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麻醉机设计的原理及进展


麻醉机是现代医院进行手术全身麻醉的重要工具。其主要功能是为患者进行吸入麻醉、代替呼吸、供氧等。因此麻醉机设计由气体供应装置包括: 氧气(O2) 、空气(Ai r) 、氧化亚氮(笑气/ N2O) 、安全装置、报警系统、监测系统; 代替呼吸管理的麻醉呼吸机以及其它操作部件,残气清除系统。 
  麻醉机基本分类有: 按功能分: 全能型、普及型和轻便型;按流量大小分: 高流量麻醉机, 低流量麻醉机; 按患者年龄分:**用、小儿用和**小儿兼用。 
  目前国内外麻醉机发展迅猛, 逐步向智能型, 多功能型发展,直至当今麻醉领域的新潮流- 麻醉工作站。 
  现代麻醉机的按结构原理可分为: 气体供应输送系统、麻醉气体挥发罐、呼吸回路、麻醉呼吸机、安全监测系统及残气清除系统。 
   1 气体供应输送系统 
   气体供应系统包括:压缩气筒(或中心气源) 、单向阀、溢流阀、过滤器、压力表、气体压力调压器、流量计和N2O - O2 比例互锁控制装置、笑- 氧截止阀等。 
   麻醉机的供气气源种类有: 氧气(O2) 、空气(Ai r) 、氧化亚氮(笑气/ N2O) 等,供气压力为0. 3~0. 4MPa 。高压气体需经过过滤器过滤、单向阀限制流向、减压阀减压, 将高压而易变、可能存在颗粒的气体变成压力低而稳定的纯净气源供给麻醉机使用。该系统的操作应严禁任何油脂、易燃物质与可能避免的接触, 更应注意避免各种气体连接错误。因此在设计上不同的气体必须用不同颜色的管道来区分; 不同气体的连接头采用不可互换的设计。新近的麻醉机在原来O2、N2O 的基础上提供空气(Ai r) 气源, 更减少全身麻醉时的并发症, 提高安全性、可靠性。 
   麻醉机必须配备各种气源的流量计,流量计单位为L / min和mL / min (或低于2L / min 流量管) 两种读数流量管,以便于低流量麻醉实施。同时必须配备N2O - O2比例互锁控制装置,保证输出的麻醉气体氧浓度水平不低于25 %;当氧气供应不足或中断时,笑气供应自动切断。常见的N2O - O2 比例互锁控制装置、笑- 氧截止阀为机械装置,慎防失灵,在日常的使用过程中,必须注意O2、N2O 比例,检查流量计是否漏气,依靠麻醉机或其它监护系统监测呼吸回路中的O2、N2O 浓度,更可准确地测量当前麻醉机运行的情况。现代的麻醉机很多具有55L / min氧气旁路, 通过应急接口可迅速直接进入呼吸回路, 极大方便临床麻醉师的供氧操作。 
2 麻醉气体挥发罐 
   挥发罐是麻醉机的重要组成部分, 它的质量不但标志着麻醉机的制造水平, 也关系到吸入麻醉的效果与成败, 直接涉及到患者的安危。 
   挥发罐的基本原理是利用周围环境的温度和热源的变化,把***物变成蒸发气体, 通过一定量的载气, 其中一部分气体携走饱和的麻醉气体, 成为有一定浓度的麻醉蒸气的气流,直接进入麻醉回路。 
   挥发罐按***物分类分:乙醚、氟烷、安氟醚、异氟醚。新的麻药有七氟醚、氟环丙烷等;按蒸发原理分:鼓泡型、加热型、滴入型、自然蒸发型。 
   影响挥发罐输出浓度的重要因素是: 温度、压力、流量、载气与***接触面积, ***容积的大小和挥发罐在麻醉回路中的安放位置。 
麻醉机大多配套自然蒸发型的挥发罐, 同时采用呼吸机环路之外的挥发罐(环路外挥发罐) ,由单独的氧气流与之相连接的挥发罐, 再与主气流混合供吸入。因此挥发罐的输出浓度比较恒定, 主要受周围环境温度及新鲜气流大小的影响。为了避免外界温差对挥发罐输出浓度的影响, 现代的挥发罐采用温度、压力、流量补偿装置的原理确保输出浓度的准确度。其主要原理如图1。 

  混合气体经进气口(1) 到达蒸发器内。一路经旁通路(3) 达到气体出口(2) , 另一路经内部气道到达零点锁点(6) , 如果蒸发罐已打开(零点按钮已按下) 、气体将通过零锁点(6) 到达压力补偿装置(11) , 这个装置能自动实现在主气道压力变化时,使麻药蒸发气相应变化, 而不会使输出口(2) 处麻药浓度产生波动, 经压力补偿装置(11) 后气体将到达蒸气室、在蒸气室内气体将主要与被细芯束吸收并蒸发的蒸气混合, 经气道到达蒸发罐控制孔(4) 、这个孔(4) 将受控制旋钮(13) 的控制,它将决定由这个孔输出的麻药蒸气的量, 由于温度补偿装置(9) 带动其轴上下运动和压力补偿(11) 能消除压力波动和气体汇流,经过旁通口(3) 的气体和经过蒸发罐孔(4) 的气体量存在着一定的比例, ,这就决定输出口(2) 处的麻药浓度、并且通过(13) 来改变这T 比例也就改变了麻药浓度。 
   
  上等麻醉机都可配备有多个麻醉挥发罐接口, 可连接数个挥发罐。 

3 呼吸回路 
   
  呼吸回路是麻醉机与患者相连接的联合气路装置, 为患者输送麻醉混合气体, 输回患者呼出气体, 从而实现正常的氧气与二氧化碳气体的交换。主要由呼吸管道、CO2吸收罐、吸呼活瓣、储气囊、面罩、机控- 手控阀、排气阀、限压阀、开发/半开放阀等。由活瓣与管道形成气体的定向循环,利用CO2吸收罐中的钠石灰吸收CO2和水份,以供给患者新鲜气体。机控- 手控阀方便使用者进行手动控制或通过麻醉呼吸机进行机控的选择; 半开放阀、限压阀等可使呼吸回路灵活控制, 压力限制, 有利于进行自主呼吸。 
现代的呼吸回路是集成化,各个部件布局合理、紧凑、小型化、容量小、泄漏小、顺应性低。回路设计有各种监测探头的接口、设有压力限制阀、新鲜气体隔离阀等方便临床麻醉师使用。各集成化的呼吸回路及部件可方便拆卸,对部件的清洗、消毒展现出全新的设计风范。 
4 麻醉呼吸机 
  麻醉呼吸机已经成为麻醉机必备的组成部分。由于吸入麻醉中实现机械通气,近年来发展迅猛,并且功能齐全,小型化。 
   麻醉呼吸机的驱动有气动、气动电控和电动。气动型的呼吸器属较老式的产品,单纯以压缩氧为动力源,耗氧量大,属淘汰的 呼吸器; 较新型的麻醉机配套麻醉呼吸机大多是氧气驱动, 电控式的; 新近的麻醉呼吸机属内置电动电控呼吸机无需驱动器,能在断气的情况下,由大气补充进行通气,保证患者的安全; 较典型的麻醉呼吸机为气动电控式呼吸机, 透明密封罩内的折叠囊内,外分别为两套气路回路,驱动气压缩折叠囊、驱使囊内麻醉气体输入患者, 形成驱动气源、麻醉气流两环路系统。 
   麻醉呼吸机的工作分四个时相: 向肺内充气, 吸气向呼气转换; 使肺排气,呼气向吸气转换。常用的麻醉机用气动电控,供气装置采用折叠囊, 由压缩气体驱动或气体流经流量调节阀或吸入阀进入环流回路。电子控制或微机处理器根据呼吸模式及所设定参数进行计算,从而控制相应的电磁阀门开、关,送出所需气体量。 
   现代的麻醉呼吸机已经发展成为多功能的呼吸机, 为患者提供近乎完整的多种呼吸模式,包括自主呼吸(SPON T) 、手动通气(MANUAL ) 、定容通气(VC) 、定压通气( PCV) 同步间歇指令通气(S IMV) 、压力支持通气( PSV) 甚至有些机型还具有压力调节容量控制通气( PRVC) 等模式。呼吸参数的设置范围也很广,如潮气量20~1500ml 、呼吸频率6~99bpm、呼吸比1 :3~4 :1、压力支持2~60cmH2O. . . . . . 等。 
5 安全监测系统 
   现代麻醉机都有安全监测系统。该系统包括: 供氧不足报警、供氧不足/ 中断笑气截止装置,容量和浓度监测部分和故障报警。监测部分主要有:吸入氧浓度、呼出潮气量、气道压力、分钟通气量、呼气末CO2浓度、麻醉气体浓度。用微电脑处理和显示各项数据,并附有报警装置系统,特别是呼吸、循环、神经、肌肉监测功能都可实现, 极大提高了临床使用麻醉质量和患者的安全性,提高手术的成功率。 
6 残气清除系统 
   残气清除系统是收集麻醉机内多余的残气和患者呼出的废气, 并通过管道将其排出手术室, 以免造成手术室内的空气污染。主要包括废气收集和排放装置由:调节阀、排放阀、真空发生器、管道及连接件等组成。   
7 结论 
   现代麻醉机正朝着智能化、集成化系统发展, 各部件组合协调、灵活、可靠,结构紧凑、合理,使用界面清晰友好,操作方便快捷。电控气体输送系统,内置式电控麻醉呼吸机,集成化呼吸回路,一体化的气体监护系统,高、低微流量的麻醉方式是现代麻醉机的最佳结合。