麻醉設(shè)備學(xué)（阮肖暉）第三章 呼吸功能監(jiān)測(cè)

1、3/8/2022.1麻醉設(shè)備學(xué)麻醉設(shè)備學(xué)溫州醫(yī)學(xué)院溫州醫(yī)學(xué)院 阮肖暉阮肖暉溫州醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院溫州醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院 朱偉朱偉. 第三章第三章 呼吸功能監(jiān)測(cè)儀器呼吸功能監(jiān)測(cè)儀器. 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述3/8/2022.4一、流體的連續(xù)介質(zhì)模型： 流體的定義：液體和氣體沒(méi)有固定的形狀，在力的作用下，其一部分相對(duì)于另一部分容易發(fā)生運(yùn)動(dòng)，該性質(zhì)稱為流動(dòng)性。由于這種流動(dòng)性，把液體和氣體合稱為流體。 實(shí)際流體特點(diǎn)：由大量分子構(gòu)成；分子做不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；分子間存在著間隙，分子本身具有體積；運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，難以研究。 3/8/2022.5一、流體的連續(xù)介質(zhì)模型： 假想的流體模型流體微元：由足夠量的分子組成，

2、連續(xù)的充滿其所占的空間，彼此無(wú)任何間隙，即“連續(xù)介質(zhì)模型”。流體微元的參數(shù)，如壓強(qiáng)、速度、密度等在大多數(shù)情況下看成是連續(xù)分布的。 3/8/2022.6二、流體的運(yùn)動(dòng) ：(1) 連續(xù)性方程 對(duì)于作穩(wěn)定流動(dòng)的不可壓縮流體來(lái)說(shuō)，在同樣的時(shí)間內(nèi)流過(guò)兩截面的流體體積應(yīng)該相等（） 。 該表達(dá)式稱為連續(xù)性方程(equation of continuity)。其中S表示與流管垂直截面的面積，V表示橫截面上點(diǎn)的流速。1221vSvS=3/8/2022.7二、流體的運(yùn)動(dòng) ：(2) 伯努利方程 前提：理想流體，絕對(duì)不可壓縮又無(wú)粘滯性的流體。 此式稱為伯努利方程(Bernoulli equation)即總流機(jī)械能守恒

3、方程。其中P表示壓力；h表示該斷面中心離水平基準(zhǔn)面的垂直距離；v表示斷面上的平均速度。212Pvgh+= 常量3/8/2022.8丹尼爾丹尼爾伯努利伯努利： (Daniel Bernoulli 17001782)瑞士物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家。1700年2月8日生于荷蘭格羅寧根。3/8/2022.9：噴霧器、霧化器3/8/2022.10（3）：流體各部分相互混雜，形成漩渦，流線極不規(guī)則。 湍流特點(diǎn)：湍流特點(diǎn)： 層間有物質(zhì)交換。 有響聲。 截面中間流速幾乎相同。二、流體的運(yùn)動(dòng) ：3/8/2022.11造成湍流的因素：流體速度v，流體密度，粘滯系數(shù)及管徑r。：判別流體的流動(dòng)狀態(tài)。 過(guò)渡流湍流層流15

4、00Re10001500Re1000ReRevr3/8/2022.12n麻醉機(jī)、呼吸機(jī)中流量通常低于臨界流量，氣流以層流為主。n氣流管路造成湍流的原因：扭曲、內(nèi)壁粗糙、接頭成角、狹窄等。n一般避免湍流的措施：縮短長(zhǎng)度、增大內(nèi)徑、內(nèi)壁光滑、彎度緩和等。湍流對(duì)麻醉機(jī)設(shè)計(jì)的影響3/8/2022.13壓力指垂直作用在物體表面的力，單位為牛頓(N)。壓強(qiáng)指物體單位面積上受到的壓力，單位為帕斯卡(Pa)。二者關(guān)系為：壓強(qiáng)=壓力/受力面積，1Pa = 1 N/m2。 三、流體的壓強(qiáng) ：壓強(qiáng)分絕對(duì)壓強(qiáng)和相對(duì)壓強(qiáng)絕對(duì)壓強(qiáng)指相對(duì)于絕對(duì)真空所測(cè)得的壓強(qiáng)；相對(duì)壓強(qiáng)指相對(duì)于大氣壓所測(cè)得的壓強(qiáng)；相對(duì)壓強(qiáng)=絕對(duì)壓強(qiáng)-大氣壓

5、。 壓強(qiáng)單位為kPa、mmHg和cmH2O，換算關(guān)系為1kPa =7.5 mmHg10.2 cmH2O。 .第二節(jié)第二節(jié) 通氣頻率監(jiān)測(cè)通氣頻率監(jiān)測(cè) 3/8/2022.15測(cè)量的方法n臨床觀察法：一定時(shí)間內(nèi)胸腹起伏，或鼻孔棉花毛擺動(dòng) n通過(guò)呼吸氣的各項(xiàng)參數(shù)曲線周期換算 ，n阻抗法：電阻抗容積描記法(electrical impedance plethysmography) 60fT=3/8/2022.16n當(dāng)導(dǎo)體的容積發(fā)生變化時(shí)，其體積變化的百分比等于電阻變化的百分比n當(dāng)激勵(lì)信號(hào)的頻率不高時(shí)，生物阻抗主要表現(xiàn)為電阻性n通過(guò)檢測(cè)人體阻抗的變化，可間接監(jiān)測(cè)相應(yīng)的容積變化3/8/2022.17n當(dāng)人體

6、呼吸時(shí)，胸部的起伏造成胸阻的變化n利用心電電極向人體施加100kHz以內(nèi)的高頻信號(hào)n胸阻的變化調(diào)制高頻信號(hào)的幅度n通過(guò)相同心電電極將調(diào)制后的信號(hào)檢出n該調(diào)制信號(hào)經(jīng)電路處理，成為呼吸波信號(hào)，計(jì)算得到呼吸頻率 人體胸廓前置放大光電隔離A/D轉(zhuǎn)換解 調(diào)LLRALLRA圖-4 呼 吸 檢 測(cè) 圖3放大濾波CPU計(jì)算DA/轉(zhuǎn)換顯示波形發(fā)生器激勵(lì)脈沖. 第三節(jié)第三節(jié) 氣道壓監(jiān)測(cè)氣道壓監(jiān)測(cè) 3/8/2022.19n氣道壓定義：是機(jī)械通氣時(shí)，推動(dòng)一定容量氣體進(jìn)入肺時(shí)所產(chǎn)生的壓力，反映通氣時(shí)所遇到的阻力。n氣道壓監(jiān)測(cè)的意義：了解肺通氣、氣道和呼吸環(huán)路有無(wú)異常的最簡(jiǎn)便方法。 3/8/2022.20一、U形管水柱壓

7、力計(jì)n一端與氣道連通，水柱的高度差即為氣道壓n準(zhǔn)確，但動(dòng)態(tài)特性差 H圖 - U形管水柱壓力計(jì)3 53/8/2022.21二、機(jī)械壓力表 n壓力表金屬膜片與氣道連接n應(yīng)變膜片受壓形變，產(chǎn)生垂直位移，位移大小與被測(cè)氣體壓力成正比n垂直位移經(jīng)杠桿系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大后n 指針指示壓力值 圖 -6 膜盒壓力表3表針杠桿表芯傳感膜盒表盤3/8/2022.22三、壓力傳感器 傳感器定義：指能感受規(guī)定的被測(cè)量物并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其作用為感受一種量并把它轉(zhuǎn)換成另一種量，這種轉(zhuǎn)換也可以看成是能量的轉(zhuǎn)換，因此也稱為換能器。要求：靈敏度高且

8、慣性小優(yōu)點(diǎn)：能夠顯示波形、并能計(jì)算相關(guān)力學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示。用于動(dòng)態(tài)壓強(qiáng)測(cè)量的傳感器主要方式有應(yīng)變式、壓阻式及電感式。3/8/2022.23（一）應(yīng)變式壓力傳感器 n彈性元件在外力作用下產(chǎn)生彈性變形；n使粘貼在它表面的電阻應(yīng)變片也產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，其阻值將發(fā)生變化；n再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；n測(cè)量電信號(hào)的變化量。 原理： 應(yīng)力方向電極基座絕緣膜鍍膜電阻圖 -7 粘貼式應(yīng)變片33/8/2022.24（一）應(yīng)變式壓力傳感器 n 彈性元件：承受傳感器所受的外力，產(chǎn)生彈性形變；n 電阻應(yīng)變片：傳感元件，把測(cè)壓?jiǎn)栴}，經(jīng)過(guò)傳感器，變?yōu)闇y(cè)電阻變化的問(wèn)題；n 檢測(cè)電路：把電阻

9、應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，惠斯登電橋是?yīng)用最廣泛的傳感信號(hào)接收電路。 主要部件及作用： 3/8/2022.25（二）壓阻式壓力傳感器 n在硅膜片做四個(gè)相等的電阻，接成惠斯登電橋，與外引線相連；n膜片的一側(cè)是和被測(cè)系統(tǒng)相連接的高壓腔，另一側(cè)是低壓腔，通常和大氣相通，也有做成真空的。n當(dāng)膜片兩邊存在壓力差而發(fā)生形變時(shí)，電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應(yīng)的電壓，n通過(guò)測(cè)量其電壓大小就反映了膜片所受的壓力差值。 原理： 3/8/2022.26（二）壓阻式壓力傳感器 主要部件由外殼、硅膜片和引線組成。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，它的應(yīng)變靈敏系數(shù)比金屬應(yīng)變片高50100倍；分辨率高，能測(cè)出一二毫米水柱的

10、微壓；測(cè)量元件有效面積可做得很小，故頻率響應(yīng)高；直接感受被測(cè)壓力，無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，具有無(wú)磨擦、無(wú)間隙，機(jī)械強(qiáng)度高，抗沖擊、耐振動(dòng)等特性。缺點(diǎn)：易受溫度影響，需要在電路中進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 3/8/2022.27（三）電感式壓力傳感器n由線圈、鐵芯和膜片三部分組成。n膜片位于中間位置，電橋處于平衡狀態(tài)。n當(dāng)膜片偏離中間位置，電橋不平衡。n電橋輸出電壓的大小與膜片移動(dòng)的大小成比例，其相位則與膜片移動(dòng)方向有關(guān)。原理： 線圈L1線圈L2感壓膜片可動(dòng)鐵芯P1P2傳感器外部電路交流信號(hào)輸出信號(hào)L1L2ab圖 - 可變磁阻壓力傳感器3 83/8/2022.28小氣道閉合壓(P)監(jiān)測(cè)：即呼吸驅(qū)動(dòng)壓，其產(chǎn)生不受生理

11、性呼吸動(dòng)作影響，其數(shù)值等于吸氣開始時(shí)口腔內(nèi)產(chǎn)生的壓力。主要用于預(yù)測(cè)病人是否能撤離機(jī)械通氣。內(nèi)源性呼氣末正壓(intrinsic positive end expiratory pressure, PEEPi)：由于各種原因引起病人呼氣不暢或呼氣時(shí)間不足，呼氣不完全，至呼氣末時(shí)肺泡內(nèi)殘留氣體相對(duì)較多，在肺的彈性回縮下肺泡內(nèi)壓高于氣道開口處壓力，仍有呼氣氣流，這一壓力差即PEEPi 。.第四節(jié)第四節(jié) 通氣量監(jiān)測(cè)通氣量監(jiān)測(cè) 3/8/2022.30vAh h圖 - 總壓探針3 9(一) 總壓管用于液體測(cè)速的工具202AAppvhgg 2Avg h得到被測(cè)點(diǎn)處的液柱高(壓強(qiáng))，就可以計(jì)算得到該點(diǎn)處的流速

12、。一、流速測(cè)量一、流速測(cè)量3/8/2022.31(二)皮托管用于氣體測(cè)速的工具得到設(shè)氣體密度為，壓力計(jì)內(nèi)液體密度為，兩液面的高度差為h。duABh圖 - 皮托管3 10212v gh2 g hv.二、流量監(jiān)測(cè)二、流量監(jiān)測(cè)n葉輪的轉(zhuǎn)速與氣體葉輪的轉(zhuǎn)速與氣體流速成正比流速成正比n葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與呼出或吸入相關(guān)呼出或吸入相關(guān)（一）葉輪式通氣量計(jì)（一）葉輪式通氣量計(jì)圖 -1 Wright通氣量計(jì)31風(fēng)葉.（二）差壓式流量計(jì)（二）差壓式流量計(jì)n由節(jié)流件和差壓傳由節(jié)流件和差壓傳感器構(gòu)成感器構(gòu)成n節(jié)流件增加氣流的節(jié)流件增加氣流的流阻，其兩側(cè)產(chǎn)生流阻，其兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差靜壓力差n差壓傳感器測(cè)得

13、該差壓傳感器測(cè)得該壓力差壓力差n該壓力差與流量有該壓力差與流量有固定的數(shù)值關(guān)系固定的數(shù)值關(guān)系 壓差換能器處理、顯示毛細(xì)管圖呼吸流速描記器3-12 Fleisch.（三）渦街流量計(jì)（三）渦街流量計(jì)n在流體中放置旋渦發(fā)生在流體中放置旋渦發(fā)生體，在旋渦發(fā)生體的后體，在旋渦發(fā)生體的后部會(huì)產(chǎn)生一系列有規(guī)律部會(huì)產(chǎn)生一系列有規(guī)律的交替旋渦的交替旋渦n旋渦發(fā)生頻率與旋渦發(fā)旋渦發(fā)生頻率與旋渦發(fā)生體處的平均流速成正生體處的平均流速成正比比n利用超聲波探測(cè)旋渦產(chǎn)利用超聲波探測(cè)旋渦產(chǎn)生頻率可實(shí)現(xiàn)流量測(cè)定生頻率可實(shí)現(xiàn)流量測(cè)定 .（四）熱式流量計(jì)（四）熱式流量計(jì)n連接于惠斯登電橋中的熱絲連接于惠斯登電橋中的熱絲插入氣流中

14、插入氣流中n氣流帶走熱量，熱絲因溫度氣流帶走熱量，熱絲因溫度降低而電阻變小，引起電橋降低而電阻變小，引起電橋不平衡，輸出電壓信號(hào)不平衡，輸出電壓信號(hào)n在一定范圍內(nèi)，氣體流量、在一定范圍內(nèi)，氣體流量、熱量變化、電阻值、電壓幅熱量變化、電阻值、電壓幅度之間呈一定函數(shù)關(guān)系度之間呈一定函數(shù)關(guān)系n第二熱絲、屏蔽的作用第二熱絲、屏蔽的作用 圖-1 熱絲式流量計(jì)33電路測(cè)量熱絲屏蔽第二熱絲.第五節(jié)第五節(jié) 旁路式肺通氣監(jiān)測(cè)儀器旁路式肺通氣監(jiān)測(cè)儀器 .旁路式肺通氣監(jiān)測(cè)儀器旁路式肺通氣監(jiān)測(cè)儀器n利用差壓式傳感器檢測(cè)呼吸回路的壓力利用差壓式傳感器檢測(cè)呼吸回路的壓力n進(jìn)而推算出：流速、流量、潮氣量進(jìn)而推算出：流速、流

15、量、潮氣量 順應(yīng)順應(yīng)性等通氣指標(biāo)性等通氣指標(biāo)n適用于氣管插管的病人適用于氣管插管的病人 .第六節(jié)第六節(jié) 血氧飽和度檢測(cè)儀器血氧飽和度檢測(cè)儀器 .一、血氧飽和度一、血氧飽和度n是血液中氧和血紅蛋白和有功能的血紅蛋白是血液中氧和血紅蛋白和有功能的血紅蛋白的比率。反映了血紅蛋白和氧的結(jié)合程度的比率。反映了血紅蛋白和氧的結(jié)合程度.血氧飽和度監(jiān)測(cè)血氧飽和度監(jiān)測(cè)n根據(jù)氧和血紅蛋白根據(jù)氧和血紅蛋白（HbOHbO2 2）和還原血）和還原血紅蛋白（紅蛋白（HbHb）對(duì)紅）對(duì)紅光（光（660nm660nm）和紅）和紅外光（外光（940nm940nm）的）的吸收特性，無(wú)創(chuàng)、吸收特性，無(wú)創(chuàng)、連續(xù)監(jiān)測(cè)動(dòng)脈血氧連續(xù)監(jiān)測(cè)動(dòng)

16、脈血氧和程度的方法和程度的方法 .血氧飽和度監(jiān)測(cè)工作原理血氧飽和度監(jiān)測(cè)工作原理n用分別發(fā)用分別發(fā)660nm660nm紅光和紅光和940nm940nm紅外光的二組紅外光的二組LEDLED交替照射手指或腳趾或耳垂交替照射手指或腳趾或耳垂n在心臟收縮期，用一個(gè)光電探測(cè)器分別測(cè)在心臟收縮期，用一個(gè)光電探測(cè)器分別測(cè)定紅光和紅外線的透射量定紅光和紅外線的透射量n根據(jù)朗伯根據(jù)朗伯- -比爾定律，可確定血紅蛋白的比爾定律，可確定血紅蛋白的氧和程度氧和程度物理意義物理意義 朗伯朗伯- -比爾定律比爾定律物理意義物理意義:當(dāng)一束平行單色光垂直通過(guò)某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時(shí),與其吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c及吸收層厚度b成正比.二、脈搏容積圖二、脈搏容積圖n心臟收縮期，手指的血容量最多，對(duì)照射光吸收量最心臟收縮期，手指的血容量最多，對(duì)照射光吸收量最大，舒張期，手指血量最少，