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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科领域得以迅速发展。1940年，第一
2、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n n回顾正压机械通气回顾正压机械通气6060多年的发展历史，我们认为它多年的发展历史，我们认为它较好地体现了较好地体现了临床医学临床医学与与电子技术电子技术、机械工程机械工程相互相互交叉和渗透，彼此促进和提高的一个发展过程，是交叉和渗透，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医学科学与工程技术完美结合”的典范（的典范（BMEBME）。）。呼吸机的组成
3、 可分为两大部分或三部分：n n主机主机(气路单元+监控单元)n n湿化器湿化器(温控+湿化灌)n n空、氧气源提供装置空、氧气源提供装置 床边压缩机+O2气源 中心气源(Air、O2)(2.55.5)kg/cm2 呼吸机各部分主要功能n n主主 机机气源处理、吸呼控制、监测报警n n混合器混合器外置或内置机械式，比例阀混合。n n湿化器湿化器病人吸入气体的加温、加湿n n病人管路病人管路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。n n气气 源源以适当方式提供压缩空气和氧气）n n其其 它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
4、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n n空气、氧气配比混合(干燥的气体)；n n细菌过滤（减少感染）；n n降至低压、稳定压力、缓存一定量气体；n n吸气回路PID控制（实现各种通气模式）；n n经湿化器加温、加湿（雾化）到病人；n n呼气回路
5、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：目前没有统一分类标准，可按习惯分为：n n按使用对象按使用对象按使用对象按使用对象 成人型成人型、婴幼儿型、通用型多功能呼吸机；婴幼儿型、通用型多功能呼吸机；n n按工作原理按工作原理按工作原理按工作原理 气控气动、电控气动气控气动、电控气动、电控电动呼吸机；电控电动呼吸机；n n按人机接口方式按人机接口方式按人机接口方式按人机接口方式 有创或无创正压通气呼吸机；有创或无创正压通气呼吸机；n n按机器的功能按机器的功能按机器的功能按机器的功能 急救、麻醉、治疗、家用、高频振荡、喷射。急救、麻醉、
6、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n n两个“开始、转换或切换”n n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n n时间量及参数n n气体流量及参数n n气道压力及参数n n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n n(1)(1)通气频率通气频率 (f f：0 012120 0)bpmbpmn n(2)(2)吸呼比吸呼比 (I:EI:E=T Ti i:T Te e )n n(3)(3)吸气时间吸气时间 T Ti i (s s)、T Triserise (s
7、s)n n(4)(4)呼气时间呼气时间 T Te e(s s)n n(5)(5)屏气时间屏气时间 T TP P(s s)是吸气时间的一部份，是吸气时间的一部份，通常设定为通常设定为T T的的10%10%，临床根据病情和呼吸习惯，临床根据病情和呼吸习惯 适当增加或减少。适当增加或减少。周期：周期：T=TT=Ti i+T+Te e，f=60s/(Tf=60s/(Ti i+T+Te e)bpmbpm容量和流量参数及其符号n n(1)分钟通气量(MV，L/min)=VTfn n(2)潮气量(TV/VT，ml)=VTI=VTE=F.dtn n(3)吸气流量(F，l/s)，是一个动态参数，峰值流速Fpea
8、k：影响吸呼比和吸气波形n n(4)叹气/深吸气 Sign：1.5或2倍的VT/100次n n(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n n(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：Ppeak,Pplateau,Pmean（cmH2O或kPa）n n(2)吸气压力水平(Pi-Level：010kPa)？n n(3)呼气末正压(PEEP：0.1 kPa3kPa)n n(4)吸、呼压力触发灵敏度(PT:-2kPa+2kPa)n n(5)呼吸机的工作压力、气
9、源压力。低压：(6070)cmH2O，高压：120kPa压力参数及压力触发灵敏度n n触发压力触发压力 P=PEEP-PTn n呼吸做功呼吸做功 W=S+SC气道阻力和顺应性n n静态气道阻力 RL=(Ppeak Pplateau)/flow cmH2O/L/s n n静态顺应性 CL=VT/(Pplateau PEEP)L/cmH2O常见通气模式解析（处方）n n用用呼呼吸吸机机的的目目的的就就是是以以一一种种适适宜宜的的方方式式对对病病人人的的肺肺进进行行有有效效通通气气，既既保保障障病病人人生生命命需需要要，又又要要尽尽可可能能地减少并发症，而且还要安全、舒适。地减少并发症，而且还要安全
10、、舒适。n n重复进行机械通气的时间间隔叫重复进行机械通气的时间间隔叫机械通气周期机械通气周期,T T。n n一一次次吸吸气气开开始始到到下下一一次次吸吸气气开开始始的的时时间间间间隔隔为为一一个个机械通气周期。机械通气周期。n n一一个个机机械械通通气气周周期期又又可可分分解解为为四四个个状状态态或或四四个个相相，即：即：呼切换到吸呼切换到吸、吸气相吸气相、吸切换到呼吸切换到呼和和呼气相呼气相。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：n n控制模式控制模式Control Mode Ventilation,Contr
11、ol Mode Ventilation,CMV/VCV/PCVCMV/VCV/PCV 辅助控制模式辅助控制模式(Assist-Control Mode,A/C)n n同步间歇指令通气同步间歇指令通气(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation,SIMV)第一相呼气切换到吸气n n压力支持压力支持(Pressure Support Ventilator,PSV)n n持续气道正压持续气道正压(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
12、力触发，控制通气可以看作时间触发。容量控制VCVn nFt和 Pt曲线：n nVCV设定 定容：VT/MV=？n n时间：f、Ti、Te Trise、Tp、I:E=?n n压力：Pmax=?PT/FT=?压力控制PCVn nFt和 Pt曲线：n nPCV设定 定压：Pi-Level=？n n时间：f、Ti、Prise、Tp、I:E=?n n压力：Pmax=?PT/FT=?同步间歇指令通气同步间歇指令通气 SIMVn nFt和 Pt曲线：n nVCV/PCV间歇+自主 VT/MV=？Pi-Level=？n n时间：f/RR、Ti、Trise、Tp、I:E=?n n压力：Pmax=?PT/FT=?
13、n nfsimv=(0f)?，f总=fsimv+f自主 压力支持PSVn nFt和 Pt曲线：n n半自主通气模式n nPSV设定 压力：Pi-Level=？压力：Pmax=?PT/FT=?n nVAPSV?n nSIMV+PSV?持续气道正压CPAPn nFt和 Pt曲线：n n自主通气模式n n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。n n容量周期容量周期 (Volume Cycled)也叫定
14、容通气定容通气或容量切换容量切换(容量开关)。第三相吸气转换到呼气n n容容量量限限制制 (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)。n n时间周期容量限制时间周期容量限制(Time Cycled,Volume Limited)按一定流量为病人送气，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n n压力周期压力周期(Pressure Cycled)也叫压力切压力切换换，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)。n n时间周期压力限制时间周期压力限制(Time
15、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n n时时 间间 限限 制制 压压 力力 周周 期期(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时，吸气停止（漏气的时候，为时间切换）。n n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n n方方方方 波波波波(Square Wave Flow Pattern)(Squa
16、re Wave Flow Pattern)可可快快速速建建立立起起通通气气和和在在有有效效的的时时间间内内维持恒定的气流。维持恒定的气流。n n加速波加速波(Accelerating Flow Pattern)(Accelerating Flow Pattern)n n减速波减速波(Decelerating Flow Pattern)(Decelerating Flow Pattern)气流迅速上升到峰值，紧接着减速。气流迅速上升到峰值，紧接着减速。n n正弦波正弦波(Sine Wave Flow Pattern)(Sine Wave Flow Pattern)兼加速和减速波通气的特点。兼加速
17、和减速波通气的特点。n nSIGNSIGN,潮气量加倍（延长吸气时间）。潮气量加倍（延长吸气时间）。第四相呼气相 实现Positive End Expiratory Pressure,PEEPn n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。n n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 假设病人吸气做功假设病人吸气做功W W吸吸，自己吸到的容量自己吸到的容量V V吸吸那么：那么：n n控制控制n nW W吸吸=
18、0=0时，时，为为控制模式控制模式(CMVCMV/IPPVIPPV/VCVVCV/PCV)/PCV)W W吸吸0 0 但但 V V吸吸=0=0，辅助控制模式辅助控制模式(A/C A/C、病人触发的病人触发的)n n辅助辅助n n100%W100%W吸吸00，100%V100%V吸吸00时，时，为为辅助模式辅助模式(Assist-Mode)(Assist-Mode)同步间歇控制同步间歇控制：SIMV+CPAP/SIMV+CPAP/SIMVSIMVVCVC+PSV+PSV/SIMV/SIMVPCPC+PSV+PSV 吸气支持吸气支持：PSV/PSV/VAPSVVAPSV 和和 VSV/VSV/MM
19、VMMV/EMMV/EMMVn n自主自主n nW W吸吸=100%=100%，V V吸吸=100%=100%时，为时，为自主模式自主模式(Spontaneous(Spontaneous，CPAP)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 呼吸机临床风险呼吸机临床风险n n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；n n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；n n性能好、使用好、护理好，对病人生命起支持作用；反之，则影
20、响疗效甚至成为杀手。需要全程质量保障n n以以临临床床培培训训为为基基础础的的人人员员保保障障：培培训训医医、护护人人员（考核合格、持证上岗）；员（考核合格、持证上岗）；n n以以使使用用前前例例行行检检查查为为基基础础的的制制度度保保障障：建建立立制制度，基本质量确认；度，基本质量确认；n n以以性性能能测测试试为为基基础础的的质质量量保保障障：(1-2)(1-2)月月测测一一次，临床技师或工程师；次，临床技师或工程师；n n以以计计量量检检定定校校准准为为基基础础的的法法律律保保障障，由由国国家家授授权权建建立立测测量量标标准准，进进行行量量值值传传递递或或校校准准，在在法律上得到认可，每
21、年一次。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？n n电源气源检查：风险较多、断气断电？n n气密性检查：内、外气路和插管漏气？n n压力上限：不准或失灵，机械的？n n呼气分钟通气量上、下限:漏气/自主？n n窒息报警：脱管、病人没有呼吸响应？n n触发灵敏度：不准或误触发？呼吸机使用前的例行检查n n吸气压力水平：平稳、准确？n n吸入氧浓度：准确度高于5%，阀、混合器故障、氧电池监测？n n吸、呼流量：准确度优于5%、线性好？n n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。
22、呼吸机系统故障分布呼吸机系统故障分布19991999年年年年呼吸机主机混合器湿化器压缩机27%12%36%25%使用问题预修保养故障修复更换新品故障修复使用维护故障修复使用维护故障修复6%11%10%2%10%25%11%9%16%加热湿化器工作原理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36 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 气管插管病人远端Y-型头加温、加湿要求加温、加湿要求n n到达病人口边的气体温度：31T37,连续可调n n吸入气体的绝对湿度：HA 30mg.L-1湿化器常见使用问题湿化器常见使用问
23、题n n湿化罐要接在吸气回路上，进气和出湿化罐要接在吸气回路上，进气和出气口不能接反；气口不能接反；n n注意观察罐内液面高度，要加注蒸馏注意观察罐内液面高度，要加注蒸馏水，不能加注生理盐水；水，不能加注生理盐水；n n温度传感器接到温度传感器接到 Y Y 头的吸气端，不要头的吸气端，不要接在吸呼公共端；接在吸呼公共端；n n每个病人或每周更换一次湿化滤纸，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，会出现低如长期不换或忘记装滤纸，会出现低温报警；温报警；湿化器常见使用问题湿化器常见使用问题n n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；n n如使用管道内加热要慎
24、重，其温度不要设置的太高，以免相对湿度降低太多；n n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n n输入能源报警 停电、气源故障（无输出或低于某一水平）。n n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。n n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n n掉电，用墙上的标准配电插座，不要用插板；n n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n n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。n n备用机器。输出参数报警n n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)。n n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。