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1、呼吸机的基本原理与通气模式的发展,机械通气的发展历程,口对口人工呼吸,1800年前，金匮要略、华佗医方中有类似体外按压人工呼吸的记载1300年前，圣经上有“口对口”描述,无创,正压机械通气,有创,1792年，首次在人身上实施气管切开、插管及风箱式正压通气技术。,负压机械通气,无创,1928年，“铁肺”箱式负压治疗机。,人力作动力,电力机械作为动力,正压机械通气,1950让位于技术上得到很大改进的,有创,无创呼吸机,多功能呼吸机,1981年Sullivan无创口鼻面罩。,人工智能呼吸机,人工智能无创呼吸机,并存时代,20世纪初，随着人工气道技术和喉镜直视气管插管技术的成熟，正压机械通气在麻醉和外
2、科领域得以迅速发展。1940年，第一台间歇正压通气（IPPV）麻醉呼吸机被发明，用于胸科手术和ARDS。1946年，Bennet 公司研制出世界第一台初具现代呼吸机基本结构的间歇正压呼吸机PR-1A（气动气控压力限制型）。,呼吸机的起源与发展,呼吸机的起源与发展,回顾正压机械通气60多年的发展历史，我们认为它较好地体现了临床医学与电子技术、机械工程相互交叉和渗透，彼此促进和提高的一个发展过程，是 “医学科学与工程技术完美结合”的典范（BME）。,呼吸机的组成,可分为两大部分或三部分：主机(气路单元+监控单元)湿化器(温控+湿化灌)空、氧气源提供装置 床边压缩机+O2气源 中心气源(Air、O2
3、) (2.55.5)kg/cm2,呼吸机各部分主要功能,主 机气源处理、吸呼控制、监测报警混合器外置或内置机械式，比例阀混合。湿化器病人吸入气体的加温、加湿病人管路5-6根螺纹管、接湿化器或雾化吸入器，病人吸入和呼出气体的传输。气 源以适当方式提供压缩空气和氧气）其 它主机和病人管路的固定或支撑装置,空氧配比方式,机械配比 电子配比,有创正压通气的人机系统工程,输入主机的气体为高压，要求干燥、洁净；输出给病人的混合气体为低压，要求温暖、湿润并达到有效的肺泡通气量。,主机工作原理,压缩气源的处理：减压、过滤；空气、氧气配比混合，稳压，送到吸气阀；在吸气相按约定通气模式和参数向病人送气；同时监控参
4、数、满足条件,“切换”到呼气相；打开或不完全打开呼气阀完成呼气过程；检测病人的状态，进入下一个呼吸周期（下 一个吸气相的开始）。,基本原理示意图,通气控制流程,空气、氧气配比混合(干燥的气体)；细菌过滤（减少感染）；降至低压、稳定压力、缓存一定量气体；吸气回路PID控制（实现各种通气模式）；经湿化器加温、加湿（雾化）到病人；呼气回路PID控制（实现PEEP等），呼出气体排到大气中。,呼吸机的分类,目前没有统一分类标准，可按习惯分为：按使用对象 成人型、婴幼儿型、通用型多功能呼吸机；按工作原理 气控气动、电控气动、电控电动呼吸机；按人机接口方式 有创或无创正压通气呼吸机；按机器的功能 急救、麻醉
5、、治疗、家用、高频振荡、喷射。,通气模式的定义及特点,临床常用的基本通气模式,机械通气吸、呼切换状态分析,两个 “开始、转换或切换”两个 “相或过程内含保持”,正压通气和生理性呼吸的区别与联系,主要物理量和参数,时间量及参数气体流量及参数气道压力及参数温度、湿度参数 需要非常清楚地了解各参数的物理涵义及其作用或影响。,时间参数及其符号,(1)通气频率 ( f：0120) bpm(2)吸呼比 (I:E = Ti: Te )(3)吸气时间 Ti (s) 、Trise (s)(4)呼气时间 Te(s)(5)屏气时间 TP(s) 是吸气时间的一部份， 通常设定为T的10%，临床根据病情和呼吸习惯 适当
6、增加或减少。 周期：T=Ti+Te，f=60s/(Ti+Te)bpm,容量和流量参数及其符号,(1)分钟通气量 (MV，L/min )=VTf(2)潮气量 (TV/VT，ml) = VTI = VTE=F.dt(3)吸气流量 (F ，l/s)，是一个动态参数， 峰值流速Fpeak ：影响吸呼比和吸气波形(4)叹气/深吸气 Sign：1.5或2倍的VT /100次(5)流量触发灵敏度 (FT，L/min)，包括吸 气和呼气触发灵敏度（需高速动态阀）,吸气流量触发灵敏度,压力参数及其符号,(1)气道压力(Airway Pressure，Pair/Plung不一致) 是一个动态物理参数，波形、光柱：
7、 Ppeak , Pplateau, Pmean（cmH2O或kPa）(2)吸气压力水平 (Pi-Level：010kPa)？(3)呼气末正压 (PEEP：0.1 kPa3kPa) (4)吸、呼压力触发灵敏度 (PT: -2kPa+2kPa)(5)呼吸机的工作压力、气源压力。 低压：(6070) cmH2O，高压：120kPa,压力参数及压力触发灵敏度,触发压力 P = PEEP- PT呼吸做功 W = S + SC,气道阻力和顺应性,静态气道阻力 RL=(Ppeak Pplateau)/flow cmH2O/L/s 静态顺应性 CL=VT/ (Pplateau PEEP) L/cmH2O,常
8、见通气模式解析（处方）,用呼吸机的目的就是以一种适宜的方式对病人的肺进行有效通气，既保障病人生命需要，又要尽可能地减少并发症，而且还要安全、舒适。重复进行机械通气的时间间隔叫机械通气周期,T。一次吸气开始到下一次吸气开始的时间间隔为一个机械通气周期。一个机械通气周期又可分解为四个状态或四个相，即：呼切换到吸、吸气相、吸切换到呼和呼气相。,机械通气的四个相（状态）,第一相呼气切换到吸气,基于第一相定义和设计通气模式，根据吸气初始化条件或人机关系的不同，可分为：控制模式Control Mode Ventilation, CMV/VCV/PCV 辅助控制模式(Assist-Control Mode,
9、 A/C) 同步间歇指令通气(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation , SIMV),第一相呼气切换到吸气,压力支持(Pressure Support Ventilator, PSV)持续气道正压(Continuous Positive Airway Pressure, CPAP) 在呼气切换到吸气时，如果切换或触发的条件是流量就叫流量触发，是压力就叫压力触发，控制通气可以看作时间触发。,容量控制VCV,Ft和 Pt曲线：VCV设定 定容：VT/MV=？时间：f 、Ti 、Te Trise、Tp、I:E=?压力：Pmax =? PT /F
10、T =?,压力控制PCV,Ft和 Pt曲线：PCV设定 定压：Pi-Level=？时间：f 、Ti 、 Prise、 Tp 、I:E=?压力：Pmax =? PT /FT =?,同步间歇指令通气 SIMV,Ft和 Pt曲线：VCV/PCV间歇+自主 VT/MV=？ Pi-Level=？时间：f /RR 、Ti、 Trise、Tp、I:E=?压力：Pmax=? PT /FT =?fsimv =(0f)?， f总 = fsimv + f自主,压力支持PSV,Ft和 Pt曲线：半自主通气模式PSV设定 压力：Pi-Level=？ 压力：Pmax=? PT /FT =?VAPSV ?SIMV+PSV
11、?,持续气道正压CPAP,Ft和 Pt曲线：自主通气模式压力：PEEP、PT吸 /FT吸 =? 或 PT呼 /FT呼 =?,第三相吸气转换到呼气,基于第三相定义和设计通气模式依据容量、压力和时间三个参数在切换时起作用的主次关系，其主和次关系用两个形容词周期的(cycled)和限制的 (limited)来表示。容量周期 (Volume Cycled) 也叫定容通气或容量切换(容量开关)。,第三相吸气转换到呼气,容量限制 (Volume Limited)在设定的时间内达到设定的潮气量，吸气停止(相当于VCV)。时间周期容量限制(Time Cycled, Volume Limited) 按一定流量为
12、病人送气，时间到，吸气停，潮气量大小取决于流量(定时开关流量)。,第三相吸气转换到呼气,压力周期(Pressure Cycled) 也叫压力切换，当达到设定的气道压力水平(Insp. Press. Level)时，吸气停止(压力开关，漏气时无法切换)。时间周期压力限制(Time Cycled, Pressure Limited) 按能维持设定的气道压力水平所必需的流速为患者送气，当达到设定的吸气时间时，吸气停止(相当于PCV)。,第三相吸气转换到呼气,时间限制压力周期(Time Limited, Pressure Cycled) ：按设定的吸气时间和吸气流量为患者送气，当达到设定的吸气压力水平
13、时，吸气停止（漏气的时候，为时间切换）。可见，在第三相时，如果切换的主要物理参数是容量、流量、压力或时间就分别叫容量切换、流量切换、压力切换或时间切换。,第二相吸气相,方 波(Square Wave Flow Pattern) 可快速建立起通气和在有效的时间内维持恒定的气流。加速波(Accelerating Flow Pattern)减速波(Decelerating Flow Pattern) 气流迅速上升到峰值，紧接着减速。正弦波(Sine Wave Flow Pattern) 兼加速和减速波通气的特点。SIGN,潮气量加倍（延长吸气时间）。,第四相呼气相,实现Positive End Ex
14、piratory Pressure, PEEP增加功能残气量(Functional Residual Capcity, FRC)。对于一些限制性病变(ARDS)，呼末维持一定的正压有利于肺泡气体交换，但使用PEEP要慎重，不能随意增减。电子PEEP、机械PEEP或文丘里PEEP 。,通气模式的发展演化,通气模式的数学表达,假设病人吸气做功W吸，自己吸到的容量V吸那么：控制W吸=0时，为控制模式(CMV/IPPV/VCV/PCV) W吸0 但 V吸=0，辅助控制模式(A/C 、病人触发的)辅助100%W吸0，100%V吸0时，为辅助模式(Assist-Mode) 同步间歇控制：SIMV+ CPA
15、P /SIMVVC+PSV/ SIMVPC+PSV 吸气支持：PSV/VAPSV 和 VSV/MMV/EMMV自主W吸=100% ，V吸=100%时，为自主模式(Spontaneous，CPAP),通气模式的转化,呼吸机的质量保障,一个需要思考和关注的问题,呼吸机临床风险,根据“ISO 14971医用装置风险管理第1部 分：风险分析应用”推荐的方法进行风险分析：呼吸机12分，麻醉机、除颤器、高频电刀6分，其它医疗设备都在 6分以下；呼吸机是临床风险值最高的设备，其性能稳定和参数可靠与否对病人生死悠关；性能好、使用好、护理好，对病人生命起支持作用；反之，则影响疗效甚至成为杀手。,需要全程质量保障
16、,以临床培训为基础的人员保障：培训医、护人员（考核合格、持证上岗）；以使用前例行检查为基础的制度保障：建立制度，基本质量确认；以性能测试为基础的质量保障：(1-2)月测一次，临床技师或工程师；以计量检定校准为基础的法律保障，由国家授权建立测量标准，进行量值传递或校准，在法律上得到认可，每年一次。,呼吸机使用前的例行检查(OVP),消除一部分潜在风险？电源气源检查：风险较多、断气断电？气密性检查：内、外气路和插管漏气？ 压力上限：不准或失灵，机械的？呼气分钟通气量上、下限:漏气/自主？窒息报警：脱管、病人没有呼吸响应？触发灵敏度：不准或误触发？,呼吸机使用前的例行检查,吸气压力水平：平稳、准确？
17、吸入氧浓度：准确度高于5%，阀、混合器故障、氧电池监测？吸、呼流量：准确度优于5%、线性好？上述检查通过后，将湿化器（故障源？影响机械通气效果）预设在（3237），然后等待或用于病人，急救时可以只进行第、步检查。,呼吸机系统故障分布1999年,加热湿化器工作原理,出气口,进气口,接在吸气回路对病人吸入的气体加温加湿,湿化罐内放置一个卷曲的铝筒内衬湿化滤纸形成一个温湿通道,接呼气回路,图-1 加热湿化器应用示意图,加温、加湿要求,到达病人口边的气体温度： 31T37,连续可调吸入气体的绝对湿度： HA 30mg.L-1,湿化器常见使用问题,湿化罐要接在吸气回路上，进气和出气口不能接反；注意观察罐
18、内液面高度，要加注蒸馏水，不能加注生理盐水；温度传感器接到 Y 头的吸气端，不要接在吸呼公共端；每个病人或每周更换一次湿化滤纸，如长期不换或忘记装滤纸，会出现低温报警；,湿化器常见使用问题,当出现故障报警时，只需更换下面的控制部分进行维修，罐不用换；如使用管道内加热要慎重，其温度不要设置的太高，以免相对湿度降低太多； 如呼吸机处于备机状态，带气路温度监测的湿化器要打到“Standby”状态。,呼吸机的报警,输入能源报警 停电、气源故障（无输出或低于某一水平）。控制回路报警 控制参数不相容(反比、超范围)、时序失效、阀失灵、传感器故障、内回路漏气等。输出参数报警 压力、容量、时间( f，Ti 、Te，窒息报警)、吸入气体(温度、氧浓度)呼出气体(CO2浓度)。,输入能源报警,掉电，用墙上的标准配电插座，不要用插板；气源故障（无输出或低于某一水平）： 尽量采用中心供双气； 用压缩机时，要特别注意气水分离器里的水和滤网的清洗。,控制回路报警,控制参数不相容 ( 反比、超范围)、时序失效、阀失灵、传感器故障、内回路漏气等故障停机。备用机器。,输出参数报警,压力、容量、时间( f，Ti 、Te，窒息报警)、吸入气体(温度、氧浓度)呼出气体(CO2浓度)。漏气、传压管和Y头脱落、呼气传感器进水、气道阻力或肺顺应性变差、痰。,
