基于維修成本控制的VELA呼吸機故障維修案例分享

翁飛，朱涇，田靚，楊明，朱玉坤，程時棟

1.武漢大學中南醫院 設備處，湖北 武漢 430071；2.湖北省計量測試技術研究院，湖北 武漢 430223

引言

VELA 呼吸機是一種功能齊全、由軟件驅動的伺服控制呼吸機，同時適用于兒童和成人，在護理中為需要機械通氣的患者提供持續或者間歇的通氣支持。該呼吸機可以配置為常規的呼吸機或者無創正壓通氣呼吸機，同時具有結構緊湊和質量輕的特點，加配氧氣瓶可以用于轉運呼吸機，用途較廣[1-2]。呼吸機屬于急救生命支持類以及高風險設備，在臨床的使用中一旦發生故障，不僅會給患者增加安全隱患，其維修的經費支出、維修周期等也給醫院帶來一定的經濟壓力。本文介紹了VELA 呼吸機的主要構成、報警等級、故障事件等，以及基于維修成本控制的VELA 呼吸機故障維修案例。

1 VELA呼吸機簡介

1.1 呼吸機構成及原理

VELA 呼吸機的組成包括3 個模塊：用戶接口模塊、氣動裝置模塊和臺車。用戶接口模塊主要包括圖形用戶界面、控制印制電路板（PCB，控制和監控兩個微處理器）；氣動裝置模塊包括全部機械閥門、傳感器、模擬電子器件、電源（包括內置電池）和內置壓縮機[3-4]。呼吸機工作時，氣動模塊從氣源接收空氣和氧氣，根據前面板的設定值通過空氧混合器對氣體進行過濾和混合，隨后氣動模塊通過與流量傳感器反饋成正比的高速螺線管來輸送適當壓力或容量的氣體（根據不同的容控模式和壓控模式），氣體再通過機械超壓泄壓閥以及1 個低于環境壓力閥輸送至患者處[5]。如圖1 所示為VELA 呼吸機的工作原理簡圖。

1.2 呼吸機報警等級及故障事件

VELA 呼吸機的報警等級分為4 大類[6]：① 高優先級報警：狀態欄為紅色并以2 Hz 的速率閃爍，報警聲為高級報警旋律；② 中優先級報警：狀態欄為黃色，以0.5 Hz 的速率閃爍，報警聲為中級報警聲；③ 低優先級報警：狀態欄為黃色，不閃爍，報警聲為低級報警聲；④ 無報警：報警指示器顯示為綠色，無信息，無報警聲。VELA 呼吸機的報警顯示由報警符號和報警信息組成，其中報警符號根據報警條件更改狀態，報警信息出現在觸摸屏右上方的狀態欄內。當呼吸機同時出現若干個報警時，報警信息將按照高優先級到低優先級的順序從上到下顯示，除 “呼吸機故障”報警外，其他的故障報警聲都可以通過按報警聲音暫停鍵暫停60 s。在呼吸機的故障報警中，紅色高優先級報警多為機器故障報警或患者端異常導致的機器報警，此類報警發現后應及時確認故障原因，以避免故障或患者狀態異常導致患者病情加重；黃色中低優先級報警多為機器提示報警，如電池電量不足，此類報警雖然不是機器故障類報警，但仍不能忽視，需查明原因。VELA 呼吸機報警信息以及對應的故障事件如表1 所示。

表1 VELA呼吸機報警信息級別及故障事件對應表

2 VELA呼吸機故障維修案例

同一臨床科室在同一時間段報修兩臺VELA 呼吸機，其中一臺使用年限9 年，開機報錯，經工程師鑒定為呼吸機渦輪故障；另一臺VELA 呼吸機的使用年限為11 年，呼吸機開機報“呼吸機故障”等。兩臺呼吸機均已過保修期，且已經超過VELA 呼吸機使用說明書上建議的使用年限（建議使用年限為8 年）。綜合考慮廠家渦輪、主板等配件的報價、兩臺呼吸機的使用年限以及設備殘值等因素，在征求臨床科室同意后，建議該科室辦理其中一臺呼吸機的報廢手續，拆除報廢呼吸機上可用配件對第二臺呼吸機進行搶救性維修。

兩臺VELA 呼吸機為同一型號，一臺呼吸機是2011 年生產，另一臺呼吸機是2013 年生產，考慮到設備中軟件和硬件不同版本向下兼容的特性，決定報廢2013 年生產的呼吸機，拆除該呼吸機上可用配件用以維修2011 年生產的呼吸機。

2.1 故障現象

將呼吸機接入交流電，交流狀態指示燈和直流狀態指示燈均亮起，交流狀態指示燈為綠色，但是直流狀態指示燈為紅黃交替閃爍；呼吸機開機報“呼吸機故障”“渦輪馬達故障”“氧氣入口壓力過低”和“低分鐘通氣量”等，狀態欄為紅色，快速閃爍，機器報警聲音持續且不能暫停。

2.2 故障分析

“呼吸機故障”屬于高優先級報警，當呼吸機遇到由不可恢復的情況引發的故障時，會提示此報警，應當及時引起高度重視[7-8]。“呼吸機故障”報警多數為硬件問題，引發此類呼吸機故障報警常見情況有兩種：① 主板斷電，即呼吸機內部蓄電池饋電，由于主板啟動都是用蓄電池啟動，所以當蓄電池饋電時會造成此故障報警產生；② 主板故障，包括壓力傳感器、壓差傳感器以及渦輪控制芯片等故障，也會引起“呼吸機故障”和“渦輪馬達故障”，需要定標以及更換主板進行確認。

“渦輪馬達故障”屬于高優先級報警，多為機器硬件故障，渦輪為呼吸機的核心部件之一，此類故障應及時引起高度重視[9]。引發該報警的常見的原因有3 種：渦輪發生故障、主板上的壓差傳感器發生故障和渦輪控制板發生故障。

“氧氣入口壓力過低”報警屬于機器端故障報警，屬于高優先級報警，此報警對于特殊患者影響較大，所以應當引起重視[10-11]。引發此類報警故障主要分為3 種情況：設備帶/吊塔氧源壓力過低，達不到呼吸機要求下限（2.6 Bar）；呼吸機的連接管路存在漏氣情況；呼吸機內部的氧氣壓力調節閥漏氣或者空氧混合器故障。

2.3 故障排查與解決方案

2.3.1 故障1：“呼吸機故障”

當呼吸機同時出現多個故障報警時，應該優先處理高優先級報警，然后依次是中優先級報警、低優先級報警。因此針對該呼吸機存在“呼吸機故障”“渦輪馬達故障”“氧氣入口壓力過低”和“低分鐘通氣量”等多個報警的情況，優先排查“呼吸機故障”報警。

根據引發“呼吸機故障”報警的兩種主要原因，遵循由易到難的原則進行故障排查。首先檢查呼吸機內置電池的電量：將呼吸機與患者斷開連接，關機充電15 min，交流狀態指示燈和直流狀態指示燈均亮起，交流狀態指示燈為綠色，但是直流狀態指示燈依舊為紅黃交替閃爍，初步判斷呼吸機蓄電池故障。斷開交流電，拆開待維修呼吸機的外殼，拆除呼吸機蓄電池組件（含充電電容）（圖2），將報廢的呼吸機中蓄電池組件（含充電電容）拆下，重新接入待維修的呼吸機中，將機器外殼裝好。在關機狀態下充電15 min 后，交流指示燈和直流指示燈均亮起，交流指示燈為綠色，直流指示燈為紅色，呼吸機內置電池故障解決。之后排查 L 型電源板，拆機并用萬用表測量電源電壓，接入電源 AC 220 V之后測量 L 型電源板的輸出電壓。L 型電源板的輸出電壓分別為 DC 24 V、12 V、5 V 和2 個48 V，電壓輸出均正常，至此呼吸機電源供電部分故障解除。

圖2 VELA呼吸機電池組件圖

接入電源 AC 220 V 后將機器開機，呼吸機依舊報“呼吸機故障”“渦輪馬達故障”“氧氣入口壓力過低”和“低分鐘通氣量”等。點擊“主屏幕”→“擴展功能” →“事件” 查看具體報警事件記錄，顯示為“（DAC/ADC）數模轉換器錯誤”，即呼吸機主板上的數模轉換器故障。針對此故障，優先考慮更換主板加渦輪小板。關機斷開交流電，拆開待維修呼吸機外殼，拆除控制主板以及渦輪小板（圖3），將報廢呼吸機中的控制主板以及渦輪控制板拆除并接入待維修呼吸機中，將機器外殼裝好。接入交流電，連接好氣源及外部管路后開機，“呼吸機故障”和“渦輪馬達故障”報警解除，但是“氧氣入口壓力過低”和“低分鐘通氣量”報警仍存在，并且新增加了“揚聲器故障”報警。

圖3 VELA呼吸機控制主板以及渦輪控制板圖

2.3.2 故障2：“氧氣入口壓力過低”

“氧氣入口壓力過低”為高優先級報警，“低分鐘通氣量”為中優先級報警，“揚聲器故障”為低優先級報警，因此，優先排查“氧氣入口壓力過低”故障。

根據引發“氧氣入口壓力過低”報警的常見原因開展故障排查。首先，查看吊塔上的氧源壓力表，顯示壓力值為0.4～0.5 MPa，在正常壓力范圍內。查看氧氣連接端口、呼吸機外部管路是否漏氣，經過檢測未發現漏氣點和連接松動的情況。然后在開機的情況下，逐漸上調呼吸機的氧氣濃度，發現呼吸機背后出現有持續漏氣“呲呲”聲音，初步判斷氧氣壓力調節閥（圖4）存在漏氣。拆開主機外殼，微調氧氣壓力調節閥旋鈕，提高壓力調節閥壓力，再進行開機測試，呼吸機背后漏氣“呲呲”聲音消除，并且機器“氧氣入口壓力過低”和“低分鐘通氣量”報警解除。至此，呼吸機的報警信息只有“揚聲器故障”。

圖4 VELA呼吸機氧氣壓力調節閥圖

2.3.3 故障3：“揚聲器故障”

“揚聲器故障”屬于低優先級報警，常見原因為揚聲器故障、揚聲器連接線松動、報警器控制板故障。經排查，揚聲器完好，揚聲器連接線無松動情況，所以排除這兩個因素。考慮到該報警呼吸機的主板是從高版本呼吸機上拆除的，推測報警原因為呼吸機的軟件或者硬件版本不同。

通過查閱這兩臺不同批次呼吸機的使用說明書、維修手冊等資料，發現這兩臺呼吸機在揚聲器的配置上存在差異，2011 年生產的呼吸機（正在維修的呼吸機）上只配置了1 一個報警揚聲器，而2013 年生產的呼吸機（報廢的呼吸機）上配置了主報警揚聲器和備用報警揚聲器，并且相應地多了1 塊報警揚聲器的控制板（圖5）。如圖6 所示為兩臺呼吸機后面板的布局對比圖，如圖7 所示為兩臺呼吸機主板的線路對比圖，其中2013 年批次呼吸機主板上紅色所示接口與圖5 中主報警揚聲器控制板相連接。

圖5 2013年批次VELA呼吸機報警揚聲器配置圖

圖6 2011年批次（a）和2013年批次（b）VELA呼吸機后面板布局對比圖

圖7 2011年批次（a）和2013年批次（b）VELA呼吸機主板線路對比圖

從報廢呼吸機上拆除主報警揚聲器以及相應的控制板（圖8），并將控制板接入維修的呼吸機主板上（圖7中紅色所示接口）。由于2011 年批次的呼吸機上沒有預留固定的位置給新接入的報警揚聲器，因此需要用粘膠以及扎帶將揚聲器及相應的控制板固定在呼吸機內部，并且不能影響呼吸機其他部件的正常運轉。安裝完成后，將機器組裝好，接好外部管路，接好氣源，接入交流電開機測試，“揚聲器故障”解除，呼吸機的狀態欄為綠色。

圖8 主報警揚聲器以及相應的控制板

2.4 呼吸機性能檢測

呼吸機的性能檢測依據是JJF 1234-2018《呼吸機校準規范》[12]，標準器采用FLUKE 900A 氣流分析儀。按照圖9 所示正確連接被檢測呼吸機、氣流分析儀和模擬肺，對呼吸機的5 個計量特性：潮氣量、呼吸頻率、氣道峰壓、呼氣末正壓和吸氣氧濃度進行檢測。修復后的呼吸機的5 個計量特性檢測結果均滿足相應的技術指標要求，呼吸機計量特性檢測結果和相應的技術指標要求如表2 所示。

表2 修復后的呼吸機計量特性檢測結果一覽表

圖9 呼吸機校準系統連接示意圖

3 討論與小結

VELA 呼吸機作為一種集成度高、功能復雜的設備，其故障可能發生在呼吸機的各個部位，最常見呼吸機故障主要集中在氣路裝置模塊[13]，因此明確呼吸機的通氣原理對呼吸機故障的排查與解決很重要。針對VELA 呼吸機，其報警信息出現在觸摸屏右上方的狀態欄內，報警的具體事件可以通過點擊“主屏幕”→“擴展功能”→“事件”查看。當呼吸機同時出現若干個故障報警時，報警信息將按照高優先級到低優先級的順序從上到下顯示，臨床工程師應該優先排查解決高優先級報警故障，再依次排查解決中優先級報警故障、低優先級報警故障，而針對每個報警事件，遵循由易到難的排查原則[14]。因此，熟知呼吸機報警等級分類及報警事件尤為重要，不僅可以指導臨床操作人員進行報警判斷，避免醫療事故的發生；而且可以幫助臨床工程師設備維修時進行故障報警的快速排查與解決，避免呼吸機潛在故障演變成常見故障，延長機器使用壽命，降低維修支出[15-16]。

針對使用年限較久、已經出保修期的進口設備，還存在廠家維修響應困難的現狀，臨床工程師可以利用同型號其他設備上的配件進行故障排查，從而確定故障配件，再綜合設備使用年限、設備殘值、配件報價、設備歸屬科室維修意愿等因素進行維修或者報廢處理[17]。同時，在利用同型號設備上的配件進行故障排查時，要仔細查閱設備的使用說明書及維修手冊，便于解決由于設備硬件或軟件版本的不同而引入的新故障報警。

在呼吸機的日常使用中，呼吸機操作人員及維修保養工程師需定期做好呼吸機的維護保養工作[18]，及時對呼吸管路、流量傳感器、呼氣閥組件進行清洗消毒，經常對其報警系統、潮氣量、觸發靈敏度等進行檢查，定期更換呼吸機相關配件，如空氣進氣過濾器、風扇散熱過濾器、氧傳感器、氧氣調壓閥、渦輪過濾器等。此外，呼吸機性能參數的定期檢測對于呼吸機安全有效的應用同樣重要[19-20]，通過呼吸機日常質控數據的統計，參考行業標準進行數據變化分析，可以主動發現呼吸機潛在問題，防止潛在問題擴大，避免其轉變為常見故障，如此，不僅能降低設備維修成本，還可提升設備使用效率和安全質量，為臨床醫療服務的順利開展提供有力保障[15-16]。本文中修復的VELA 呼吸機由于其更換的配件是從報廢設備上拆除，其潛在故障發生的概率更高，因此更要定期對其性能輸出參數進行監測。本文可為臨床工程師提供新的維修思路。