麻醉机的结构、原理与发展
麻醉机的结构、原理与发展
1、引言
在医疗设备中，麻醉机作为手术麻醉必不可少的医疗仪器被广泛使用，它主要功能是给手术病人吸入适量麻醉混合气体，同时供一定比例的氧气保证正常的呼吸，在实施全身麻醉的过程中，维持和监护术中病人的生命体征，保证手术安全、可靠的进行。麻醉机的性能直接关系到手术能否正常的进行，因此，设备的安全性、可靠性、精确性成为衡量麻醉机质量的重要指标，下面就麻醉机的结构和原理，以及未来的发展进行阐述。
2、工作原理
麻醉机在工作中首先把高压气体( 空气、氧气O2、笑气N2O 等) 经减压阀减压，得到压力低且稳定的气体，再通过流量计、O2-N2O 比例调控装置调节产生一定流量和比例的混合气体，进入呼吸管路；麻醉药物经挥发罐生成麻醉蒸气，并控制所需定量的麻醉蒸气进入呼吸回路，随混合气体一起输送给术者，含麻醉蒸气的混合气体，被人体呼吸时产生的吸气负压吸入肺部，通过血液循环输送到人体各个器官，使器官在一定的时间内暂时失去知觉和各种反射，从而达到麻醉目的[1.4.5]。
3、分类
麻醉机的基木分类有：按功能多少、结构繁简分：全能型、普及型和轻便型；按流量高低分：高流量麻醉机，低流量麻醉机；按对象分：成人型、小儿型和成人小儿兼用型。
目前国内外麻醉机常用品牌有：德国Drager、美国Ohmeda、德国西门子、英国Tontro、日本FANCY、北京ACM 系列、上海MHJ 系列、江苏RY 系列等。
4、主要结构
现代麻醉机的基本结构可分为：呼吸器、呼吸回路系统、麻醉气体挥发罐、供气系统、呼吸安全监测系统和残气收集系统等，见图1。
4.1 呼吸器
在麻醉过程中，呼吸器用于辅助和控制病人呼吸，是麻醉机必需的组成部分。在现代麻醉机中，都配
有机控和手控两种呼吸方式。可以通过机控/ 手控开关来切换。在手控方式中，呼吸回路与手控气囊接通，麻醉师通过手动按压气囊控制病人呼吸。在机控方式中，呼吸器被接入呼吸回路中，按照设定好的呼吸模式( 如PCV、VCV、SIMV)，和呼吸参数来帮助病人呼吸。呼吸器工作原理简单的说就是：通过机器来代替手动按压气囊，从而控制病人呼吸，见图2。呼吸器一般可分为气动气控、气动电控和电动电控三种。在这三种呼吸器中，电动电控呼吸器最精准、最稳定、更节省麻醉成本，被越来越多的高档麻醉机所采用。它的特点是无需驱动气体，能够在没有任何气体的供应情况下，依然能够像呼吸机一样精确地控制病人呼吸。
4.2 呼吸回路系统
呼吸回路系统是麻醉机与病人相连的气路装置。它负责向病人输送麻醉混合气体，回收病人呼出的气体，并将多余的麻醉气体排入残气收集系统。主要包括：吸气阀、呼出阀、APL 阀、PEEP 阀、CO2 吸收器和呼吸管路。回路分有两种：一种为标准回路( 也称立件回路) ；另一种为板式回路。板式回来主要是把标准回路中的六个部件集成在一起，这样做结构紧凑，使用方便，接口较标准回路减少，有效防止漏气。美国、英国生产的麻醉机均采用板式回路，而德国生产的麻醉剂早期都采用标准回路，后期也改用了板式回路。其中包括德国DRAGER Fabius 和PRIMUS 麻醉机。现代麻醉机的呼吸回路越趋于紧凑化和集成化，它大大缩减了管路死腔和可拆卸部件，从而降低回路阻力，提高呼吸顺应性，减少气体泄漏的可能，同时也易于拆卸、清洁和消毒。
4.3 麻醉气体挥发罐( 亦称蒸发器)
挥发罐是麻醉机的重要组成部分，它的作用将麻醉药转换成麻醉蒸气并按一定量输入呼吸回路，提供带麻醉蒸气的混合气体给术者。随着微机和传感器的应用和发展，电控挥发罐逐渐应用于临床，它的结构由蒸发室和旁路室组成。技术特点是在蒸发室的出口安置了一个电子流量控制阀。这个控制阀由罐内的一个CPU 控制， CPU 接收到蒸发罐浓度控制盘的信息，根据蒸发室内的压力、温度传感器以及蒸发室、旁路室出口的流量计所提供的信息，同时接收气体监测所提供的信息，综合分析后精确地控制流量阀，以达到预期的吸入麻醉药浓度[2]。电子蒸发罐的使用，让麻醉药浓度控制实现自动化，减少了人为误操作的可能，提高了吸入麻醉的安全性。
为了避免外界温度差异造成的输出浓度波动，挥发罐普遍采用温度- 气流补偿原理，其作用是不管是外界温度的波动还是挥发罐的气流量过低(<250ml/min) 或过高(>15L/min)，挥发罐仍能稳定地输出麻醉蒸气。尤其是在低流量下麻醉药挥发的精确更为重要，它为实施低流量麻醉建立基本条件。如Ohmeda Tec4，Drager Vapor19.1 型蒸发器，还有Drager Vapor 2000 型能够保证在10?C~40?C 的精确操作[5]。质量优良的挥发罐应能做到任何位置无泄漏，目前各型挥发罐常在麻药灌注口和挥发气输出口，加装各种安全装置，防止气体的泄露，保证操作人员的安全。因为各种麻醉药液的沸点、饱合蒸气压等物理特性的不同，挥发罐需为其专用设计，一般高档麻醉机都备有多个麻醉挥发罐接口，可接数个挥发罐。
4.4 供气系统
该系统包括：压缩气瓶( 或中心供气源)、压力表、压力调节器、流量计、减压阀和N2O-O2 比例调控保护装置等。
麻醉机的供气来源有压缩气筒和中心供气源两种方式，供气种类有氧气O2、笑气N2O、空气等( 其中供气源气压应为3.85~4kg/cm2)。高压气需经减压阀减压，将高而易变的压力降为低而稳定的压力供麻醉使用。N2O 的基础上提供空气气源，减少全身麻醉时的并发症，提高了麻醉安全可靠性。同时配有各气源的流量计，以便低流量麻醉实施。N2O-O2 比例调控保护装置，保证输出的氧浓度水平不低于25%，氧气不足时，笑气供给自动切断。由于麻醉机采用了精密的比例控制阀和电子气体流量传感器，因此机器不仅能自动监测和控制各种气体的补给量，还能像治疗用呼吸机那样自动控制，补给气体浓度比例，并精准地按照各种呼吸模式，控制病人进行呼吸[5]。
4.5 残气收集系统
该系统的作用主要是对病人呼出的气体( 主要是多余的麻醉气体，CO2 已经被凑吸收器吸收) 进行处理，保证排出的气体对环境空气没有污染，确保手术的工作环境的洁净，防止伤害医务人员的健康。残气
清除系统包括：残气收集装置、输送管道、连接装置、残气处理管。清除方式主要有管道通向室外，化学吸附，或真空泵引等，目前普遍使用含活性炭等吸附材料的过滤器对残气进行净化处理。
4.6 气体安全监测系统：
安全监测系统包括：低氧压自动切断装置及各种压力、容量和浓度监测部件和故障报警装置。实时监测设备的多项参数，如呼吸回路中气体流量、气体压力、呼吸次数、吸入端氧浓度和呼气末CO2 浓度等，由微电脑控制、处理和显示各项数据，同时，报警装置全程实时监控。监测系统将测出数值和压力波形显示给麻醉师，麻醉师根据相关信息对麻醉机进行参数调整。
5、麻醉机的发展——麻醉工作站
随着麻醉机工业技术的飞速发展，麻醉机越来越电子化、集成化和智能化。各个部件结合紧密协助配合工作。特别是麻醉工作站，它将以友好的用户界面、全方位的病人生理参数监测、集成化的呼吸管路、高性能的呼吸器、精确的电控气体输送系统、强大的病人麻醉管理系统等特点，逐渐在临床上普及[3]。它将是现代麻醉机技术的发展方向。麻醉工作站是一个将麻醉机的气体输送、麻醉监护以及信息记录和存储管理等多项功能整合在一个平台上的一体化麻醉系统。此系统模块式的设计，具有不断升级的能力，为未来留有广阔的发展空间。
麻醉工作站的新颖之处在于它的信息管理系统。它运用计算机大容量的存储功能，记录下麻醉过程中所有的参数变化和所有信息，并可任意编辑数据，生成相应的分析报告。同时具有开放式的结构和强大的网络功能。可以在麻醉工作站和服务器之间进行联网，达到手术室之间、手术室和术后恢复室之间的信息联网，并能整体嵌入医院的信息管理系统，实现信息资源共享。此外，还可以与诊断电脑联接，实现现场或远程的故障分析和诊断，快速有效地保证机器良好运行；智能化的维修菜单可以记录所有出错事件和故障代码；呼吸机、蒸发器或混合气体的自诊断信息等可以被调出作远程维修。
麻醉工作站使实施理想中的低成本、高效率、高安全性的吸入麻醉成为可能，也使麻醉师的工作变得更加的轻松和有效。
总之，现代麻醉机正在朝向智能化、集成化系统方向发展。麻醉工作站的普及和应用将会对医院的麻醉技术带来空前的发展，它将使医院降低成本，提高麻醉质量，减少病人痛苦，提高工作效益，给医院带来经济和社会效益。