麻醉機
麻醉機的設計原理
一、氣體設計
氣體的設計著重在避免接錯氣體，所以在國際上通用一種標準稱為DISS規格，可分為顏色規格、螺絲接頭規格和鋼瓶接頭規格〈圖二、圖三〉，在德國系或歐洲共同市場其顏色規格和螺絲接頭規格可能不同，要特別注意。
二、笑氣〈N2O〉的安全設計〈OFP DEVICE〉：
此設計為預防氧氣沒有或中斷時，自動切斷笑氣的流出。此乃是利用氧氣的壓力，當氧氣的壓力到達某一壓力時一般約10psi，則N2O的控制Valve會自動打開使N2O流出；反之，當O2的壓力低於10psi時則N2O的自動控制Valve被關掉，以防止N2O流出〈圖五〉
三、氣體流量表設計
氣體流量表一般設計為直接式並排，氣體是經由Needle Valve來控制流量。一般為二支並列串聯式流量表，左邊為低流量，由0~10 l/min大流量計。流量表為一透明玻璃管下窄上寬，氣體由下往上流，而推動流量指示器如圓球、錐體、工字體等，在玻璃管上有刻度，此刻度為實際測量再刻劃上去，所以再更換時要玻璃管連同流量指示器一起更換，同時因各種氣體的比重不同，所以不可以相互代換
四、最低氧氣流量控制〈minimum
oxygen flow〉：
前面我們提到在麻醉手術中最怕的就是缺氧，而各項設計都是為了預防缺氧。但在人為因素中，最容易發生的就是錯把氧氣關掉而造成缺氧，所以目前最新的機器都加裝了最低氧氣流量(Minimum Oxygen Flow)。亦即在正常操作下，氧氣流量始終保持一個最低的流量，一般約為l50~250ml/min力，此設計是在氧氣流量控制閥前面加裝一個減壓控制流量閥，此閥為固定式。這樣當氧
氣流量控制閥被人為錯誤關緊時，氧氣仍然可經過此設計而保持微量的氧氣，不致腦缺氧(固八)。
五、氧氣濃度控制裝置(Oxygen
Rtio Monitor Controller , ORMC):
氧氣濃度是否準確，往往會影響外科醫師手術的成敗。我們一般呼吸空氣中含氧是20.9%的氧濃度，如果我們吸入的空氣含氧量低於
20.9%就會有缺氧現象。在麻醉時應用的是氧氣和笑氣的混合氣，而麻醉缺氧就是因為氧氣笑氣比低於21%，一般正常麻醉的氧氣流量約2L，而笑氣流量亦約2L、亦即50%，而有時又因麻醉上需要調整氣體流量。人為疏忽誤把氧氣調低(雖然有最低氧氣流量，但仍然不夠)造成腦部缺氧，於是在設計上又加裝了氧氣笑氣儂度比，其設計比值為30%，如果氧氣低於30%時則笑氣會自動的調低到約28%的氧氣濃度，當氧氣流量恢復時，則笑氣又恢復到原來所設定的位置。其工作原理是利用Diaphragm壓力比，當O2
Diaphragm壓力大於N2O時，N2O的Slave Control Value會打開，此時調整N2O流量控制閥時N2O會流出，而N2O的Diaphragm此時也充滿N2O的壓力，當N2O的壓力等於或大於O2的壓力時Leaf Spring Contact會接觸到並發出警告的信號，同時N2O的Slave Control Value將被關掉，而N2O流量會立卸降低，直到O2壓力稍大於N2O而保持著固定的比例，這樣就可避免氧氣濃度過低而傷害到病人(圖九)。
六、麻醉劑揮發皿的安全設計:
麻醉劑揮發皿(Vaporizer)的作用是用來揮發麻醉劑．。其作用為利用氧氣和笑氣混合後而帶出麻醉劑，此麻醉劑的濃度往往會影響手術的順利與否。所以設計怕Vaporizer著重在準確性和穩定度。以前所採用的麻醉劑是乙謎，而目前則改為Halothane Enflurane、soflurane三種麻醉劑，此三種麻醉劑各有不同的麻醉效果，因為其特性不同故絕對不可以混合便用，以免造成意外，所以麻醉機每次只能便用一種麻醉劑，其它二種一定要被鎖住，但在一些比較簡單設計的麻醉機是把三個Vapor掛在一起，每次使用
時打開一個Vaper，但同時也能打開第二個或第三個，很容易造成危險，所以現在設計時都有鎖定裝賢，此處是介紹利用槓桿原理來鎖定(圖十)。
七、麻醉劑揮發皿Vapor的設計：
前節談至Vaporize的穩定性和準確性是其設計重點，一般麻醉劑很容易受壓力和溫度的變化而改變揮發濃度，這裏為各位介紹德國DRAGER公司設計製造的Vaporizer，此Vaporizer的特點就是不受溫度和氣體流量的大小而改變其揮發濃度。
當gas進入Vaporizer時經過On Saft控制Valve，如果是On時則gas一部份經由其專利設計的壓力迴流補償管，也就是把gas流動時的壓力降低到最小的壓力而不改變其流量，便進入Chamber的gas能很穩定的流入，然後帶出麻醉劑，再經由流量控制閥來控制gas含麻醉劑的濃度，假如受到溫度變化時，有一溫度補償膜可以調整gas含麻醉劑的量，最後才和末流過壓力迴流管的
gas混合均勻而流出Vaporizer(圖十一、十二)。
八、廢氣排氣系統:
麻醉機操作者最關心的就是麻醉機的廢氣如何排掉、是否會吸入麻醉氣體等的問題。在以前是利用吸收罐來吸收麻醉氣體，其形狀就有如老式的防毒面具上之毒氣吸收罐，其缺點就是要定期檢查重量，如果到達所規定的重量則為飽和而無法再吸收，則必須更換吸收罐。否則麻醉廢氣將會散發出來，其次就是利用大氣壓力排到手術室外由空氣來稀釋麻醉氣體，但此方法之缺點就是一般手術室大都在二或三樓，而麻醉氣體比空氣重，故往往會下沈，若沒有足夠的風則廢氣會聚集在一樓地面附近而影響到附近的空氣品質。所以廢氣排氣系統就改成用Sunction系統把廢氣排出，連同醫院的廢氣經過處理後排放到高空。但因Sunction的力量往往會影響到病人的呼吸狀況，所以在做廢氣排氣系統時要注意不能影響到病人(圖十三)。
當Sunction的力量超過Valva的力量，則外面的空氣就會進入廢氣排氣系統來補償;如果Sunction的力量小於排氣系統，則超過所設定的Valve曾排出到外面來，但此時廢氣也會排放在室內。為了避免磁氣排放在室內，所以應注意避免Sunction的力量過小(圖十三)。
九、管路規格化:
管路規格化是個很重要的設計，因為假如管路的規格雜亂或都是一樣的規格，則有可能會裝錯或漏裝管路。因為一個標準合格的麻醉準備檢查管路接頭就將近20個接頭，而任何一個接頭接錯或漏接都會影響到病人的安全。此管路規格和前面所談的DISS規格是相同的，廢氣排氣管接頭都是90mm，而蛇形呼吸管都是22mm,gas outlet l5mm(圖十四)。
十、各種監視系統:
以上所談的皆屬麻醉機機械方面的設計原理，也是麻醉機最基本的設計。但目前的麻醉機都增加了許多的監視系統如氧氣濃度監視器(Oxygen Analyzer)、呼吸量監視器(Respirometer)、壓力監視器(Pressure
monitor)，以上這三項各家麻醉機都有相同的設計。
1.「氧氣濃度監視器(Oxygen
Analyzer):
其主要目的就是要監視麻醉機目前流入術者的氧氣濃度。因為氧氣濃度太低就會造成腦缺氧，而太高則會造成氧中毒，所以氧氣濃度監視器在麻醉機監視器中是屬最重要的監視器。目前使用的氧氣濃度監視器其感應元件(Sensor)都是用一種化學感應的感應元件，利用和氧燃燒時產生不同的電壓，且是線性的變化，經過電子電路的放大處理而獲得一穩定的指示，通常此監視器需要定時的校正，其校正方法是利用大氣中含氧為21%為一標準濃度來校正，如果校正不良就會產生不準的指示(圖十五)。
氧氣感應元件(Oxygen Sensor)所放置的位置不同其所得的數值也會略有不同，同時也有不同的意義，一般放置的位置大約有三個地方:
(A)放在gas
outlet的位置，可以測得麻醉機氣體流出時的氧氣濃度，但因此時的氧氣濃度並不是最後進入病人的位置，且我們使用的氣路是屬半封閉式的氣路，也就是病人吐出來之氣體有一部份會留下來再使用，其不足的氣體再出gas outlet來補充，故無法測得正確流入病人的氧氣濃度，所以它不是最適當的位置。
(B)的位置是最適當的位置，因為它是最接近病人，且氣體是單向流通的，不會受到病入吐氣的影響，且也是病人吸入時的氧氣濃度。
(C)的位置是最正確的位置。因為它能監測到病人吐出多少氧氣濃度，但因(C)的位置是吐氣端，含有大量的凝結水，曾影響到Oxygen Sensor的壽命和準確性，所以它就變成不理想的位置(圖十六)。
2.呼吸量監視器(Respirometer):
呼吸量監視器又稱為吐氣量監視器(End Tidal Volume meter & monitor)，其構造為一機械式風量指示器，也就是當病人吐氣時，經過此一機械式風葉轉動指針而成 ;另一種為把風葉轉動的時候改變電子原件的信號經過電路的處理而用數字顯示出來，此優點為減少帶動指針的阻力，可以更準確的量出吐氣量，同時也可以計算每分鐘的吐氣次數和每分鐘的吐氣量，呂些資料對麻醉師而言是很重要的，但因此感應器是按在吐氣端，所以會有許多的水份附著在風葉上，故便用一段時間後也就很容易不準，必須定期上油吹乾內部的水份，這樣就可時常保持
正常準確的指示。
3.工壓力監視器(Air
Way Pressure monitor)
在前面提到造成麻醉失敗約五項因素裏就有三項是有關壓力的問題，一是壓力過大而造成肺泡的受傷、一是呼吸管道的阻塞造成缺氧、或是呼吸管脫落造成缺氧。為了避免以上的問題產生時而麻醉師不知道，致造成遺憾，所以在呼吸管路上就加裝了壓力監視器。當壓力太高時會Alarm、或壓力不足時和壓力一直很大的停留在肺泡時也會Alam ，因為壓力太高會使肺泡破裂、太低會造成血氧交換不良，而壓力持續太久則會使肺泡受傷(一般約為18cmH2O/l0sec以上)。
這些因素都是我們所要注意避免的，它的設計一般都是用壓力感應開關，所以在使用一段時間就要定期的做校正檢查。
十一、電源設計:
以前的麻醉機都不可以用電，原因是因為機器上有氧氣和麻醉劑，而麻醉劑是揮發性很高的乙醚，如果遇到火花就很容易爆炸，但目前使用的麻醉劑已不會再發生了，但因仍有氧氣存在，故尚需要防止火源的產生。所以目前麻醉機電源的供應都是利用低電壓充電電池，一可避免交流電產生火花;二可避免因停電時造成麻醉機停擺。電源電路最好是用防爆盒子獨立起來，不要和管路混合在一起。同時現在的機器都附有插座可供麻醉師使用，此插座均加裝了自動斷電電路
以策安全。
十二、呼吸器的設計:
麻醉機使用的呼吸器為最簡單的呼吸器。它只要有呼吸比((I:E Ratio)控制、流量控制(Tidal
Volum )和呼吸次數(frequency)控制即可。此屬普通的呼吸器，但目前又加裝了PEEP控制。呼吸器的構造可分二大部份，一篇電子電路部份，此為控制機械閥的開關時間，如I:E Ratio和frequency;一篇氣路控制，加進氣排氣PEEP和Tidal Volum等。氣路一般是使用氧氣來推動，所以內部電路也是隔離的。在德國製造廠他們所設計的是空氣和氧氣通用的，同時也不用電，完全是用氣閥開關來控制。但最近也推出了用電來控制氣閥，為了適應世界上愈來愈多的開心手術或神經外科等精密手術，麻醉機上的呼吸器也愈來愈精密了，它所擁有的控制功能可以使病人在手術後不需要更換呼吸器而可以直接使用，以穩定呼吸
狀況(圖十七)。
麻醉機的末來發展
隨著科學的進步與人類精益求精的精神，麻醉機也邁向了電腦化的時代。雖然麻醉機的基本構造和原理不變，但在monitor方面卻增加了許多，也就是把以前麻醉師需要用的儀器設備如血壓計、gas分析儀、monitor等全都設計在一起，同時用電腦連線可以自動記錄下病人目前的狀況，也可以連線到主控室、主任的辦公室，隨時可以監視每個手術病人的進行狀況，減少了人力和記錄的誤差，使麻醉師可以發揮"人的麻醉"精神─專注的照顧病人。台灣的醫院目前也引進了這種最新的麻醉機，實為麻醉師和病人之福。
結論：
由於麻醉機在手術室內的使用率很高，也關係到病人的安危，所以須特別注意平時保養，建議每日使用前先檢測下列功能:(1)管路漏氣測試，(2)定期更換蘇打石灰石，(3)氣體鋼瓶測試，(4)廢氣排除系統功能測試，(5)氧氣濃度21%、100%校正，(6)麻醉劑揮發器測試，(7)流量計測試及(8)壓力監視器測試。
參考文獻：
1. 麻醉機儀器構造原理與保養須知─楊文龍(省新醫院出版p316~332)
2. 醫療儀器總覽8─醫療儀器─麻醉機p87~90─詹飛龍(國科會精密儀器發站中心出版)
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