麻醉機的呼吸器依儲存病人氣體的位置與推送這些氣體的動力來分類。風箱式以驅動氣體(O₂ 或空氣)推壓儲存在硬質外殼內風箱中的氣體,驅動氣體的通路與病人氣體的迴路分開,屬於雙迴路。風箱分為吐氣時上升的上升式與下降的下降式;下降式即使迴路脫落,風箱仍會繼續動作,不易察覺,因此目前的機型幾乎都是上升式。活塞式以馬達驅動汽缸內的活塞,沒有驅動氣體的迴路,屬於單迴路,儲存氣體的地方是呼吸袋。鼓風機(渦輪)式讓置於迴路中的小風扇高速旋轉,產生氣流與壓力,屬於單迴路,儲存氣體的地方與活塞式一樣是呼吸袋。它沒有把儲存的氣體推出的零件,也不需要像活塞那樣重新吸入的動作(Dräger Perseus、Zeus 等)。容積反射器式以反射器氣體(O₂)的氣流推出儲存在長管(反射器)中的氣體,沒有活動零件。本圖涵蓋全部 4 種類型。
| 風箱式(上升式) | 活塞式 | 容積反射器式 | 鼓風機(渦輪)式 | |
|---|---|---|---|---|
| 新鮮氣體的產生方式 | 流量計與針閥,可變旁路式揮發器 | 流量計與針閥,可變旁路式揮發器 | 每種氣體各自的電子控制氣體模組,以及注射式揮發器 | 電子控制的氣體混合器(每種氣體一個模組),以及可變旁路式揮發器 |
| 驅動呼吸器的動力 | 驅動氣體(O₂)在外殼內把風箱往下壓 | 馬達透過連桿推拉活塞(不使用驅動氣體) | 反射器氣體(O₂)不經隔膜,直接推壓反射器內的氣體 | 馬達驅動的徑向風扇(鼓風機)在迴路中產生氣流與壓力(不使用驅動氣體) |
| 下一次吸氣氣體的儲存方式 | 吐氣與新鮮氣體從下方把風箱推起而儲存 | 活塞下行,吸入呼吸袋內的氣體與新鮮氣體 | 吐氣與新鮮氣體(逆向通過吸收罐)進入反射器的病人側,把遠端的氣體推出而儲存 | 吐氣與新鮮氣體積存在呼吸袋中(吐氣期的新鮮氣體隨小的循環氣流從吸氣側繞過 Y 型接頭到達。不需要重新吸入的動作) |
| 吸氣期的新鮮氣體 | 加入吸氣送往病人 | 新鮮氣體隔離閥關閉,新鮮氣體流向呼吸袋 | 加入吸氣送往病人(反射器氣體推出的量相應減少)。氣體模組主要在吸氣期送出新鮮氣體(本圖中每次呼吸的 2/3 在吸氣期、1/3 在吐氣期) | 加入吸氣送往病人(沒有隔離閥)。以流量感測器測量通氣量,鼓風機相應減少抽取的量 |
| 機械通氣時的呼吸袋 | 由切換閥從迴路中隔開,不動 | 作為儲氣部分留在迴路中,膨脹、收縮 | 由切換閥從迴路中隔開,不動(手動通氣時切換閥開啟,連接到反射器的遠端,反射器氣體停止) | 作為儲氣部分留在迴路中,膨脹、收縮 |
| 迴路負壓 | 呼吸器沒有吸入氣體的動作,因此不易發生 | 有吸入的動作,因此由 PEEP/Pmax 閥與外氣進氣閥防止 | 只有推送的動作,沒有吸入氣體的動作 | 風扇有從迴路抽氣的動作,但會測量吸氣閥上游的壓力來調節轉速。吐氣側由 PEEP/Pmax 閥保護,氣體不足時外氣進氣閥開啟 |
| 多餘氣體的出口 | 風箱升到頂後,經洩壓閥排至廢氣排除系統 | 呼吸袋充滿、壓力升高後,經 APL 旁路閥與排氣單向閥排至廢氣排除系統(手動通氣時經 APL 閥) | 從反射器遠端經 PEEP/APL 閥排至廢氣排除系統(排出的是 O₂ 與最舊的氣體) | 呼吸袋充滿、壓力升高後,經 APL 旁路閥與排氣單向閥排至廢氣排除系統(手動通氣時經 APL 閥) |
| 減少新鮮氣體時的潮氣容積 | 若風箱推出的量不變,則減少吸氣期加入的新鮮氣體那部分(現代機型會加以補償。本圖中也增加風箱推出的量,使其保持相同) | 不變(有隔離閥,送往病人的只有活塞推出的量) | 不變(增加反射器氣體推出的量) | 不變(以流量感測器測量,鼓風機增加抽取的量) |
| 吐氣末迴路壓力 | 殘留洩壓閥的開啟壓力(2~3 cmH₂O) | 降到 PEEP/Pmax 閥的設定值(設定為 0 時接近 0) | 由 PEEP/APL 閥設定的 PEEP | 降到 PEEP/Pmax 閥的設定值(設定為 0 時接近 0) |
風箱式(上升式)的風箱若升不到頂,下一次吸氣會相應減少;但它沒有主動吸入氣體的機構,不會從呼吸器一側使病人的呼吸道變成負壓,而在迴路脫落或大量漏氣時風箱升不起來,容易察覺異常,是以安全為優先的設計。活塞式以吸入氣體的動作可能產生負壓,這種結構以新鮮氣體隔離及閥等控制加以彌補,實現了準確的通氣量與多樣的通氣模式。容積反射器式以 O₂ 氣流代替活塞推送氣體,讓推送的氣體與病人的氣體在長管中幾乎不混合地相鄰。它沒有吸入的動作,因此不易產生負壓,也沒有活動零件。鼓風機式以置於迴路中的小風扇產生氣流與壓力。它既不需要把儲存的氣體推出的零件,也不需要像活塞那樣重新吸入的動作;作為壓力產生器,適合壓力支持以及與自發呼吸同步。
不使用呼吸器,以手擠壓呼吸袋進行通氣。風箱式(上升式)中把切換閥扳到「手動」,閥栓的 L 形孔道連通吐氣側的匯合點與 APL 閥和呼吸袋一側(風箱從迴路中隔開並停止)。活塞式沒有切換閥,活塞停止,擠壓原本就在迴路中的呼吸袋。兩者在吸氣時,被擠壓的呼吸袋內氣體經吸收罐除去 CO₂,與新鮮氣體匯合後經吸氣閥送往病人(活塞式要經過新鮮氣體隔離閥)。吐氣時,吐氣與新鮮氣體回到呼吸袋使其膨脹,充滿後迴路壓力超過 APL 閥的設定值時,多餘氣體經 APL 閥排至廢氣排除系統。容積反射器式中,切換閥開啟,呼吸袋連接到反射器的遠端,反射器氣體停止。以手擠壓的呼吸袋內氣體經反射器與吸收罐送往病人,吐氣經反射器回到呼吸袋。充滿後壓力超過設定值時,多餘氣體經 PEEP/APL 閥(作為 APL 閥運作)排至廢氣排除系統。鼓風機式中,鼓風機停止並被動地讓氣體通過,與活塞式一樣以手擠壓呼吸袋。擠壓出的氣體經吸收罐與鼓風機送往病人,吐氣回到呼吸袋,多餘氣體經 APL 閥排出。
在「不足」情境中,病人的攝取(在肺泡被血液攝取而消失的粒子,每次呼吸 4 個)多於新鮮氣體(每次呼吸 3 個)。迴路中的氣體每次呼吸減少 1 個粒子,相應量的反射器氣體(O₂)留在遠端,界面向病人側推進,幾次呼吸之內 O₂ 就經吸收罐加入吸氣,到達肺泡。實際機器中,新鮮氣體少於攝取量與漏氣量的總和時,不足的部分也由反射器氣體的 O₂ 補足。通氣量得以維持,但吸氣的 O₂ 會高於設定值,麻醉藥被稀釋。其他情境中,為便於觀察,攝取設為 0。
各類型察覺的方式不同。風箱式(上升式)中,迴路氣體不足時風箱升不到頂,升不上去就無法送出下一次吸氣。迴路脫落後或有漏氣時觀察風箱,必要時在吐氣期間以氧氣沖洗充滿迴路(在吸氣期間按下,壓力會作用於肺)。活塞式與鼓風機式中,訊號是機械通氣時也在動的呼吸袋收縮、變得扁平。負壓進一步加大時,兩者的外氣進氣閥都會開啟,室內空氣進入迴路,麻醉藥被相應稀釋。容積反射器式中通氣量得以維持,因此不易察覺;反射器氣體(O₂)向病人側推進,吸氣的 O₂ 升高,麻醉藥被稀釋(「不足」情境)。
吐氣從吸收罐下方進入,因此吸收劑從入口側(下方)開始消耗,紫色帶向出口側(上方)推進。實際上需要數小時以上的變化,在這裡壓縮為幾分鐘到十幾分鐘顯示。
「新鮮氣體:高流量」是新鮮氣體流量接近每分鐘通氣量的情況。風箱式(上升式)中,吐氣的 CO₂ 在到達吸收罐之前就作為多餘氣體排出,因此本圖中吸收劑幾乎不消耗。活塞式中,吐氣先積存在呼吸袋中,活塞再經吸收罐將其吸入,因此約 35 次呼吸即耗盡,耗盡後少量 CO₂ 回到吸氣側。鼓風機式中,吐氣從吐氣側螺紋管直接進入呼吸袋,而新鮮氣體隨循環氣流從吸氣側繞過 Y 型接頭,因此到達得較晚。呼吸袋中積存的以吐氣居多,吸氣時鼓風機經吸收罐將其抽出,因此與活塞式一樣,即使高流量也在二十幾次呼吸內耗盡(與低流量差不多)。
「新鮮氣體:低流量」是把新鮮氣體減少到其 1/4 的情況。吐氣幾乎全部經吸收罐後再次被吸入,因此消耗得更快(約 20~25 次呼吸)。耗盡後,橙色粒子經吸氣側管路回到病人,吸氣的 CO₂ 升高(二氧化碳波形圖的基線不再回到 0)。
容積反射器式中,吐氣與新鮮氣體進入反射器,下一次吸氣時按後進先出的順序被推出。高流量情境中,被推出的是吐氣之後進入的新鮮氣體,吐氣的 CO₂ 從反射器遠端經 PEEP/APL 閥排出,因此吸收劑的顏色不變。低流量時推出的量增加,約 23 次呼吸即耗盡。
各類型呼吸次數的差異並不是實際機型之間的比較。指示劑的顏色在使用後放置一段時間,有時會變回白色。是否更換不只看顏色,也要結合吸氣的 CO₂ 判斷。
不停止通氣即可更換吸收劑的機構,各類型中都有具備它的機型。風箱式(上升式)的部分機型(GE、Mindray)與容積反射器式的 Flow-i,在取下吸收罐期間會切換到繞過吸收罐的旁路。活塞式與鼓風機式的 Dräger 機型中,吸收罐安裝部位(CLIC 轉接器)的閥關閉,氣體不經吸收劑在迴路中循環。無論哪種機構,在不經過吸收劑期間,吐氣的 CO₂ 都不會被除去,含 CO₂ 的氣體會送到病人(風箱式的圖中畫有處於關閉狀態的旁路閥)。
本圖為示意圖。零件的形狀、位置與閥的構成因機型而異(活塞式參考 Dräger Fabius 型,鼓風機式參考 Dräger Perseus 型,容積反射器式參考 Getinge(Maquet)Flow-i 型的構成)。每次呼吸顯示為 6 秒(吸氣 2 秒、吐氣 4 秒)。氣體的量與時間、吸收劑的容量都是為便於觀察而調整的數值。