呼吸机氧电池氧传感器在新冠疫情中有何作用

2024-03-05 11:34

新华社新德里5月11日电（记者胡晓明）印度果阿邦一家公立医院11日至少有26名新冠患者因缺氧死亡。

果阿邦卫生部长维什瓦吉特·拉内说，事件发生在果阿医学院附属医院。该医院的氧气需求量为1200瓶，但目前仅获得了400瓶氧气。他要求高等法院对这一事件展开调查。

印度安得拉邦一家公立医院10日晚也发生11名新冠患者因缺氧死亡事件。由于新一波疫情急剧恶化，印度多地医院床位、氧气、疫苗和药品等医疗资源告急，自4月以来已发生多起新冠病人因缺氧死亡事件。

印度卫生部11日公布的数据显示，印度单日新增新冠确诊病例329942例，累计确诊22992517例；新增死亡病例3876例，累计死亡249992例。

印度在面对此次新冠疫情几乎严重失控，医疗体系处于崩溃边缘，全国的医院都面临物资短缺问题。我们都知道感染病毒后，危重病人典型的症状就是呼吸困难，改善呼吸是重要的治疗手段。这个症状的直接缓解办法就是吸氧，然后再视情况使用机械通气，即我们说的呼吸机。

呼吸机能够起到预防和呼吸衰竭的作用，减少并发症，它成为了挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备，可以称之为“疫情战机”。

对于新冠肺炎，呼吸机是极有效的疗法之一，通过佩戴呼吸机，可以有效改善新冠病毒肺炎患者血氧，降低死亡率。钟南山院士在央视连线中指出：经鼻高流量氧疗、机械通气，是目前新冠病毒肺炎的主要方式之一。

作为呼吸机的主要组成部件，现代呼吸机，几乎都会采用氧电池氧传感器，对呼吸机吸入氧浓度的监测功能。目前，呼吸机大多采用电化学方式的氧传感器。由于氧传感器发生化学反应时需要消耗原料，所以，呼吸机氧气传感器又被称作呼吸机氧电池，使用寿命相对较短。

浅析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，这时可以对其进行定标校准，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。

如有的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日本Figaro、德国EnviteC、美国Teledyne、英国CityTechnology 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， Servoi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。

据说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。作为医院设备科工程师，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。

呼吸机中常见可用氧电池氧传感器

浅析呼吸机氧电池氧传感器在新冠疫情中的重要性

长寿命电化学氧气传感器 KE系列（KE－25F3／KE－25／KE－50）特性：

（1）长寿命

（2）不受CO2，CO，H2S，NOx，H2影响

（3）低成本

（4）在常温下工作

（5）信号输出稳定

（6）无需外部电源

（7）不需加热

浅析呼吸机氧电池氧传感器在新冠疫情中的重要性

英国CITY 氧气传感器 O2传感器4OXV 描述：

产品介绍： 4OXV是英国CITY公司推出的一款高性能电化学式氧气传感器：主要用于测量环境中氧气气体浓度，根据测量范围的不同以及工作寿命的长短，主要特点和优势，消除了误报，可靠性确保达到指定寿命，优越的环境性能，提高了在极端应用中的反应速度。氧气传感器4OXV氧气传感器有多个型号，例如：氧传感器7OXV， 70X， AO2T， AO2， AO3，KE25， KE50， 5FO， 2FO， T70XV， 40X， I103等

O2传感器4OXV特性参数

空气中输出： 0．10 ± 0．02mA

T90反应时间：＜ 15秒

零点电流（偏移）：＜0．6 VOL％

推荐负载电阻： 100Ω

壳体材料：ABS

方向感应度：＜0．2 VOL％

使用温度范围：－20°C －－ 50°C

使用压力范围：大气± 20％

使用湿度范围： 5％－－ 95％ RH（非凝结）

长期漂移：＜ 2％／月

重量：＜ 16克