呼吸机的基本原理与通气模式课件

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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

2、外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(

3、Air、O2) (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

4、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,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

5、创或无创正压通气呼吸机； 按机器的功能 急救、麻醉、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

6、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 Pre

7、ssure，Pair/Plung不一致) 是一个动态物理参数，波形、光柱： 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

8、/s 静态顺应性 CL=VT/ (Pplateau PEEP) L/cmH2O,常见通气模式解析（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 Ventila

9、tion, CMV/VCV/PCV 辅助控制模式(Assist-Control Mode, 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/

10、MV=？ 时间：f 、Ti 、Te Trise、Tp、I:E=? 压力：Pmax =? PT /FT =?,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

11、模式 PSV设定 压力：Pi-Level=？ 压力：Pmax=? PT /FT =? VAPSV ? SIMV+PSV ?,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

12、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

13、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）。 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 Fl

14、ow 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 Expiratory 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=

15、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+ CPAP /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

16、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,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