第五章 生理功能輔助儀器課件

第五章

生理功能輔助儀器

生理功能輔助儀器有呼吸機(jī)、麻醉機(jī)、心臟起搏器、人工心肺機(jī)和血液透析機(jī)等。這類儀器在人的某種生理功能衰竭或喪失時(shí)，起到輔助完成這種生理功能及治療的作用，又被稱為生命支持系統(tǒng)。其中人工心肺機(jī)又稱人工肺，血液透析機(jī)又稱人工腎。本章只介紹上述前三種儀器。第五章生理功能輔助儀器生理功能輔助儀器呼吸機(jī)麻醉機(jī)心臟起搏器（Pacemaker）第五章生理功能輔助儀器5.1呼吸機(jī)

呼吸機(jī)是一種用于搶救呼吸衰竭患者的裝置，常置于危重病人監(jiān)護(hù)中心（ICU），對(duì)術(shù)后患者進(jìn)行輔助呼吸。現(xiàn)代呼吸機(jī)的發(fā)展，最早始于1915年哥本哈根的Mol-gaard和Lund，以及1916年斯德哥爾摩的外科醫(yī)師Giertz。1934年Frenkner研制出第一臺(tái)氣動(dòng)限壓呼吸機(jī)——“Spiropulsator”，它的氣源來(lái)自鋼筒，氣體經(jīng)兩只減壓閥，產(chǎn)生50cm水柱的壓力。呼氣時(shí)通過(guò)平衡器取得足夠的氣流，吸氣時(shí)間由開(kāi)關(guān)來(lái)控制，氣流經(jīng)吸入管入肺，當(dāng)內(nèi)壓力升至預(yù)計(jì)要求時(shí)，閥門關(guān)閉，呼吸停止。第五章生理功能輔助儀器

1940年，F(xiàn)renkner和Crafoord合作，在“Spiropulsator”的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使之能與環(huán)丙烷同時(shí)使用，成為第一臺(tái)麻醉呼吸機(jī)。

1948年美國(guó)工程師Bennett研制成功間歇正壓呼吸機(jī)TV-2P，以治療急、慢性呼吸衰竭。1951年瑞典的EngstromMedical公司生產(chǎn)出第一臺(tái)定容呼吸機(jī)Engstrom100，取代了當(dāng)時(shí)的“鐵肺”，救治了大量的由流行性小兒麻痹引起的呼吸衰竭病人。許多工程師、醫(yī)師等投入呼吸機(jī)的研究，歐洲各國(guó)紛紛生產(chǎn)出代表呼吸機(jī)達(dá)到10種類型。第五章生理功能輔助儀器

進(jìn)入60年代，呼吸機(jī)的應(yīng)用更為廣泛，1964年Emerson的術(shù)后呼吸機(jī)，是一臺(tái)電動(dòng)控制呼吸機(jī)，呼吸時(shí)間能隨意調(diào)節(jié)，配備壓縮空氣泵，各種功能均由電子調(diào)節(jié)，根本改變過(guò)去呼吸機(jī)純屬簡(jiǎn)單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的時(shí)代而跨入精密的電子時(shí)代。

1970年利用射流原理的射流控制的氣動(dòng)呼吸機(jī)研制成功，它是氣流控制的呼吸機(jī)。全部傳感器、邏輯元件、放大器和調(diào)節(jié)功能都是采用射流原理，而無(wú)任何活動(dòng)的部件，但具有與電路相同的效應(yīng)。80年代后計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使新一代多功能電腦型呼吸機(jī)具備了以往不可能實(shí)現(xiàn)的功能，如監(jiān)測(cè)、報(bào)警、記錄等。進(jìn)入90年代，呼吸機(jī)不斷向智能化發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使呼吸機(jī)的性能更臻完善。第五章生理功能輔助儀器我國(guó)呼吸機(jī)的研制起步較晚，1958年在上海制成鐘罩式正負(fù)壓呼吸機(jī)。1971年制成電動(dòng)時(shí)間切換定容呼吸機(jī)。呼吸機(jī)按其工作方式可分為氣動(dòng)—手動(dòng)、電動(dòng)—電控（電子控制或計(jì)算機(jī)控制）、氣動(dòng)—電控等，現(xiàn)代呼吸機(jī)大都采用氣動(dòng)—電控方式。按其應(yīng)用范圍又可分為成人、小兒及新生兒呼吸機(jī)，最先進(jìn)的呼吸機(jī)可一機(jī)多用，適合各種不同的患者。第五章生理功能輔助儀器

呼吸機(jī)的組成可分為氣路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)兩大部分。呼吸氣體用的是空氣壓縮機(jī)壓縮的空氣（即所謂氣動(dòng)方式），有的呼吸機(jī)還可將氧氣通過(guò)氧氣管道與壓縮空氣混合。儲(chǔ)氣室中的壓縮空氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入脈動(dòng)緩沖室，調(diào)節(jié)閥的出口壓力一般調(diào)節(jié)在20磅/平方英寸。當(dāng)吸氣時(shí)，吸氣單向閥自動(dòng)打開(kāi)，脈動(dòng)緩沖室中的壓縮空氣經(jīng)過(guò)氣流量控制閥、吸氣流量傳感器和吸氣單向閥進(jìn)入患者氣道?；颊邭獾莱隹谑且粋€(gè)三通管，一路是吸氣通道，一路是氣道壓力測(cè)量通道，一路是呼氣通道。當(dāng)呼氣時(shí)，吸氣單向閥自動(dòng)關(guān)閉，呼氣單向閥自動(dòng)打開(kāi)，呼出的氣體經(jīng)呼氣控制閥、呼氣流量傳感器及呼氣單向閥排入大氣。第五章生理功能輔助儀器呼吸機(jī)氣路系統(tǒng)組成框圖

SCS系統(tǒng)壓力傳感器空氣過(guò)濾器空氣壓縮機(jī)吸氣流量傳感器呼氣流量傳感器氣道壓力傳感器呼氣控制電磁閥緩沖室儲(chǔ)氣室流量閥單向閥單向閥SCSSCSSCSSCSSCS大氣病人氣道（SCS：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)）

第五章生理功能輔助儀器

氣路系統(tǒng)是由電路系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)控制、監(jiān)測(cè)、顯示及報(bào)警系統(tǒng)）控制的?？刂茖?duì)象有：2個(gè)控制閥門（進(jìn)氣流量控制閥，控制范圍為6毫升～180升/分；呼氣控制閥，進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制），2個(gè)流量測(cè)量傳感器（吸氣流量傳感器和呼氣流量傳感器，測(cè)量范圍6毫升～180升/分），3個(gè)壓力測(cè)量傳感器（系統(tǒng)壓力傳SCS感器（0～30磅/平方英寸）、進(jìn)氣壓力傳感器（0～40厘米水柱）和氣道壓力傳感器（-20～140厘米水柱））。各種傳感器的輸出經(jīng)放大后到A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D數(shù)字化后進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)通過(guò)接口控制驅(qū)動(dòng)電路，從而控制吸氣流量控制閥的開(kāi)啟程度及呼氣控制閥的通斷。計(jì)算機(jī)一般采用1～2個(gè)單片機(jī)芯片。第五章生理功能輔助儀器呼吸機(jī)能根據(jù)設(shè)定值，由微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)控制。老式的呼吸機(jī)多采用開(kāi)環(huán)控制，現(xiàn)代呼吸機(jī)則采用閉環(huán)控制。主要控制的通氣方式有以下4種：⑴間歇式正壓通氣方式（IPPV）。⑵同步間歇式強(qiáng)制通氣方式（SIMV）。⑶潮氣量支持通氣方式（PSV）。

⑷

可調(diào)壓潮氣量控制通氣方式（PCV）。第五章生理功能輔助儀器間歇式正壓通氣方式（IPPV）的氣道壓力控制波形如圖，要求控制參數(shù)為：呼吸率15次/分(呼吸周期T1=4秒)，吸氣時(shí)間T2=1.2秒，上升時(shí)間T3=0.08秒，暫停時(shí)間T4=0.2秒，呼氣時(shí)間T5(余量)=2.6秒，潮氣量(每次吸入)500ml，壓力上限P=50cmH2O。

第五章生理功能輔助儀器計(jì)算機(jī)可對(duì)壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)及顯示(有數(shù)碼顯示、LCD顯示及電子模擬顯示等多種顯示方式)，有的呼吸機(jī)還用液晶顯示屏實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示壓力波形、流量波形及潮氣量波形。計(jì)算機(jī)還可以自動(dòng)測(cè)量峰值壓力、平均壓力、呼氣末壓力、自主呼吸同步控制方式時(shí)的呼吸率、吸氣呼氣時(shí)間比、吸氣容量、呼氣容量、呼氣每分鐘容量等。對(duì)某些重要參數(shù)(如氣道壓力、潮氣量、每分鐘通氣量、供氧濃度等)可進(jìn)行上、下限越限報(bào)警。

第五章生理功能輔助儀器

現(xiàn)代呼吸機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是呼吸監(jiān)護(hù)儀，即不但控制呼吸，而且還能實(shí)時(shí)監(jiān)視血氧飽和度，以判斷呼吸效率如何。另外高頻呼吸機(jī)也是一種發(fā)展方向?，F(xiàn)代呼吸機(jī)繼續(xù)發(fā)展各種新的通氣方式，研究最先進(jìn)的軟件技術(shù)，使呼吸機(jī)具有學(xué)習(xí)功能及預(yù)測(cè)功能，即可自動(dòng)獲得患者的吸氣努力與呼吸機(jī)供氣之間的壓力、流量和容量的關(guān)系，及時(shí)預(yù)測(cè)患者當(dāng)肺順應(yīng)性及氣道阻力等因素變化時(shí)的新的需求量，并及時(shí)反饋控制流量閥和電磁閥，使患者和呼吸機(jī)保持和諧。第五章生理功能輔助儀器5.2麻醉機(jī)麻醉機(jī)是手術(shù)室必備的設(shè)備，它有兩個(gè)方面的功能：一是實(shí)施全身麻醉，即麻醉氣體或蒸氣(氧化亞氮、氟烷、安氟醚和異氟醚等多種麻醉劑)與氧氣混合后輸入通氣系統(tǒng)；二是供氧和進(jìn)行輔助或控制呼吸。第一臺(tái)麻醉機(jī)是于1846年發(fā)明的，實(shí)際上是一個(gè)裝有乙醚的球形玻璃蒸發(fā)器。經(jīng)過(guò)上百年一次又一次的改進(jìn)，到20世紀(jì)80年代末，出現(xiàn)了由微機(jī)控制的具有麻醉、呼吸及監(jiān)測(cè)功能的全能型麻醉機(jī)。第五章生理功能輔助儀器現(xiàn)代麻醉機(jī)由四個(gè)部分構(gòu)成：1.氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)是麻醉氣體吸入和呼出的控制通道，由氣源、內(nèi)氣路和外氣路構(gòu)成。氣源是裝有麻醉氣體的貯氣筒和氧氣的貯氣筒。內(nèi)氣路由減壓裝置、氣動(dòng)截?cái)嚅y和流量計(jì)等部件組成，外氣路由單向活瓣(吸氣活瓣和呼氣活瓣)、貯氣囊和二氧化碳吸收器等部件組成。第五章生理功能輔助儀器2.蒸發(fā)器蒸發(fā)器是麻醉機(jī)的關(guān)鍵部件，它既能有效地蒸發(fā)麻醉藥液，又能精確地控制麻醉蒸氣的濃度。麻醉蒸氣通過(guò)截?cái)嚅y和精密流量計(jì)后，與從減壓閥來(lái)的壓縮空氣在貯氣囊混合，然后通過(guò)吸氣活瓣進(jìn)入氣道，呼氣時(shí)吸氣活瓣關(guān)閉，呼氣活瓣打開(kāi)，呼出的氣體通過(guò)呼氣活瓣進(jìn)入二氧化碳吸收器，再回到貯氣囊，周而復(fù)始，形成封閉式環(huán)流系統(tǒng)。二氧化碳吸收器盛滿鈉石灰或鋇石灰，用于吸收二氧化碳。第五章生理功能輔助儀器3.呼吸器

呼吸器是用于麻醉過(guò)程中控制/輔助病人呼吸及全面監(jiān)測(cè)病人狀況。根據(jù)其驅(qū)動(dòng)方式可分為電動(dòng)和氣動(dòng)兩種，現(xiàn)代麻醉機(jī)多采用氣動(dòng)呼吸器。氣動(dòng)呼吸器用壓縮氣體驅(qū)動(dòng)，靠控制對(duì)氣容的充氣時(shí)間，或氣道壓力信號(hào)的傳遞來(lái)控制呼吸頻率和呼吸比，潮氣量、通氣量、呼吸頻率、呼吸比等參數(shù)均可調(diào)節(jié)。第五章生理功能輔助儀器4.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)麻醉機(jī)各部分的工作情況、病人的通氣情況和病人的生命體征，異常時(shí)報(bào)警。監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要有：⑴氣道壓力，⑵潮氣量及每分鐘通氣量，⑶氧濃度，⑷呼氣末CO2濃度，⑸血氧飽和度(SaO2)，⑹麻醉氣體濃度，⑺病人的心電和血壓，⑻其他呼吸參數(shù)(如死腔氣與潮氣量之比、氣道阻力及胸肺順應(yīng)性等)檢測(cè)?，F(xiàn)代麻醉機(jī)采用計(jì)算機(jī)控制，具有先進(jìn)的傳感系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、病人信息反饋系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、多參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、顯示及報(bào)警等功能。第五章生理功能輔助儀器5.3心臟起搏器（Pacemaker）

正常狀態(tài)下，由心臟竇房結(jié)產(chǎn)生的興奮傳導(dǎo)到心房，再由心房傳導(dǎo)到心室，引起心臟的搏動(dòng)。如果由于心臟疾患而使這種傳導(dǎo)受阻(稱為房室傳導(dǎo)阻滯)，則心搏減緩，進(jìn)而危及生命。心臟起搏器是用一定形式的電脈沖刺激心臟，使之按一定頻率有效地收縮的一種植入式電子裝置。心臟起搏技術(shù)是工程技術(shù)與心臟電生理相結(jié)合形成的一門新科學(xué)。由于對(duì)心律失常治療有良好效果，受到人們極大的重視。特別是隨著微電子技術(shù)和微處理器技術(shù)以及新能源的應(yīng)用，近年來(lái)心臟起搏器技術(shù)發(fā)展十分迅速。第五章生理功能輔助儀器早在1932年Hyman創(chuàng)制一臺(tái)用針刺入心臟起搏的重達(dá)7.2公斤的儀器，命名為人工心臟起搏器以來(lái)，這個(gè)名稱一直沿用至今。1952年，Zoll創(chuàng)造用脈沖電流經(jīng)胸壁刺激起搏的方法，挽救了32名房室傳導(dǎo)阻滯患者的生命。1958年，F(xiàn)urmam開(kāi)創(chuàng)心內(nèi)膜電極起搏技術(shù)，同年，由西門子公司安裝了世界第一個(gè)埋藏式起搏器(固定頻率型)，并成功起搏心臟，從此人工心臟起搏技術(shù)進(jìn)入成熟期，并得到迅速發(fā)展。第五章生理功能輔助儀器

70年代以來(lái)又出現(xiàn)了心房心室順序起博的心臟起搏器，更符合血液動(dòng)力學(xué)及人體生理要求。之后又出現(xiàn)了植入人體后能被程控儀根據(jù)病人不同需求而改變不同工作參數(shù)的起搏器。隨著臨床醫(yī)學(xué)及電子醫(yī)學(xué)的發(fā)展，80年代后期起搏工業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展?，F(xiàn)代的起搏器已經(jīng)具備能根據(jù)病人活動(dòng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)起搏頻率；根據(jù)病人起搏閾值自動(dòng)調(diào)節(jié)能量輸出；起搏器與程控器實(shí)現(xiàn)了雙向?qū)嵤┻b測(cè)，起搏器不但起到起搏心臟的功能，還可以記錄心臟的活動(dòng)情況，供醫(yī)生診斷疾病和根據(jù)具體情況調(diào)整起搏參數(shù)時(shí)作參考。第五章生理功能輔助儀器隨著起搏器功能的增加，起搏治療適應(yīng)癥也在增加，除了最早用于治療房室傳導(dǎo)阻滯和竇房結(jié)功能不良外，現(xiàn)在起搏器也為心肌病、心衰、房顫、迷走神經(jīng)綜合癥等疾病的治療提供了更多的選擇。同時(shí)起搏器的電池的壽命也有了很大的改善，從最初的紐扣電池到鋰碘電池，再加上自動(dòng)閾值奪獲功能的應(yīng)用，起搏器的使用壽命可達(dá)15年以上。起搏器的體積也越做越小，目前世界上最小的起搏器為圣猶達(dá)St.JudeMedical公司生產(chǎn)，重量只有12.8g，體積5.9立方厘米，如一枚一元硬幣。我國(guó)從1976年開(kāi)始研制起搏器，至今可以生產(chǎn)鋰電池作能源、鈦鋼全密封、厚膜電路按需型埋藏式心臟起搏器。第五章生理功能輔助儀器心臟起搏器的類型有：⑴固定頻率型(早期產(chǎn)品)，⑵P波同步型(早期產(chǎn)品)，⑶心室同步型，⑷房室順序型，⑸全自動(dòng)型，其中⑵、⑶、⑷種又稱按需型。全自動(dòng)型可根據(jù)心臟的工作情況自動(dòng)選擇和更換發(fā)送脈沖的方式，其性能已經(jīng)與人體心臟生理要求相接近，可自動(dòng)抗心律失常，自動(dòng)抑制心動(dòng)過(guò)速的多余沖動(dòng)，又能在正常時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。第五章生理功能輔助儀器隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，人工心臟起搏領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，人工心臟起搏的適應(yīng)證也不斷拓寬。雙心房起搏適宜于伴有房?jī)?nèi)阻滯的陣發(fā)快速房性心律失?；颊?，能起到治療和減少房性心律失常發(fā)作的效果。雙心室起搏應(yīng)用于充血性心力衰竭伴有室內(nèi)阻滯的患者，通過(guò)置入冠狀靜脈竇電極至血管分叉處來(lái)實(shí)現(xiàn)左室起搏。目前，多部位心臟起搏方式在國(guó)內(nèi)剛剛起步，其遠(yuǎn)期療效和預(yù)后以及并發(fā)癥等尚需進(jìn)一步觀察和研究。臨床上應(yīng)嚴(yán)格掌握適應(yīng)證。新型的可感知情緒變化的閉環(huán)頻率反應(yīng)起搏器具有感知體力和情緒變化而自動(dòng)