呼吸機的基本原理和通氣模式資料

1、呼吸機的基本原理與通氣模式的發(fā)展機械通氣的發(fā)展歷程口對口人工呼吸1800年前，金匱要略、華佗醫(yī)方中有類似體外按壓人工呼吸的記載1300年前，圣經(jīng)上有“口對口”描述 無創(chuàng)正壓機械通氣有創(chuàng)1792年，首次在人身上實施氣管切開、插管及風箱式正壓通氣技術(shù)。負壓機械通氣無創(chuàng)1928年，“鐵肺”箱式負壓治療機。 人力作動力 電力機械作為動力正壓機械通氣1950讓位于技術(shù)上得到很大改進的有創(chuàng)無創(chuàng)呼吸機多功能呼吸機1981年Sullivan無創(chuàng)口鼻面罩。人工智能呼吸機人工智能無創(chuàng)呼吸機并存時代 20世紀初，隨著人工氣道技術(shù)和喉鏡直視氣管插管技術(shù)的成熟，正壓機械通氣在麻醉和外科領(lǐng)域得以迅速發(fā)展。1940年，第一

2、臺間歇正壓通氣（IPPV）麻醉呼吸機被發(fā)明，用于胸科手術(shù)和ARDS。1946年，Bennet 公司研制出世界第一臺初具現(xiàn)代呼吸機基本結(jié)構(gòu)的間歇正壓呼吸機PR-1A（氣動氣控壓力限制型）。呼吸機的起源與發(fā)展呼吸機的起源與發(fā)展呼吸機的起源與發(fā)展 回顧正壓機械通氣60多年的發(fā)展歷史，我們認為它較好地體現(xiàn)了臨床醫(yī)學與電子技術(shù)、機械工程相互交叉和滲透，彼此促進和提高的一個發(fā)展過程，是 “醫(yī)學科學與工程技術(shù)完美結(jié)合”的典范（BME）。呼吸機的組成呼吸機的組成 可分為兩大部分或三部分： 主機主機(氣路單元+監(jiān)控單元) 濕化器濕化器(溫控+濕化灌) 空、氧氣源提供裝置空、氧氣源提供裝置 床邊壓縮機+O2氣源

3、中心氣源(Air、O2) (2.55.5)kg/cm2 呼吸機各部分主要功能呼吸機各部分主要功能 主主 機機氣源處理、吸呼控制、監(jiān)測報警 混合器混合器外置或內(nèi)置機械式，比例閥混合。 濕化器濕化器病人吸入氣體的加溫、加濕 病人管路病人管路5-6根螺紋管、接濕化器或霧化吸入器，病人吸入和呼出氣體的傳輸。 氣氣 源源以適當方式提供壓縮空氣和氧氣） 其其 它它主機和病人管路的固定或支撐裝置空氧配比方式機械配比 電子配比有創(chuàng)正壓通氣的人機系統(tǒng)工程有創(chuàng)正壓通氣的人機系統(tǒng)工程輸入主機的氣體為高壓，要求干燥、潔凈；輸出給病人的混合氣體為低壓，要求溫暖、濕潤并達到有效的肺泡通氣量。主機工作原理主機工作原理壓縮氣

4、源的處理：減壓、過濾；空氣、氧氣配比混合，穩(wěn)壓，送到吸氣閥；在吸氣相按約定通氣模式和參數(shù)向病人送氣；同時監(jiān)控參數(shù)、滿足條件,“切換”到呼氣相；打開或不完全打開呼氣閥完成呼氣過程；檢測病人的狀態(tài)，進入下一個呼吸周期（下 一個吸氣相的開始）?；驹硎疽鈭D通氣控制流程 空氣、氧氣配比混合(干燥的氣體)； 細菌過濾（減少感染）； 降至低壓、穩(wěn)定壓力、緩存一定量氣體； 吸氣回路PID控制（實現(xiàn)各種通氣模式）； 經(jīng)濕化器加溫、加濕（霧化）到病人； 呼氣回路PID控制（實現(xiàn)PEEP等），呼出氣體排到大氣中。呼吸機的分類 目前沒有統(tǒng)一分類標準，可按習慣分為： 按使用對象按使用對象 成人型、嬰幼兒型、通用型多

5、功能呼吸機； 按工作原理按工作原理 氣控氣動、電控氣動、電控電動呼吸機； 按人機接口方式按人機接口方式 有創(chuàng)或無創(chuàng)正壓通氣呼吸機； 按機器的功能按機器的功能 急救、麻醉、治療、家用、高頻振蕩、噴射。通氣模式的定義及特通氣模式的定義及特點點臨床常用的基本通氣模式機械通氣機械通氣吸、呼吸、呼切換狀態(tài)分析切換狀態(tài)分析n兩個 “開始、轉(zhuǎn)換或切換”n兩個 “相或過程內(nèi)含保持”正壓通氣和生理性呼吸的區(qū)別與聯(lián)系主要物理量和參數(shù)主要物理量和參數(shù)時間量及參數(shù)氣體流量及參數(shù)氣道壓力及參數(shù)溫度、濕度參數(shù) 需要非常清楚地了解各參數(shù)的物理涵義及其作用或影響。時間參數(shù)及其符號 (1)通氣頻率 ( f：0120) bpm

6、(2)吸呼比 (I:E = Ti: Te ) (3)吸氣時間 Ti (s) 、Trise (s) (4)呼氣時間 Te(s) (5)屏氣時間 TP(s) 是吸氣時間的一部份， 通常設(shè)定為T的10%，臨床根據(jù)病情和呼吸習慣 適當增加或減少。 周期：T=Ti+Te，f=60s/(Ti+Te)bpm容量和流量參數(shù)及其符號 (1)分鐘通氣量 (MV，L/min )=VTf (2)潮氣量 (TV/VT，ml) = VTI = VTE=F.dt (3)吸氣流量 (F ，l/s)，是一個動態(tài)參數(shù)， 峰值流速Fpeak ：影響吸呼比和吸氣波形 (4)嘆氣/深吸氣 Sign：1.5或2倍的VT /100次 (5

7、)流量觸發(fā)靈敏度 (FT，L/min)，包括吸 氣和呼氣觸發(fā)靈敏度（需高速動態(tài)閥）吸氣流量觸發(fā)靈敏度壓力參數(shù)及其符號 (1)氣道壓力(Airway Pressure，Pair/Plung不一致) 是一個動態(tài)物理參數(shù)，波形、光柱： Ppeak , Pplateau, Pmean（cmH2O或kPa） (2)吸氣壓力水平 (Pi-Level：010kPa)？ (3)呼氣末正壓 (PEEP：0.1 kPa3kPa) (4)吸、呼壓力觸發(fā)靈敏度 (PT: -2kPa+2kPa) (5)呼吸機的工作壓力、氣源壓力。 低壓：(6070) cmH2O，高壓：120kPa壓力參數(shù)及壓力觸發(fā)靈敏度壓力參數(shù)及壓力

8、觸發(fā)靈敏度n觸發(fā)壓力 P = PEEP- PTn呼吸做功 W = S + SC氣道阻力和順應性氣道阻力和順應性 靜態(tài)氣道阻力 RL=(Ppeak Pplateau)/flow cmH2O/L/s 靜態(tài)順應性 CL=VT/ (Pplateau PEEP) L/cmH2O常見通氣模式解析（處方）常見通氣模式解析（處方） 用呼吸機的目的就是以一種適宜的方式對病人的肺進行有效通氣，既保障病人生命需要，又要盡可能地減少并發(fā)癥，而且還要安全、舒適。 重復進行機械通氣的時間間隔叫機械通氣周期,T。 一次吸氣開始到下一次吸氣開始的時間間隔為一個機械通氣周期。 一個機械通氣周期又可分解為四個狀態(tài)或四個相，即：呼

9、切換到吸、吸氣相、吸切換到呼和呼氣相。機械通氣的四個相（狀態(tài)）第一相第一相呼氣呼氣切換切換到吸氣到吸氣基于第一相定義和設(shè)計通氣模式，根據(jù)吸氣初始化條件或人機關(guān)系的不同，可分為：控制模式控制模式Control Mode Ventilation, CMV/VCV/PCV 輔助控制模式輔助控制模式(Assist-Control Mode, A/C) 同步間歇指令通氣同步間歇指令通氣(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation , SIMV)第一相第一相呼氣呼氣切換切換到吸氣到吸氣壓力支持壓力支持(Pressure Support Ventilato

10、r, PSV)持續(xù)氣道正壓持續(xù)氣道正壓(Continuous Positive Airway Pressure, CPAP) 在呼氣切換到吸氣時，如果切換或觸發(fā)的條件是流量就叫流量觸發(fā)，是壓力就叫壓力觸發(fā)，控制通氣可以看作時間觸發(fā)。 容量控制容量控制VCV Ft和 Pt曲線： VCV設(shè)定 定容：VT/MV=？ 時間：f 、Ti 、Te Trise、Tp、I:E=? 壓力：Pmax =? PT /FT =? 壓力控制壓力控制PCV Ft和 Pt曲線： PCV設(shè)定 定壓：Pi-Level=？ 時間：f 、Ti 、 Prise、 Tp 、I:E=? 壓力：Pmax =? PT /FT =?同步間歇指

11、令通氣同步間歇指令通氣 SIMV Ft和 Pt曲線： VCV/PCV間歇+自主 VT/MV=？ Pi-Level=？ 時間：f /RR 、Ti、 Trise、Tp、I:E=? 壓力：Pmax=? PT /FT =? fsimv =(0f)?， f總 = fsimv + f自主 壓力支持壓力支持PSV Ft和 Pt曲線： 半自主通氣模式 PSV設(shè)定 壓力：Pi-Level=？ 壓力：Pmax=? PT /FT =? VAPSV ? SIMV+PSV ?持續(xù)氣道正壓持續(xù)氣道正壓CPAP Ft和 Pt曲線： 自主通氣模式 壓力：PEEP、PT吸 /FT吸 =? 或 PT呼 /FT呼 =?第三相第三相

12、吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣 基于第三相定義和設(shè)計通氣模式依據(jù)容量、壓力和時間三個參數(shù)在切換時起作用的主次關(guān)系，其主和次關(guān)系用兩個形容詞周期的(cycled)和限制的 (limited)來表示。 容量周期容量周期 (Volume Cycled) 也叫定容通氣定容通氣或容量切換容量切換( (容量開關(guān)) )。 第三相第三相吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣 容量限制容量限制 (Volume Limited)在設(shè)定的時間內(nèi)達到設(shè)定的潮氣量，吸氣停止(相當于VCV)。 時間周期容量限制時間周期容量限制(Time Cycled, Volume Limited) 按一定流量為病人送氣，時間到，吸氣停，潮氣量大小

13、取決于流量( (定時開關(guān)流量) )。第三相第三相吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣 壓力周期壓力周期(Pressure Cycled) 也叫壓力切換壓力切換，當達到設(shè)定的氣道壓力水平(Insp. Press. Level)時，吸氣停止( (壓力開關(guān)，漏氣時無法切換) )。 時間周期壓力限制時間周期壓力限制(Time Cycled, Pressure Limited) 按能維持設(shè)定的氣道壓力水平所必需的流速為患者送氣，當達到設(shè)定的吸氣時間時，吸氣停止(相當于PCV)。第三相第三相吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣 時間限制壓力周期時間限制壓力周期(Time Limited, Pressure Cycled)

14、 ：按設(shè)定的吸氣時間和吸氣流量為患者送氣，當達到設(shè)定的吸氣壓力水平時，吸氣停止（漏氣的時候，為時間切換）。 可見，在第三相時，如果切換的主要物理參數(shù)是容量、流量、壓力或時間就分別叫容量切換、流量切換、壓力切換或時間切換。第二相第二相吸氣相吸氣相 方方 波波 ( S q u a r e W a v e F l o w Pattern) 可快速建立起通氣和在有效的時間內(nèi)維持恒定的氣流。 加速波(Accelerating Flow Pattern) 減速波(Decelerating Flow Pattern) 氣流迅速上升到峰值，緊接著減速。 正弦波(Sine Wave Flow Pattern)

15、兼加速和減速波通氣的特點。 SIGN,潮氣量加倍（延長吸氣時間）。 第四相第四相呼氣相呼氣相 實現(xiàn)Positive End Expiratory Pressure, PEEP 增加功能殘氣量(Functional Residual Capcity, FRC)。對于一些限制性病變(ARDS)，呼末維持一定的正壓有利于肺泡氣體交換，但使用PEEP要慎重，不能隨意增減。 電子PEEP、機械PEEP或文丘里PEEP 。通氣模式的發(fā)展演化通氣模式的數(shù)學表達 假設(shè)病人吸氣做功W吸，自己吸到的容量V吸那么： 控制 W吸=0時，為控制模式(CMV/IPPV/VCV/PCV) W吸0 但 V吸=0，輔助控制模式

16、(A/C 、病人觸發(fā)的) 輔助 100%W吸0，100%V吸0時，為輔助模式(Assist-Mode) 同步間歇控制：SIMV+ CPAP /SIMVVC+PSV/ SIMVPC+PSV 吸氣支持：PSV/VAPSV 和 VSV/MMV/EMMV 自主 W吸=100% ，V吸=100%時，為自主模式(Spontaneous，CPAP)通氣模式的轉(zhuǎn)化 呼吸機的質(zhì)量保障呼吸機的質(zhì)量保障一個需要思考和關(guān)注的問題 呼吸機臨床風險呼吸機臨床風險 根據(jù)“ISO 14971醫(yī)用裝置風險管理第1部 分：風險分析應用”推薦的方法進行風險分析：呼吸機12分，麻醉機、除顫器、高頻電刀6分，其它醫(yī)療設(shè)備都在 6分以下

17、； 呼吸機是臨床風險值最高的設(shè)備，其性能穩(wěn)定和參數(shù)可靠與否對病人生死悠關(guān)； 性能好、使用好、護理好，對病人生命起支持作用；反之，則影響療效甚至成為殺手。 需要全程質(zhì)量保障需要全程質(zhì)量保障 以臨床培訓為基礎(chǔ)的人員保障：培訓醫(yī)、護人員（考核合格、持證上崗）； 以使用前例行檢查為基礎(chǔ)的制度保障：建立制度，基本質(zhì)量確認； 以性能測試為基礎(chǔ)的質(zhì)量保障：(1-2)月測一次，臨床技師或工程師； 以計量檢定校準為基礎(chǔ)的法律保障，由國家授權(quán)建立測量標準，進行量值傳遞或校準，在法律上得到認可，每年一次。呼吸機使用前的例行檢查呼吸機使用前的例行檢查( (OVP) ) 消除一部分潛在風險？ 電源氣源檢查：風險較多、斷

18、氣斷電？ 氣密性檢查：內(nèi)、外氣路和插管漏氣？ 壓力上限：不準或失靈，機械的？ 呼氣分鐘通氣量上、下限:漏氣/自主？ 窒息報警：脫管、病人沒有呼吸響應？ 觸發(fā)靈敏度：不準或誤觸發(fā)？呼吸機使用前的例行檢查呼吸機使用前的例行檢查 吸氣壓力水平：平穩(wěn)、準確？ 吸入氧濃度：準確度高于5%，閥、混合器故障、氧電池監(jiān)測？ 吸、呼流量：準確度優(yōu)于5%、線性好？ 上述檢查通過后，將濕化器（故障源？影響機械通氣效果）預設(shè)在（3237），然后等待或用于病人，急救時可以只進行第、步檢查。 呼吸機系統(tǒng)故障分布呼吸機系統(tǒng)故障分布1999年年呼吸機主機混合器濕化器壓縮機27%12%36%25%使用問題預修保養(yǎng)故障修復更換新

19、品故障修復使用維護故障修復使用維護故障修復6%11% 10%2%10% 25% 11%9%16%加熱濕化器工作原理加熱濕化器工作原理出氣口進氣口接在吸氣回路對病人吸入的氣體加溫加濕36 濕化罐內(nèi)放置一個卷曲的鋁筒內(nèi)襯濕化濾紙形成一個溫濕通道接呼氣回路圖-1 加熱濕化器應用示意圖 氣管插管病人遠端Y-型頭加溫、加濕加溫、加濕要求要求到達病人口邊的氣體溫度： 31T37,連續(xù)可調(diào)吸入氣體的絕對濕度： HA 30mg.L-1加熱濕化器的性加熱濕化器的性能測試能測試ISO 8185建議插管病人最小吸氣濕度水平：30mg/L0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 流量(L.min-1)

20、 口邊溫度38363431(mg.L-1)40 35 30 25 絕對濕度圖-2 氣體流量與溫度、濕度性能曲線濕化器常見使用問題濕化器常見使用問題 濕化罐要接在吸氣回路上，進氣和出氣口不能接反； 注意觀察罐內(nèi)液面高度，要加注蒸餾水，不能加注生理鹽水； 溫度傳感器接到 Y 頭的吸氣端，不要接在吸呼公共端； 每個病人或每周更換一次濕化濾紙，如長期不換或忘記裝濾紙，會出現(xiàn)低溫報警； 濕化器常見使用問題濕化器常見使用問題 當出現(xiàn)故障報警時，只需更換下面的控制部分進行維修，罐不用換； 如使用管道內(nèi)加熱要慎重，其溫度不要設(shè)置的太高，以免相對濕度降低太多； 如呼吸機處于備機狀態(tài)，帶氣路溫度監(jiān)測的濕化器要打到

21、“Standby”狀態(tài)。呼吸機的呼吸機的報警報警 輸入能源報警 停電、氣源故障（無輸出或低于某一水平）。 控制回路報警 控制參數(shù)不相容(反比、超范圍)、時序失效、閥失靈、傳感器故障、內(nèi)回路漏氣等。 輸出參數(shù)報警 壓力、容量、時間( f，Ti 、Te，窒息報警)、吸入氣體(溫度、氧濃度)呼出氣體(CO2濃度)。輸入能源輸入能源報警報警 掉電，用墻上的標準配電插座，不要用插板； 氣源故障（無輸出或低于某一水平）： 盡量采用中心供雙氣； 用壓縮機時，要特別注意氣水分離器里的水和濾網(wǎng)的清洗?？刂苹芈房刂苹芈穲缶瘓缶?控制參數(shù)不相容 ( 反比、超范圍)、時序失效、閥失靈、傳感器故障、內(nèi)回路漏氣等故障停機。 備用機器。輸出參數(shù)輸出參數(shù)報警報警 壓力、容量、時間( f，Ti 、Te，窒息報警)、吸入氣體(溫度、氧濃度)呼出氣體(CO2濃度)。 漏氣、傳壓管和Y頭脫落、呼氣傳感器進水、氣道阻力或肺順應性變差、痰。謝謝 謝！謝！Thank You!Thank You! 20世紀初，隨著人工氣道技術(shù)和喉鏡直視氣管插管技術(shù)的成熟，正壓機械通氣在麻醉和外科領(lǐng)域得以迅速發(fā)展。1940年，第一臺間歇正壓