试想, 如果我们当时认为氧浓度监测不重要, 而盲目关掉氧浓度监测功能, 继续使用呼吸机, 有可能会产生严重的后果。作为工程师，应正确认识氧电池在呼吸机中的重要作用，定期进行相关安全性能检测，保证设备正常运行。