呼吸機的基本原理和通氣模式課件

1、呼吸機的基本原理與通氣模式的發(fā)展呼吸機的基本原理機械通氣的發(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 20世紀初，隨著人工氣道技術和喉鏡直視氣

2、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 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、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，我們認呼

3、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) (2.55.5)kg/cm2 呼吸機的組成 可分為兩大部分或三部分：呼吸機各部分主要功能主 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呼吸機各部分主要功能主 機氣源處理、吸呼控制、監(jiān)測報警空氧配比方式機械配比 電子配比空氧配比方式機械配比 有創(chuàng)正壓通

4、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。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、潔主機工作原理壓縮氣源的處理：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）。主機工作原理壓縮氣源的處理：減壓、過濾；基本原理示意圖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）；降至低壓、穩(wěn)定壓力、緩存一定

5、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。通氣控制流程空氣、氧氣配比混合(干燥的氣體)；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、家用、高頻振蕩、噴射。呼吸機的分類 目前沒有統(tǒng)一分類標準，可按習慣分為：通氣模式的定義及特點臨床常用的基本通氣模式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

6、始、轉換或切換”兩個 “相或過程內含保持”機械通氣吸、呼切換狀態(tài)分析兩個 “開始、轉換或切換”正壓通氣和生理性呼吸的區(qū)別與聯(lián)系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。主要物理量和參數(shù)時間量及參數(shù)時間參數(shù)及其符號(1)通氣頻率 ( f：0120) bpm(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， 通常設定為T的10%，臨床根據(jù)病情和呼吸習慣 適當增加或減少。

7、周期：T=Ti+Te，f=60s/(Ti+Te)bpm時間參數(shù)及其符號(1)通氣頻率 ( f：0120) 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)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）容量和流量參數(shù)及其符號(1)分鐘通氣量 (MV，L/min 吸氣流量觸發(fā)靈敏度吸氣流量觸發(fā)靈敏度壓力參數(shù)及其符

8、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)及其符號(1)氣道壓力(Airway Pressur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 = S + SC壓力參數(shù)及壓

9、力觸發(fā)靈敏度觸發(fā)壓力 P = PEEP- PT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氣道阻力和順應性靜態(tài)氣道阻力常見通氣模式解析（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：呼切換到吸、吸氣相、吸切換到呼和呼氣相。常見通氣模式解析

10、（處方）用呼吸機的目的就是以一種適宜的方式對機械通氣的四個相（狀態(tài)）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) 同步間歇指令通氣(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation , SIMV)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)吸第一相呼氣切換到吸氣壓力支持(Pressure Support Ventilat

11、or, 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)。 第一相呼氣切換到吸氣壓力支持(Pressure Supp容量控制VCVFt和 Pt曲線：VCV設定 定容：VT/MV=？時間：f 、Ti 、Te Trise、Tp、I:E=?壓力：Pmax =? PT /FT =? 容量控制VCVFt和 Pt曲線：壓力控制PCVFt和 Pt曲線：PCV設定 定壓：Pi-Level=？時間：f 、Ti 、 Prise、 Tp 、I:E=?壓力

12、：Pmax =? PT /FT =?壓力控制PCVFt和 Pt曲線：同步間歇指令通氣 SIMVFt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 同步間歇指令通氣 SIMVFt和 Pt曲線：壓力支持PSVFt和 Pt曲線：半自主通氣模式PSV設定 壓力：Pi-Level=？ 壓力：Pmax=? PT /FT =?VAPSV ?SIMV+PSV ?壓力支持PSVFt和 Pt曲線：持續(xù)氣道正壓CPAPFt和 Pt曲線

13、：自主通氣模式壓力：PEEP、PT吸 /FT吸 =? 或 PT呼 /FT呼 =?持續(xù)氣道正壓CPAPFt和 Pt曲線：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 基于第三相定義和設計通氣模式依據(jù)第三相吸氣轉換到呼氣容量限制 (Volume 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,

14、 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容量限制 (Volume Limit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(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壓力周期(Pressure Cycl第三相吸氣轉換

15、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、壓力或時間就分別叫容量切換、流量切換、壓力切換或時間切換。第三相吸氣轉換到呼氣時間限制壓力周期(Time Limi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)

16、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。SIGN,潮氣量加倍（延長吸氣時間）。 第二相吸氣相方 波(Square Wave Flow 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 。第四相呼氣相 實現(xiàn)Positive End Expi通氣模式的

17、發(fā)展演化通氣模式的發(fā)展演化通氣模式的數(shù)學表達 假設病人吸氣做功W吸，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/EMMV自主W吸=100% ，V吸=100%時，為自主模式(Spontaneous，CPAP)通氣模式的數(shù)學表達 假設病人吸氣做功W吸，自己吸到的容量通氣模式的轉化 通氣模式的

18、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。 呼吸機臨床風險根據(jù)“ISO 14971醫(yī)用裝置風險管理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

19、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。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（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、斷氣斷電？氣密性檢查：內、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(OVP) 消除一部分潛在風險？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：

20、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。呼吸機使用前的例行檢查吸氣壓力水平：平穩(wěn)、準確？ 呼吸機系統(tǒng)故障分布2019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% 呼吸機系統(tǒng)故障分布2019年呼吸機主機混合器濕化器壓縮機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 濕化罐內放置一個卷曲

21、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 氣管插管病人遠端Y-型頭加熱濕化器工作原理出氣口進氣口接在吸氣回路36 濕化罐內放加溫、加濕要求到達病人口邊的氣體溫度： 31T37,連續(xù)可調吸入氣體的絕對濕度： HA 30mg.L-1加溫、加濕要求到達病人口邊的氣體溫度：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/L0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 流量(L.min-1) 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、濕度性能曲線加熱濕化器的性能測試ISO 81850 10 20 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