（一）基本結構
呼吸機基本結構如圖2-4所示。呼吸機一般由主機、空氧混合器、氣源、濕化器、外部管道組成。
整機結構如圖2- 5所示。整機南電控箱、機械臂、電源線、氣路箱、氧氣輸氣管、小車、腳輪、模擬肺、疏水器、溫度探頭導線、壓力采樣口、濕化器、吸氣端口、螺紋管、呼氣活瓣等組成。
（二）各部件作用
1.呼吸機的氣源一般分為電動供氣和壓縮氣源兩種。
如果呼吸機心電動機為動力，通過壓縮泵或折疊式皮囊等裝置產生一定的正壓氣流，向患者供氣，稱為電動方式。
如果呼吸機采用壓縮氣泵，經過過濾、減壓、濕化等處理后，再通過管道向患者供氣，稱為氣動方式。
電動呼吸機結構比較復雜，適應范圍較廣。氣動呼吸機比較簡單、輕便，但只適于壓縮氣源供應方便的場合使用。氣源是提供患者呼吸所需要的氣體部分。
圖2-6所示是提供氣體的部件——氣體，空氣壓縮系統(tǒng)是呼吸機的氣動力源，它采用是無油、潔凈、低噪聲的膜片式雙缸空氣壓縮機，依靠電動機帶動兩個活塞做交替上下運動，將空氣壓縮成具有一定流量和壓力的壓縮空氣源，通過氣路傳輸系統(tǒng)供主機調節(jié)作用?？諝鈮嚎s機的結構如同2 -7所示。
2.主機提供呼吸管理的裝置。呼吸機的主機由控制電路、機械運動部件及氣路組成。它把空氧混合氣體，按照設定的參數(shù)，包括通氣量、壓力、流量、容量、呼吸頻率、吸呼比及選定的通氣方式給患者供氣。 主機面板有三個區(qū)域，參數(shù)顯示區(qū)主要硅示氣道壓力、壓力上限設置、壓力下限設置、潮氣量、吸呼比、呼吸頻率、通氣方式選擇。參數(shù)設置區(qū)用于各種參數(shù)的設置調整。
報警區(qū)，壓力報管：監(jiān)測潮氣量，監(jiān)測患者的實際潮氣量；
每分通氣量監(jiān)測：監(jiān)測患者的實際每分通氣量；
總計頻率監(jiān)測：監(jiān)測患者的實際呼吸頻率；
系統(tǒng)報警提不和患者通氣故障提示，從上至下 為氧氣不足、壓力上限、壓力下限、窒息。
3.濕化加熱裝置替代鼻腔、口腔對吸入氣體的濕化升溫功能。主機向患者提供氣體加以濕化的裝置，稱為濕化器。霧化器是將液體霧化處理的裝置。氣體的濕化、液體霧化，可以對患者的氣管、支氣管黏膜起到保護作用。通常該部件還具有加熱裝置，即加熱濕化或加熱霧化，以便使氣體接近人的體溫，減少對患者的刺激。濕化作用常用蒸汽發(fā)生器或霧化器來實現(xiàn)。
(1)蒸汽發(fā)生器：蒸汽發(fā)生器是將水加溫產生水蒸氣來增加吸氣中的含量。它是比較符合生理要求的，因為它與口鼻腔的作用一樣，使吸人氣體既加溫叉濕化，構造比較簡單。 蒸發(fā)器中可加入揮發(fā)性藥物，如枇杷葉、復方安息得高等，但不能用非揮發(fā)性或受熱破壞的藥物。另外，高熱患者也不宜用蒸汽吸人。 蒸汽發(fā)生器串聯(lián)于呼吸機吸氣管道之中，它和呼吸道的連接管道要盡量短些，以減少蒸汽的凝聚。蒸汽發(fā)生器一艘均裝有電阻恒溫裝置。
濕化器方框圖、工作原理罔如圖2-8、圖2-9所示。
恒溫裝置如果失控，水溫將會劇增，可能造成呼吸道燙傷事故，因此要經常觀測水溫，或 加控溫雙回路保險。
(2)霧化器：霧化器是應用氣體射流原理，將水滴撞擊成微小顆粒，懸浮于氣流之中，輸入呼吸道進行濕化的裝置。霧滴不同于蒸汽，前者為水滴，后者為水分子。水蒸氣受溫度限制，而霧滴與溫度無關。顆粒越多，密度越大，空氣的含水量越高。霧滴大小不同，它們在呼吸道中的沉降深度也不同（表2－1）。
霧粒直徑大于60μm，在口腔、咽喉即行沉降，小于0.5μm者，雖可進入肺泡但不會沉降，仍隨呼氣排出，所以霧滴過大、過小不能起到濕化作用。當霧滴直徑為3~6μm時，可沉降于呼吸道及肺泡中，能起到良好的濕化作用。霧化液中可加入抗生素、支氣管舒張劑等藥 物作為呼吸道局部疾病治療使用。此種霧化器以壓縮氣體為動力，噴出氣體由于減壓和并 發(fā)效應，其溫度明顯低于室溫。在室溫較低時，要進行加熱，防止對呼吸道產生刺激。 近年來逐漸推廣超聲霧化器，利用超聲波將水滴擊散為霧滴，具有霧滴均勻、有效顆粒密度高、沒有噪聲等優(yōu)點，并附有加熱裝髓，可以調節(jié)吸氣溫度和流量。
超聲波是用電子振蕩器、驅動壓電陶瓷產生的，工作頻率為1.5-2MHz，霧粒直徑為0.5-10μm。霧化器串聯(lián)于吸氣通道，其工作受呼吸相控制，吸氣時有霧化，呼氣時停止，間斷工作，有效使用。氣道濕化：機械通氣時的氣道濕化包括主動濕化和被動濕化。主動濕化指在呼吸機管 路內應用加熱濕化器進行呼吸氣體加溫加濕（包括不含加熱導線，含吸氣管路加熱導線，含吸氣、吁氣雙管路加熱導線），被動濕化指應用人工鼻（熱濕交換器）吸收患者呼出氣體的熱量和水分，進行吸人氣體加溫、加濕。不論何種濕化，都要求近端氣道內的氣體溫度達到 37℃，相對濕度超過100%，以維持黏膜細胞完整、纖毛正常運動及氣道分泌物的排出，以及降低VAP的發(fā)生率。人工鼻可較好地進行加溫、加濕，與加熱型濕化器相比，不增加堵塞 呼嗷機管路的發(fā)生率，并可保持遠端呼吸機管路的清潔。能增Ⅲ氣道阻力，無效腔容積及吸氣做功，故不推薦在慢性呼吸衰竭，尤其是撤機困難的患者使用。
4.空氧混合器空氧混合器的輸入氣體可以是壓縮空氣、環(huán)境空氣或壓縮氧氣。氧氣在空氣中占21%，因此，利用壓縮空氣、環(huán)境空氣也可作為呼吸機的氣源，供給呼吸困難的患者進行治療。對換氣功能有障礙的患者，氧濃度必須適當提高，才能滿足治療需求。此時空氧混合器可接壓縮氧氣源并根據(jù)病情變化適當稠整氧濃度，然后將氣體送到呼吸機主機。為空氧混合器提供的壓縮氧氣一般用氧氣瓶供給，其中裝有純度為98%的壓縮氧氣。
新的氧氣瓶壓力達15MPa(約150kg/cm2)，使用時將氧氣瓶中的純氧經減壓器減壓后，送 到空氧混合器。吸氧濃度大于50%為高濃度氧，除特殊病例需短期使用高濃度氧外，一般 濃度均不超過40%，但不低于30%。 氧濃度低而且通氣量不足的話，氣體變換困難，會導致缺氧、二氧化碳潴留產生呼吸性酸中毒。反之，氧濃度過高，對呼吸道和肺組織也有損害作用，它抑制呼吸中樞，加重二氧化碳滯留，同樣產生呼吸性酸中毒，導致二氧化碳麻醉、昏迷、甚至死亡。因此，吸氧濃度必須視病情發(fā)展不斷調整和嚴格控制。
空氧混合器附有輸出氧氣壓力、流量、氧濃度的監(jiān)護及報警功能，可以有效地控制吸氧濃度。定壓型和定量型呼吸機的空氧混合器有兩種不同的方式。 多數(shù)定壓型呼吸機使用的空氧混合裝置都是利用射流原理制成。氧氣通過小孔噴嘴形成高速氣體射流時產生負壓，吸引噴嘴口附近的空氣來稀釋氧濃度。空氣的進入量可控制空氧混合比例，從而改變吸氧濃度。稀釋空氣量受到吸氣流速和時間的影響，吸氧濃度允許在34%-100%范圍調節(jié)，實際氧濃度一般均在34%-40%。上述空氧混合器是以壓縮氧氣為動力的。
有少數(shù)定壓型呼吸機以壓縮氧和壓縮空氣為動力，兩者加到混合裝囂后，可通過調節(jié)氧流量或空氣進入量準確地控制吸氧濃度。定量型呼吸機的折疊氣囊的進氣口，有空氣和氧氣兩個人口，吸氧濃度受氧流量和通氣量影響。如果根據(jù)病情需要把吸氧濃度確定之后，則氧流量和每分鐘總通氣量成正比，即通氣量和氧流量必須同時按比例變化才能保持氧濃度恒定不變。如果要求增加氧濃度，可以采用提高氧流量或降低通氣量的辦法來實現(xiàn)。定量型呼吸機如需要放人純氧，可在進氣口加接儲氣囊，調節(jié)氧流量，使折疊氣囊每次充氣，儲氣囊還保留少量純氧，暇氧濃度即可達100%。如在儲氣囊前串接一空氣人口閥，則可調節(jié)儲氣囊充氣程度控制吸氧濃度。
氣電換能器是患者吸氣信號轉換為電脈沖信號的傳感器。它是一只用有機玻璃制成的容器，用一片十分平整帶有金屬片的皮膜分隔成兩個腔，一個腔與患者呼吸道相連，一個腔通大氣。當患者吸氣產生一定負壓時，吸動皮膜，使金屬片觸點接通，在電路中產生觸發(fā)單 穩(wěn)態(tài)電路脈沖信號。 空氧混合器就是將氧氣和空氣混合，再按比例調節(jié)成治療所需的安全氧濃度輸出給患者的一種裝置，按工作原理分為浮標式混合器，機械膜式混合器，電子比例混合器三種?；旌掀鞯难鯘舛纫脺y氧計予以檢測。
浮標式空氧混合器：由兩個獨立的氧氣流量浮標和空氣流量浮標組成，兩種氣體混合后的輸出氣體濃度，可從表里讀出，橫坐標是空氣流量，縱坐標是氧流量，兩流量讀數(shù)曲交叉點 即為輸出的氧濃度數(shù)百分數(shù)。浮標式空氧混合器結構簡單，價格低，氧濃度可以與氧監(jiān)測組合在一起監(jiān)測。機械式空氧混合器，氧氣與空氣分別從接口氧氣輸人端和壓縮空氣輸入端進入混合室，兩混合室空問大小比例決定了進入混合室流量調節(jié)器的氣體量多少，也決定了混合氣體輸出端霧化氣的氧濃度比例，這一切均由調節(jié)鈕推動彈簧的位置來決定混合腔室的大小，當調節(jié)鈕逆時針旋轉到左限位裝置時，右腔室最小，左腔室最大，這時混合氣室問里全為空氣， 輸出口的含氧量為21%；當調節(jié)鈕順時針旋轉到右限位裝置時，左腔室關閉，右腔室全開， 這時混合腔室里全為氧氣，輸出濃度為100%；當旋鈕到某一位置時，左右腔室大小發(fā)生改變，輸出氧濃度也隨之相應改變。操作簡單，讀數(shù)直觀，故障率低，體積小巧，價格適宜。
國外生產的空氧混合器，故障主要是空壓機里的冷凝水進人到混氧器生銹，導致腔體變位不準。國產的新型空氧混合器結構在這方面作了重要改進，腔室由鋼體改為石黑腔體，彈簧也改為不銹鋼，故障率低于進口的。如果進入到混氧器的供氣氣源壓力差達到0 05-0. 12MPa時，哨音發(fā)生器發(fā)出嗚聲報警。國外的銅制哨嗚器，也會因水銹導致報警失靈，國產的改為硅膠。
比例電子空氧混合器是閉環(huán)控制系統(tǒng)的一種，它的輸出變量（氧濃度）與輸入信號（空氣和氧氣的流量）是通過電磁閥混合控制閥完成比例關系的，當輸入空氣、氧氣的壓 力和溫度不變的前提下，首先將它們的其中某一個流量的變化，進入到控制反饋系統(tǒng)變?yōu)榈谝淮慰諝饣蜓鯕獾妮敵鲎兞?，然后將這個輸出變量通過傳感器與標定值的氧濃度反饋給控制器，計算出第二次變量，再去調節(jié)輸入變量的大小，從而使最終輸出變量氧與標定值的誤差是最小的，二次反饋式系統(tǒng)的輸出變量與初輸人變量的變化呈線性關系變化，是精度最高的。
電磁比例空氧混合器：由兩組并聯(lián)的壓縮空氣接口1和控制氧氣接口2組成了多孔電磁比例閥人口，里面并聯(lián)有多個空氣和氧氣電磁閥。在吸氣過程巾，控制電流流經伺服閥內的線圈，將閥球從閥座拉起，使閩球與閥座之間形成一個環(huán)形溝，通過調節(jié)閥門線閣的電流改變控制閥門開啟程度的大小。環(huán)形溝開閉程度和供氣壓力的大小共同決定了輸出端壓力調節(jié)處的混合氣體的流量和比例，實現(xiàn)輸出氧濃度按比例發(fā)生變化的需求。在呼氣過程中，閥體被壓進閥座里，閥口關閉，混合腔內裝有不斷攪動余留的氣體，使空氣、氧氣充分混合的混合瓣。因為其像鋼琴鍵般組合，救稱其為琴鍵閥，又稱為比配閥，優(yōu)點是反應時間快，其流量變化曲線是呈方波狀流是快速遞增或快速遞減過程，故其控制精確，常用于高檔呼吸機的 氧濃度和流量的控制。
氧電池的工作原理及性能檢測，用于測量混合后送給患者的混合氣體的真實氧濃度的氧電池，其原理是基于氧化鋯對氧的敏感性，在鉑電檻催化下，氧氣在參與氧化還原過程中會 產生電勢差，進而轉化成電壓信號。在恒定工作壓力和恒定溫度條件下氧濃度在21%-100%段輸出的電壓為14% mV~（20±5) % mV。輸出電壓在整個壽命期內基本上是穩(wěn)定的。
5.外部管道（呼吸回路附件）：呼吸機外部管道的作用是把經過濕化或霧化的氣體供給患者，同時把患者呼出的氣體通過呼吸活瓣直接排出。外部管道還要把呼吸信號反饋給 主機，以便達到同步呼吸，有效地改善患者的換氣效能。
(1)氣管插管和氣囊套：氣管由橡膠或蛆料制成，其較硬適度，便于插入而又不至于損傷上呼吸道黏膜。插管還需裝配由乳膠或薄膜塑料制成的氣囊套。使用前將囊內氣體 排盡，插入氣管后自然膨脹，可以堵住管間隙，防止漏氣。如密閉效果不夠理想，還可酌量注入空氣。氣管插管和氣囊套的外形如圖2-10所示。
(2)面單：臨床上常用面罩有兩種。一種用于麻醉機，為膠質面罩，裙邊為充氣環(huán)囊，用以增加與面頰皮膚的接觸面，防止漏氣和減輕管部壓力。第二種為有機玻璃面罩，邊沿為乳膠制成的充氣囊墊，具有重量輕、柔軟、密貼等優(yōu)點，用作同定面革。吸氣面罩一般分大小和特小號四種，萁形狀有很多種，在某些部位采用透明有機玻璃制作，但總的應做到大小適中，邊緣柔軟能緊貼面部，不漏氣，不損傷面部，無效腔小。螺紋管、呼吸囊和吸氣罩等患者回路的總要求是能抗靜電，不易腐蝕，質地軟柏彈性，易于化學消毒或高溫消毒。
(3)螺紋管：螺紋管用作呼吸機的通氣導道，多用橡膠制成。為防止管腔扭曲引起管腔狹窄或阻塞，采用螺紋折疊結構，橡膠制品雖有不易阻塞的優(yōu)點，但內壁不平，增加氣流阻 力，且隨氣壓變化而伸縮，增加呼吸機的無效腔效應。近年來，采用軟塑料導管，管壁內有螺旋彈性鋼絲，較好地克服了上述缺點。
(4)兩通呼吸閥：有機玻璃閥體有兩個通道，一端通道進氣，另一端與患者相連。呼氣口為閥體，上面排列成環(huán)形的10個小孔，其E覆蓋一片薄膜乳膠，使之成為單向閥，閥體內還 有一魚嘴閥，由硅膠制成，其底座為圓形內陷薄片，可向前推移，并能借其自身彈性后移復位。加壓吸氣時，魚嘴閥底座被推向前，堵塞呼氣孔，空氣經魚嘴閥進入呼吸道，當加壓終止 并轉為負壓時，魚嘴閥底座后移復位，呼氣孔開放，肺內氣體即可借胸肺彈性的回縮，排出體外。
6.流量計用于計量輸入純氧的流量，量程0-15L/min。
7.單向閥位于混合腔一端，作用是防止氣體外逸。
8.儲氣囊容量為1L的標準皮囊，用于儲存純氧氣體。
9.PEEP功能部件PEEP閥，可用范圍是0-0. 000 967MPa，通過一轉接頭將PEEP閥與呼吸機的呼氣口連接，通過調節(jié)PEEP閥上的旋鉦可輕松調節(jié)PEEP值。
（一）呼吸機工作過程和基本原理
肺的吸氣功能是在呼吸肌收縮時，胸廓容積擴大，肺泡膨脹形成負壓，從外界吸人空氣呼吸肌放松時，肺泡因彈性收縮，使肺內壓力增大，向外呼出氣體。呼吸氣流是由肺泡和大氣壓間的壓力差形成的。人工呼吸機的基本原理就是用機械的辦法建立這一壓力差，從而實現(xiàn)強制的人工呼吸過程。呼吸機工作原理框圖如2-11所示。
氧氣氣體進入氣路箱，經過濾器后，通過一個電接點雎力表來對氣源壓力進行監(jiān)測，當氣源壓力下降到調定報警壓力時，電路報管。氧氣經過減壓閥，將壓力限制在0.4MPa，然后氧氣通過電磁閥，到達節(jié)流閥，通過調節(jié)節(jié)流閥可控制通向患者的氣流大小。流過節(jié)流閥的高速氣體在空氧混合器的人口端產生負難，帶進一定比例的空氣，空氧混合后的氣體進入氣道。
為了安全起見，在氣道中設計了安全悶，安全閥是用來限制患者氣道的最高壓力的， 一般調定為6kPa。 當氣道壓力超過氣路系統(tǒng)安全壓力時，安全閥開放泄氣。氣流經過吸氣流量傳感器，轉換成系統(tǒng)用的監(jiān)測信號，用于監(jiān)測吸氣潮氣量和每分通氣量，然后進入濕化器。在濕化器里氣體被濕化并加溫到人體所需要溫度，然后經輸氣管道送至患者?；颊吆舫龅臍怏w通過管 道經呼氣活瓣排出體外?？諝饣旌蠚怏w進入患者肺部的輸送過程如下：控制氣體進人氣道的是節(jié)流閥，受操作人 員調節(jié)控制，吸氣時，電磁閥打開，呼氣活瓣關閉，呼氣時剛好相反，即電磁閥關閉，呼氣活瓣打開，整個過程受電子控制系統(tǒng)的控制。定時控制部分提供整機工作的各種節(jié)拍．包括吸氣 時間、自主呼吸時的切換信號、電磁閥的驅動信號和呼氣活瓣控制信號。
主機扳部分提供基本時鐘，對流量傳感器信號處理，管理鍵盤和顯示處理，處理各種報警信號，進行壓力監(jiān)測，采樣部分主要臨測患者與氣道壓力井送至面板顯示，產生壓力報警和患者觸發(fā)信號，監(jiān)控整機電源情況，在電壓異常時報警。面板顯示部分主要完成參數(shù)設置 和數(shù)據(jù)顯示。開關電源部分主要為整個系統(tǒng)提供各部分正常工作所需電源。
（二）呼吸機控制部分工作過程
呼吸機控制部分南程序時間控制器、基準信號發(fā)生器、吸氣控制器、呼氣控制器、監(jiān)控報警裝置組成。
1.程序時間控制器其作用是根據(jù)預置參數(shù)產生吸氣時間信號和呼氣時間信號，并能從監(jiān)測裝置取得流量、壓力報警信號，以及時地調整吸氣和呼氣的時間。該定時控制器還能產生多種時問信號供其他分系統(tǒng)使用，用控制時問的辦法改變呼吸機的工作方式，如定容、 嘆息、同步間歇強制呼吸等。
2.基準信號發(fā)生器它可以產生方波、加速波以及不吸氣信號的波形，用來控制吸氣流量的變化。三種基準波形如圖2-12所示。
在吸氣時間內，恒流波為方波，不吸氣信號則與其相反。加速波由3條折線組成，第一條折線由吸氣時問開始，以一定的效率上升至2／3吸氣時間處，然后以同樣的速率下降至吸氣時間結束，笫三段為吸氣時間結束時，垂直下降到零。三種基準信號波段都是用模擬集成電路實現(xiàn)的。選用不同波形時，呼吸氣流和氣遭壓力的相應波形如圖2-13所示。
3.吸氣控制器是一個獨立的自動控制系統(tǒng)，它將傳感器測出的向患者供氣流或氣道壓力與呼吸機主控制面板設定的流量或壓力參數(shù)相比較，然后將誤差信號放大，再經壓控振蕩器轉換成相應頻率的脈沖信號去驅動步進電機再由步進電機調整吸氣閥的開合程度，使供給患者的實際吸入氣流量或氣道壓與設定的參考值一致，從而實現(xiàn)流量或壓力的自動控制。吸氣流量控制回路方框圖和氣道壓力控制回路方框圖2-14和圖2-15所示。
在吸氣期限間，主控面板設定的流量或氣壓參數(shù)由基準信號發(fā)生器轉換化為相應的模擬電壓控信號。經PID(比例、積分、微分)、校正、放大看后輸?shù)綁赫袷幤鱒CO進行變換，模擬信號變成為數(shù)字信號，VCO輸出脈沖頻率與控制信號的幅度成正比。 脈沖信號再經功率放大后去驅動步進電機轉動，使吸氣閥門打開相應的角度。具有一定氧濃度并經過過濾的潔凈氣體通過流量傳感器、伺服閥、濕化器輸?shù)交颊吆粑馈Ｏ到y(tǒng)中的吸氣流量傳感器，將實時地檢測管路中的氣體流量并將其轉換成電量，經前置放大和線性化處理后，反饋到吸氣回路的輸入端與給定的預置信號進行比較即在誤差信號計算器里將兩種不同極性的信號做加法運算。
若計算結果誤差信號大于零，說明吸氣閥門開度角小，此時喜者吸氣量偏低。正誤差信號將使吸氣閥門進一步開大，用反饋量增加到與控制信號相平衡；若是計算結果得到負誤差信號，說明吸氣閥門開度角偏大，此時患者吸氣量過大．昕以負誤差信號要使閥門開度角減少，使反饋量減小到和控制信號剛好平衡為止。 吸氣調節(jié)過程一結束，基準信號發(fā)生器立即輸出一個不吸氣方波信號，使誤差信號計算器產生一個幅度很大的負誤差信號。經V-F變換后，去驅動步進電機以每秒500步的速度將吸氣閥門迅速關閉。轉入屏氣（吸氣閥門、呼氣閥門關閉）和呼氣狀態(tài)。氣道壓力的控制過程與此過程相似。
4.呼氣控制器：吸氣過程結束后，有一小段時間是屏氣過程，接著程序時間控制器就發(fā)出開始呼氣的時間指令。預置的呼氣流量信號經過位置計算和脈寬功率放大后，驅動電磁鐵使呼氣閥門打開?；颊吆舫龅臍怏w經過疏水器、呼氣流量傳感器、伺服閥、呼氣出口止回閻排人大氣。為了使患者呼氣通暢，呼氣流量控制信號一般都設定存100L/min以上。