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中国科技期刊数据库 工业 A 162 呼吸机校准测量结果不确定度浅析 胡日星 承德市质量技术监督检验所，河北 承德 067000 摘要：摘要：呼吸机是一种能够预防和治疗呼吸系统衰竭，减少并发症，挽救以及延长病人生命的医疗设备。它被广泛应用在医院的各个科室里，例如病人手术期间的麻醉呼吸，急救中的心肺复苏以及呼吸衰竭等。挽救病人生命。因此，系统了解呼吸机原理，对呼吸机各个参数进行设置以及参数的准确性就尤为关键。文章简要介绍了呼吸机的工作原理，着重分析了使用中呼吸机潮气量、呼吸频率、气道峰压和吸气氧浓度的不确定度的来源及其计算方法。关键词：关键词：呼吸机；潮气量；气道峰压；吸气氧浓度；不确定度 中图分类号：中图分类号：R197 0 引言 呼吸机是一种代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功能消耗，节约心脏储备能力的装置。呼吸机是通过人体内部与外界环境的压力差来辅助病人进行呼吸动作的。人体内部通过气管与外界连接，人在自主吸气时，肺部被动扩张，肺部压力小于外界压力，吸入外界的新鲜空气。吸气后人体内压力高于外界压力，肺内的完成交换后呼出体外。当人体由于各种原因不能进行自主呼吸时，就需要呼吸机依据上述人体自主呼吸的原理在体外通过一系列参数的调节，在吸气过程中使外界压力高于人体内部压力，将氧含量较高的气体压入人体内，高氧浓度气体进入人体，肺内压力升高，达到一定高度后，呼吸机会停止供气，气体与体内气体交换后，呼吸机的呼气阀将会打开，病人的肺会产生被动性回缩，呼出气体，从而帮助病人完成人体内外的气体交换，实现呼吸运动。按照医院常用的呼吸机依据接入模式可分为有创呼吸机和无创呼吸机。下面依据规程要求对呼吸机的常用参数进行不确定度评定。（1）校准依据：JJF 1234-2018 呼吸机校准规范（2）环境条件：温度为（235），相对湿度不大于 85%（3）测量标准：呼吸机校准装置 1 呼吸机吸气潮气量测量不确定度评定 1.1 测量过程简述（1）被测对象：呼吸机吸气潮气量检测单元（2）测量方法：首先按说明书将呼吸机质量检测仪与被校准呼吸机输出部分相连，然后将被校准呼吸机调整为正常工作状态，将其吸气潮气量值设定为400mL/次，待读数稳定后读取呼吸机质量检测仪示值，此时数字表示值即为被校准呼吸机吸气潮气量值1。1.2 数学模型 V=V-V0 其中：V-吸气潮气量示值误差 V-呼吸机吸气潮气量示值 V0-呼吸机质量检测仪吸气潮气量示值 1.3 各输入量的标准不确定度评定 潮气量不确定度uc主要来源于呼吸机质量检测仪吸气潮气量测量重复性引入的不确定度分量 uA，按 A类方法评定。以及呼吸机校准装置的最大允许误差引入的不确定度分量 uB，按 B 类方法评定2。（1）测量重复性引入的不确定度分量 uA 呼吸机质量检测仪吸气潮气量测量重复性，可以通过对呼吸机潮气量 400mL/次处在重复条件下连续测量 10 次，读取测得值，分别为 406、411、395、389、410、412、407、398、396、396（mL/次），由此计算出实验标准差。V=101101iiV=402 mL/次 由贝塞尔公式求得单次测量值的实验标准差：s=1101012iiVV=8.4 mL/次 中国科技期刊数据库 工业 A 163 实际测量 3 次，因此按 A 类方法评定得出的不确定度分量 uA uA=3s=4.8mL/次（2）检测仪最大允许误差引入的不确定度分量 uB 呼吸机质量检测仪潮气量值测量的最大允许误差为3%，在区间内分按均匀分布，包含因子为 k=3，当潮气量设定值为 400mL/次时引入的误差为：uB=3%3400=6.9mL/次 1.4 合成标准不确定度及扩展不确定度的评定（1）灵敏系数 数学模型：V=V-V0（2）各不确定度分量为测量重复性 uA和校准装置的误差 uB（3）合成标准不确定度 以上各分两不相关，合成标准不确定度为：uc=222221ccBAuu=229.68.4=8.4 mL/次（4）扩展不确定度 当k=2时，扩展不确定度为：U=kuc=28.4=17mL/次 1.5 测量不确定度的报告：呼吸机潮气量测量结果的扩展不确定度为：V=402mL/次；U=17mL/次,k=2 B.呼吸机吸气氧浓度测量不确定度评定 1.5.1 测量过程简述（1）被测对象：呼吸机吸气氧浓度检测单元（2）测量方法：首先按说明书将呼吸机质量检测仪与被校准呼吸机输出部分相连，然后将被校准呼吸机调整为正常工作状态，将其吸气氧浓度值设定为 60%，待读数稳定后读取呼吸机质量检测仪示值，此时数字表示值即为被校准呼吸机吸气氧浓度值。1.5.2 数学模型 C=C-C0 其中：C-吸气氧浓度示值误差 C-呼吸机吸气氧浓度示值 C0-呼吸机质量检测仪吸气氧浓度示值 1.5.3 各输入量的不确定度评定 氧浓度不确定度 uc主要来源于呼吸机氧浓度测量重复性引入的不确定度分量 uA，按 A 类方法评定。以及呼吸机校准装置的最大允许误差引入的不确定度分量 uB，按 B 类方法评定。（1）测量重复性引入的不确定度分量 uA 呼吸机质量检测仪吸气氧浓度测量重复性，可以通过对呼吸机吸气氧浓度 60%处在重复条件下连续测量 10 次，读取测得值，分别为 58.6%、59.1%、60.1%、60.8%、59.4%、61.5%、62.3%、58.9%、59.2%、60.9%由此计算出实验标准差。C=60.08%由贝塞尔公式得单次实验标准差：s=1.24%实际为取 3 次测量平均值，因此按 A 类方法评定得出的不确定度分量 uA uA=0.72%（2）检测仪最大允许误差引入的不确定度分量 uB 呼吸机质量检测仪在氧浓度测量模块的最大允许误差为 3%，在区间内分按均匀分布，包含因子为 k=3，当氧浓度设定值为 60%时引入的误差为：uB=3%3=1.73%1.5.4 合成标准不确定度及扩展不确定度的评定（1）灵敏系数 数学模型：C=C-C0（2）各不确定度分量为测量重复性 uA和校准装置的误差 uB（3）合成标准不确定度 以上各分两不相关，合成标准不确定度为：uc=222221ccBAuu=22%)73.1(%)72.0(=1.87%（4）扩展不确定度 当 k=2 时，其扩展不确定度为：U=kuc=21.87%=3.7%1.5.5 氧浓度测量不确定度的报告：呼吸机氧浓度测量结果的扩展不确定度为：C=60.08%；U=3.7%,k=2 C.呼吸机通气频率测量不确定度评定 1.5.5.1 测量过程简述（1）被测对象：呼吸机通气频率检测单元（2）测量方法：首先按说明书将呼吸机质量检测仪与被校准呼吸机输出部分相连，然后将被校准呼吸机调整为正常工作状态，将其通气频率值设定为 15bpm，待读数稳定后读取呼吸机质量检测仪示值，此时数字表示值即为被校准呼吸机通气频率值。中国科技期刊数据库 工业 A 164 1.5.5.2 数学模型 f=f-f0 其中：f 通气频率示值误差 f-呼吸机通气频率示值 f0-呼吸机质量检测仪通气频率示值 1.5.5.3 各输入量的不确定度评定 通气频率不确定度 uc主要来源于呼吸机质量检测仪通气频率测量的重复性引入的不确定度分量 uA，按 A类方法评定。以及呼吸机校准装置的最大允许误差引入的不确定度分量 uB，按 B 类方法评定。（1）测量重复性引入的不确定度分量 uA 呼吸机质量检测仪通气频率值测量重复性，可以通过对呼吸机通气频率 15bpm 处在重复条件下连续测量 10 次，读取测得值，15.1、15.0、15.1、15.1、15.0、14.9、14.9、15.0、15.0、15.1（bpm）由此计算出实验标准差。详见下表。P=15.02bpm 由贝塞尔公式求得实验标准差：s=0.08bpm 在实际校准过程中取 3 次测量平均值，按 A 类不确定度方法评定得出的不确定度分量 uA uA=0.046bpm 2 检测仪最大允许误差引入的不确定度分量uB 呼吸机质量检测仪通气频率的最大允许误差为0.1bpm，在区间内分按均匀分布，包含因子为 k=3，当通气频率设定值为 15bpm 时引入的误差为：uB=31.0=0.06bpm 1.5.5.4 合成标准不确定度及扩展不确定度的评定（1）灵敏系数 数学模型：f=f-f0（2）各不确定度分量为测量重复性 uA和校准装置的误差 uB（3）合成标准不确定度 以上各分两不相关，合成标准不确定度为：uc=222221ccBAuu=2206.0046.0=0.076bpm（4）扩展不确定度 当 k=2 时，扩展不确定度为：U=kuc=20.076=0.15 bpm 1.5.5.5 测量不确定度的报告：呼吸机通气频率测量结果的扩展不确定度为：f=15.02 bpm；U=0.15bpm,k=2 D.呼吸机气道风压压测量不确定度评定 1.6 测量过程简述（1）被测对象：呼吸机气道峰压检测单元（2）测量方法：首先按说明书将呼吸机质量检测仪与被校准呼吸机输出部分相连，然后将被校准呼吸机调整为正常工作状态，将其呼气末正压设定为2.0kPa，待读数稳定后读取呼吸机质量检测仪示值3。1.7 数学模型 P=P-P0 其中：P-气道峰压示值误差 P-呼吸机气道峰压示值 P0-呼吸机质量检测仪气道峰压示值 1.8 各输入量的不确定度评定 呼吸机气道峰压不确定度 uc的主要来源为呼吸机质量检测仪气道峰压测量重复性引入的不确定度分量uA，按 A 类方法评定和呼吸机校准装置的最大允许误差引入的不确定度分量 uB，按 B 类方法评定。（1）测量重复性引入的不确定度分量 uA 呼吸机质量检测仪气道峰压测量重复性，可以通过对呼吸机气道峰压 2.0 kPa 处在重复条件下连续测量 10 次，读取测得值，2.01、2.02、2.01、1.99、1.99、2.01、2.02、2.03、2.02、2.00 由此计算出实验标准差。P=2.011kPa 由贝塞尔公式求得实验标准差：s=0.019 kPa 实际取 3 次测量平均值，按 A 类方法评定得出的不确定度分量 uA uA=0.11 kPa（2）检测仪最大允许误差引入的不确定度分量 uB 呼吸机质量检测仪气道峰压的最大允许误差为0.05kPa，在区间内分按均匀分布，取包含因子为 k=3，当气道峰压设定值为 2kPa 时引入的误差为：uB=305.0=0.029kPa 1.9 合成标准不确定度及扩展不确定度的评定（1）灵敏系数 中国科技期刊数据库 工业 A 165 数学模型：P=P-P0（2）各不确定度分量为测量重复性 uA和校准装置的误差 uB（3）合成标准不确定度 以上各分两不相关，合成标准不确定度为：uc=222221ccBAuu=22029.011.0=0.12kPa（4）扩展不确定度 当 k=2 时，扩 展 不 确 定 度 为：U=kuc=2 0.12=0.24kPa 1.10 测量不确定度的报告：呼吸机气道峰压检测单元测量结果的扩展不确定度为：P=2.011kPa；U=0.24kPa,k=2 E.各示值的测量不确定度 综上所述呼吸机各特性量值的扩展不确定度为：综上就是就是根据相关数据，依据校准规范对呼吸机各个参数测量不确定度的一点浅析，为保障呼吸机各参数计量校准结果的准确和仪器安全可靠运行提供了一定的依据，保障了患者的权益。参考文献 1 1邱英,彭延岭.测量不确定度评定与表示J.机械工程师,2007(4):3.2 孙劼,张璞,曹德森,等.JJF1234-2018呼吸机校准规范解读J.中国计量,2018(11):3.3 陆 治 强,呼 吸 机 入 门 知 识 J.医 药 卫生:2019(6):172-175.作者简介：作者简介：胡日星（1987），女，满族，河北承德人，学历 本科，职称 中职，从事的研究方向或工作领域 计量。表 1 特性量值 吸气潮气量（400mL/次）吸气氧浓度(60%)气道峰压(2kPa)通气频率（15bpm）扩展不确定度（k=2）17mL/次 3.7%0.24 kPa 0.15 bpm