呼吸機的基本原理和通氣模式

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。,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’讓位于技術上得到很大改進的,有創(chuàng),無創(chuàng)呼吸機,多功能呼吸機,1

2、981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，隨著人工氣道技術和喉鏡直視氣管插管技術的成熟，正壓機械通氣在麻醉和外科領域得以迅速發(fā)展。1940年，第一臺間歇正壓通氣（IPPV）麻醉呼吸機被發(fā)明，用于胸科手術和ARDS。1946年，Bennet 公司研制出世界第一臺初具現(xiàn)代呼吸機基本結構的間歇正壓呼吸機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

3、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、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)學科學與工程技術完美結合”的典范（BME）。,呼吸機的組成,可分為兩大部分或三部分：主機(氣路單元+監(jiān)控單元)濕化器(溫控+濕化灌)空、氧氣源提供裝置 —床邊壓縮機+O2氣源 —中心氣源(Air、O2) (2.5~5.5)kg/cm2,呼吸機各部分主要

4、功能,主 機——氣源處理、吸呼控制、監(jiān)測報警混合器——外置或內置機械式，比例閥混合。濕化器——病人吸入氣體的加溫、加濕病人管路——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 源——以適當方式提供壓縮空氣和氧氣）其 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,輸入主機的氣體為高壓，要求干燥、潔凈；輸出

5、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,①壓縮氣源的處理：減壓、過濾；②空氣、氧氣配比混合，穩(wěn)壓，送到吸氣閥；③在吸氣相按約定通氣模式和參數(shù)向病人送氣；④同時監(jiān)控參數(shù)、滿足條件,“切換”到呼氣相；⑤打開或不完全打開呼氣閥完成呼氣過程；⑥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）。,基本原理示意圖,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）

6、；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 成人型、嬰幼兒型、通用型多功能呼吸機；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 有創(chuàng)或無創(chuàng)正壓通氣呼吸機；按機器的功能 急救、麻醉、治療

7、、家用、高頻振蕩、噴射。,通氣模式的定義及特點,——臨床常用的基本通氣模式,機械通氣吸、呼切換狀態(tài)分析,兩個 “開始、轉換或切換”兩個 “相或過程內含保持”,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),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：0～120) bpm(2)吸呼比 (I:E = Ti

8、: 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 )=VT×f(2)潮氣量 (TV/VT，ml) = VTI =

9、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)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：

10、 Ppeak , Pplateau, Pmean（cmH2O或kPa）(2)吸氣壓力水平 (Pi-Level：0～10kPa)？(3)呼氣末正壓 (PEEP：0.1 kPa～3kPa) (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：(60~70) cmH2O，高壓：＞120kPa,壓力參數(shù)及壓力觸發(fā)靈敏度,觸發(fā)壓力 P = PEEP- PT呼吸做功 W

11、 = ΔS + SC,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）,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

12、,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——呼氣切換到吸氣,基于第一相定義和設計通氣模式，根據(jù)吸氣初始化條件或人機關系的不同，可分為：控制模式Control Mode Ventilation, CMV/VCV/PCV 輔助控制模式(Assist-Control Mode, A/C)

13、同步間歇指令通氣(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation , SIMV),第一相——呼氣切換到吸氣,壓力支持(Pressure Support Ventilator, PSV)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)

14、。,容量控制VCV,F—t和 P—t曲線：VCV設定 定容：VT/MV=？時間：f 、Ti 、Te Trise、Tp、I:E=?壓力：Pmax =? PT /FT =?,壓力控制PCV,F—t和 P—t曲線：PCV設定 定壓：Pi-Level=？時間：f 、Ti 、 Prise、 Tp 、I:E=?壓力：Pmax =? PT /FT =?,同步間歇指令通氣 SIMV,F—t和 P—t曲線：

15、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 =(0~f)?， f總 = fsimv + f自主,壓力支持PSV,F—t和 P—t曲線：半自主通氣模式PSV設定 壓力：Pi-Level=？ 壓力：Pmax=? PT /FT =?VAPSV ?SIMV+PSV ?,持續(xù)氣道正

16、壓CPAP,F—t和 P—t曲線：自主通氣模式壓力：PEEP、PT吸 /FT吸 =? 或 PT呼 /FT呼 =?,第三相——吸氣轉換到呼氣,基于第三相定義和設計通氣模式依據(jù)容量、壓力和時間三個參數(shù)在切換時起作用的主次關系，其主和次關系用兩個形容詞周期的(cycled)和限制的 (limited)來表示。容量周期 (Volume Cycled) 也叫定容通氣或容量切換(容量開關)。,第三相——吸氣轉換到呼氣,容量限制 (Volume

17、 Limited)在設定的時間內達到設定的潮氣量，吸氣停止(相當于VCV)。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，潮氣量大小取決于流量(定時開關流量)。,第三相——吸氣轉換到呼氣,壓力周期(Pressure Cycled) 也叫壓力切換，當達到設定的氣道壓力水平(Insp. Press. Level)時，吸氣停止(壓力開關，漏氣時無法切換)。時間周期壓力限制

18、(Time Cycled, Pressure Limited) 按能維持設定的氣道壓力水平所必需的流速為患者送氣，當達到設定的吸氣時間時，吸氣停止(相當于PCV)。,第三相——吸氣轉換到呼氣,時間限制壓力周期(Time Limited, Pressure Cycled) ：按設定的吸氣時間和吸氣流量為患者送氣，當達到設定的吸氣壓力水平時，吸氣停止（漏氣的時候，為時間切換）?？梢?，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

19、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——吸氣相,方 波(Square Wave Flow Pattern) 可快速建立起通氣和在有效的時間內維持恒定的氣流。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) 兼加速和減速波通氣的特點。S

20、IGN,潮氣量加倍（延長吸氣時間）。,第四相——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,假設病人吸氣做功W吸，

21、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(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/EM

22、MV——自主W吸=100% ，V吸=100%時，為自主模式(Spontaneous，CPAP),通氣模式的轉化,,呼吸機的質量保障,——一個需要思考和關注的問題,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)療設備都在 6分以下；呼吸機是臨床風險值最高的設備，其性能穩(wěn)定和參數(shù)可靠與否對病人生死悠關；性能好、使用

23、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。,需要全程質量保障,以臨床培訓為基礎的人員保障：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的制度保障：建立制度，基本質量確認；以性能測試為基礎的質量保障：(1-2)月測一次，臨床技師或工程師；以計量檢定校準為基礎的法律保障，由國家授權建立測量標準，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(OVP),消除一部分潛在風險？

24、①電源氣源檢查：風險較多、斷氣斷電？②氣密性檢查：內、外氣路和插管漏氣？ ③壓力上限：不準或失靈，機械的？④呼氣分鐘通氣量上、下限:漏氣/自主？⑤窒息報警：脫管、病人沒有呼吸響應？⑥觸發(fā)靈敏度：不準或誤觸發(fā)？,呼吸機使用前的例行檢查,⑦吸氣壓力水平：平穩(wěn)、準確？⑧吸入氧濃度：準確度高于5%，閥、混合器故障、氧電池監(jiān)測？⑨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）預設在（32

25、～37）℃，然后等待或用于病人，急救時可以只進行第①、②步檢查。,呼吸機系統(tǒng)故障分布1999年,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,,,濕化罐內放置一個卷曲的鋁筒內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,,,,,,加溫、加濕要求,到達病人口邊的氣體溫度： 31℃≤T≤37℃,連續(xù)可調吸入氣體的絕對濕度： HA≥

26、30mg.L-1,加熱濕化器的性能測試,,,,,,,,ISO 8185建議插管病人最小吸氣濕度水平：≥30mg/L,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90,流量(L.min-1),口邊溫度38℃,36℃,34℃,31℃,(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,濕化罐要接

27、在吸氣回路上，進氣和出氣口不能接反；注意觀察罐內液面高度，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,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；如使用管道內加熱要慎重，其溫度不要設置的太高，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“Stand

28、by”狀態(tài)。,呼吸機的報警,輸入能源報警 停電、氣源故障（無輸出或低于某一水平）?？刂苹芈穲缶?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