呼吸机的基本原理和通气模式实用教案

1、机械(jxi)通气的发展历程口对口(duku)人工呼吸1800年前，金匮要略、华佗医方中有类似(li s)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第1页/共56页第一页，共57页。 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(n s)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(qyun)与发展第2页/共56页第二页，共57页。呼吸机的起源呼吸机的起源(qyun)与发展与发展 回顾正压机械通气60多年的发展历史，我们(w men)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）。第3页/共56页第三页，共57页。呼吸机的组成呼吸机的组

3、成(z chn) 可分为两大部分或三部分：主机(气路单元(dnyun)+监控单元(dnyun)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) (2.55.5)kg/cm2 第4页/共56页第四页，共57页。呼吸机各部分主要呼吸机各部分主要(zhyo)功能功能 主主 机机气源处理、吸呼控制、监测报警气源处理、吸呼控制、监测报警 混合器混合器外置或内置机械式，比例阀混合。外置或内置机械式，比例阀混合。 湿化器湿化器病人吸入气体的加温、加湿病人吸入气体的加温、加湿 病人管路病人管路5-65-6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。根螺纹管

4、、接湿化器或雾化吸入器，病人吸入和呼出气体的传输。 气气 源源以适当方式提供压缩空气和氧气）以适当方式提供压缩空气和氧气） 其其 它它主机主机(zhj)(zhj)和病人管路的固定或支撑装置和病人管路的固定或支撑装置第5页/共56页第五页，共57页。空氧配比(pi b)方式机械( jxi)配比 电子配比第6页/共56页第六页，共57页。有创正压通气有创正压通气(tng q)的人机系统工程的人机系统工程输入主机(zhj)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。第7页/共56页第七页，共57页。主机工作主机工作(gngzu)原理原理压缩气源的处

5、理：减压、过滤；空气、氧气(yngq)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）。第8页/共56页第八页，共57页。基本原理示意图第9页/共56页第九页，共57页。通气控制(kngzh)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(bngrn)； 呼气回路PID控制（实现PEEP等），呼出气体排到大气中

6、。第10页/共56页第十页，共57页。呼吸机的分类(fn li) 目前没有(mi yu)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、治疗、家用、高频振荡、喷射。第11页/共56页第十一页，共57页。通气模式通气模式(msh)的定义及特点的定义及特点临床(ln chun)常用的基本通气模式第12页/共56页第十二页，共57页。机械通气吸、呼切换机械通气吸、呼切换(qi hun)状态分析状态分析n两个(lin ) “开始、转换或切换”n两个(lin

7、) “相或过程内含保持”第13页/共56页第十三页，共57页。正压通气和生理性呼吸的区别(qbi)与联系第14页/共56页第十四页，共57页。主要主要(zhyo)物理量和参数物理量和参数时间量及参数气体(qt)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。第15页/共56页第十五页，共57页。时间(shjin)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(h q)时间 Te(s) (5)屏气时间 TP(s) 是吸气时间的一部份，

8、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第16页/共56页第十六页，共57页。容量(rngling)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(x q)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(x q)波形 (4)叹气/深吸气(x q) 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）第17页

9、/共56页第十七页，共57页。吸气流量(liling)触发灵敏度第18页/共56页第十八页，共57页。压力参数(cnsh)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： Ppeak , Pplateau, Pmean（cmH2O或kPa） (2)吸气(x q)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第19页/共5

10、6页第十九页，共57页。压力参数压力参数(cnsh)及压力触发灵敏度及压力触发灵敏度n触发压力(yl) P = PEEP- PTn呼吸做功 W = S + SC第20页/共56页第二十页，共57页。气道阻力气道阻力(zl)和顺应性和顺应性 静态( jngti)气道阻力 RL=(Ppeak Pplateau)/flow cmH2O/L/s 静态( jngti)顺应性 CL=VT/ (Pplateau PEEP) L/cmH2O第21页/共56页第二十一页，共57页。常见通气模式解析常见通气模式解析(ji x)（处方）（处方） 用呼吸机的目的就是以一种(y zhn)适宜的方式对病人的肺进行有效通气

11、，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。第22页/共56页第二十二页，共57页。机械通气(tng q)的四个相（状态）第23页/共56页第二十三页，共57页。第一第一(dy)相相呼气切换到吸气呼气切换到吸气基于第一相定义和设计(shj)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

12、助控制模式(Assist-Control Mode, A/C) 同步间歇指令通气(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation , SIMV)第24页/共56页第二十四页，共57页。第一相第一相呼气呼气(h q)切换到吸气切换到吸气压力支持压力支持(Pressure Support Ventilator, PSV)(Pressure Support Ventilator, PSV)持续气道正压持续气道正压(Continuous Positive Airway Pressure, CPAP) (Continuous Positive Airway

13、 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，控制触发，控制(kngzh)(kngzh)通气可以看作时间触发。通气可以看作时间触发。 第25页/共56页第二十五页，共57页。容量容量(rngling)控制控制VCV Ft和 Pt曲线： VCV设定 定容：VT/MV=？ 时间(shjin)：f 、Ti 、Te Trise、Tp、I:E=? 压力：Pmax =? PT /FT =? 第26页/共56页第二十六页，共57页。压力压力(yl)控制控制PCV Ft

14、和 Pt曲线： PCV设定 定压：Pi-Level=？ 时间(shjin)：f 、Ti 、 Prise、 Tp 、I:E=? 压力：Pmax =? PT /FT =?第27页/共56页第二十七页，共57页。同步同步(tngb)(tngb)间歇指令通气间歇指令通气 SIMV SIMV Ft和 Pt曲线： VCV/PCV间歇+自主(zzh) 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(zzh) 第28页/共56页第二十八页，共57页。压力压力(y

15、l)支持支持PSV Ft和 Pt曲线： 半自主(zzh)通气模式 PSV设定 压力：Pi-Level=？ 压力：Pmax=? PT /FT =? VAPSV ? SIMV+PSV ?第29页/共56页第二十九页，共57页。持续持续(chx)气道正压气道正压CPAP Ft和 Pt曲线： 自主通气(tng q)模式 压力：PEEP、PT吸 /FT吸 =? 或 PT呼 /FT呼 =?第30页/共56页第三十页，共57页。第三第三(d sn)相相吸气转换到呼气吸气转换到呼气 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(zhc)关系，其主和次关系用两个形容词周期的(cy

16、cled)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31页/共56页第三十一页，共57页。第三相第三相吸气转换吸气转换(zhunhun)到呼气到呼气 容量限制容量限制 (Volume Limited) (Volume Limited)在设定在设定(sh dn)(sh dn)的时间内达到设定的时间内达到设定(sh (sh dn)dn)的潮气量，吸气停止的潮气量，吸气停止( (相当于相当于VCV)VCV)。 时间周期容量限制时间周期容量限制(Time Cycled, Volume Limited) (Time Cycled

17、, Volume Limited) 按一定流量为病人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送气，时间到，吸气停，潮气量大小取决于流量( (定时开关流量定时开关流量) )。第32页/共56页第三十二页，共57页。第三相第三相吸气转换吸气转换(zhunhun)到呼气到呼气 压力周期压力周期(zhuq)(Pressure Cycled) (zhuq)(Pressure Cycled) 也叫压力切换，当达到设定的气道压也叫压力切换，当达到设定的气道压力水平力水平(Insp. Press. Level)(Insp. Press. Level)时，吸气停止时，吸气停止( (压力开关，漏

18、气时无法切换压力开关，漏气时无法切换) )。 时间周期时间周期(zhuq)(zhuq)压力限制压力限制(Time Cycled, Pressure Limited) (Time Cycled, Pressure Limited) 按能维持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，吸气停止气停止( (相当于相当于PCV)PCV)。第33页/共56页第三十三页，共57页。第三第三(d sn)相相吸气转换到呼气吸气转换到呼气 时间限制压力周期时间限制压力周期(zhuq)(Time Limited, P

19、ressure Cycled) (zhuq)(Time Limited, Pressure Cycled) ：按设定的吸：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）。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。叫容量切换、流量切换、压力切换或时间切换。第34页/共56页第三十四页，共57页。第二第二(d r)

20、相相吸气相吸气相 方方 波波(Square Wave Flow Pattern)(Square Wave Flow Pattern) 可快速建立起通气和在有效的时间内可快速建立起通气和在有效的时间内维持恒定的气流。维持恒定的气流。 加速波加速波(Accelerating Flow Pattern)(Accelerating Flow Pattern) 减速波减速波(Decelerating Flow Pattern) (Decelerating Flow Pattern) 气流迅速上升气流迅速上升(shngshng)(shngshng)到峰值，到峰值，紧接着减速。紧接着减速。 正弦波正弦波(S

21、ine Wave Flow Pattern)(Sine Wave Flow Pattern) 兼加速和减速波通气的特点。兼加速和减速波通气的特点。 SIGN,SIGN,潮气量加倍（延长吸气时间）。潮气量加倍（延长吸气时间）。 第35页/共56页第三十五页，共57页。第四相第四相呼气呼气(h q)相相 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(qt)交换，但使用PEEP要慎重，不能随意增减。电子PEEP、机械P

22、EEP或文丘里PEEP 。第36页/共56页第三十六页，共57页。通气(tng q)模式的发展演化第37页/共56页第三十七页，共57页。通气模式(msh)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(jin xi)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=1

23、00%时，为自主模式(Spontaneous，CPAP)第38页/共56页第三十八页，共57页。通气(tng q)模式的转化 第39页/共56页第三十九页，共57页。呼吸机的质量呼吸机的质量(zhling)保障保障一个需要思考和关注(gunzh)的问题第40页/共56页第四十页，共57页。 呼吸机临床(ln chun)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(cnsh)可靠与否对病人生死悠关； 性能好、使用好、护理好，对

24、病人生命起支持作用；反之，则影响疗效甚至成为杀手。 第41页/共56页第四十一页，共57页。需要全程需要全程(qunchng)质量保障质量保障 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(cling)标准，进行量值传递或校准，在法律上得到认可，每年一次。第42页/共56页第四十二页，共57页。呼吸机使用呼吸机使用(shyng)前的前的例行检查例行检查(OVP) 消除一部分潜在风险？电源气源检查

25、：风险较多、断气断电(dun din)？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？第43页/共56页第四十三页，共57页。呼吸机使用呼吸机使用(shyng)前的例行检查前的例行检查 吸气压力水平：平稳、准确？ 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(jxi)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。第44页/共56页第四十四页，共57页。 呼

26、吸机系统故障分布呼吸机系统故障分布(fnb)1999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%第45页/共56页第四十五页，共57页。加热加热(ji r)湿化器工作原理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(qt)加温加湿36 湿化罐内放置一个卷曲(jun q)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-型头第46页/共56页第四十六页，共57页。加温加温(ji wn)、加湿要求、加湿要求到

27、达病人口(rnku)边的气体温度： 31T37,连续可调吸入气体的绝对湿度： HA 30mg.L-1第47页/共56页第四十七页，共57页。加热加热(ji r)湿化器的性能测试湿化器的性能测试ISO 8185建议插管病人最小吸气湿度(shd)水平：30mg/L0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 流量(liling)(L.min-1) 口边温度38363431(mg.L-1)40 35 30 25 绝对湿度图-2 气体流量与温度、湿度性能曲线第48页/共56页第四十八页，共57页。湿化器常见使用湿化器常见使用(shyng)问题问题 湿化罐要接在吸气回路上(l shng)，进气和出气口不能接反； 注意观察罐内液面高度，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； 第49页/共56页第四十九页，共57页。湿化器常见使用湿化器常见使用(shyng)问题问题 当出现故障报警时，只需更换下面(xi mian)的控制部分进行维修，罐不用换； 如使用管道内加