呼吸机的基本原理和通气模式课件

1、呼吸机的基本原理与通气模式的发展呼吸机的基本原理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 20世纪初，随着人工气道技术和喉镜直视气

2、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 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）。呼吸机的起源与发展回顾正压机械通气60多年的发展历史，我们认呼

3、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) (2.55.5)kg/cm2 呼吸机的组成 可分为两大部分或三部分：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呼吸机各部分主要功能主 机气源处理、吸呼控制、监测报警空氧配比方式机械配比 电子配比空氧配比方式机械配比 有创正压通

4、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。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）。主机工作原理压缩气源的处理：减压、过滤；基本原理示意图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

5、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。通气控制流程空气、氧气配比混合(干燥的气体)；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、治疗、家用、高频振荡、喷射。呼吸机的分类 目前没有统一分类标准，可按习惯分为：通气模式的定义及特点临床常用的基本通气模式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

6、始、转换或切换”两个 “相或过程内含保持”机械通气吸、呼切换状态分析两个 “开始、转换或切换”正压通气和生理性呼吸的区别与联系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。主要物理量和参数时间量及参数时间参数及其符号(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 适当增加或减少。

7、周期：T=Ti+Te，f=60s/(Ti+Te)bpm时间参数及其符号(1)通气频率 ( f：0120) 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）容量和流量参数及其符号(1)分钟通气量 (MV，L/min 吸气流量触发灵敏度吸气流量触发灵敏度压力参数及其符

8、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压力参数及其符号(1)气道压力(Airway Pressur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压力参数及压

9、力触发灵敏度触发压力 P = PEEP- PT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气道阻力和顺应性静态气道阻力常见通气模式解析（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。常见通气模式解析

10、（处方）用呼吸机的目的就是以一种适宜的方式对机械通气的四个相（状态）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, 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基于第一相定义和设计通气模式，根据吸第一相呼气切换到吸气压力支持(Pressure Support Ventilat

11、or, 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。 第一相呼气切换到吸气压力支持(Pressure Supp容量控制VCVFt和 Pt曲线：VCV设定 定容：VT/MV=？时间：f 、Ti 、Te Trise、Tp、I:E=?压力：Pmax =? PT /FT =? 容量控制VCVFt和 Pt曲线：压力控制PCVFt和 Pt曲线：PCV设定 定压：Pi-Level=？时间：f 、Ti 、 Prise、 Tp 、I:E=?压力

12、：Pmax =? PT /FT =?压力控制PCVFt和 Pt曲线：同步间歇指令通气 SIMVFt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 同步间歇指令通气 SIMVFt和 Pt曲线：压力支持PSVFt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 ?压力支持PSVFt和 Pt曲线：持续气道正压CPAPFt和 Pt曲线

13、：自主通气模式压力：PEEP、PT吸 /FT吸 =? 或 PT呼 /FT呼 =?持续气道正压CPAPFt和 Pt曲线：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 基于第三相定义和设计通气模式依据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,

14、 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容量限制 (Volume Limit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压力周期(Pressure Cycl第三相吸气转换

15、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。第三相吸气转换到呼气时间限制压力周期(Time Limi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)

16、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）。 第二相吸气相方 波(Square Wave Flow 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 。第四相呼气相 实现Positive End Expi通气模式的

17、发展演化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+ 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)通气模式的数学表达 假设病人吸气做功W吸，自己吸到的容量通气模式的转化 通气模式的

18、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。 呼吸机临床风险根据“ISO 14971医用装置风险管理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

19、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。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（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(OVP) 消除一部分潜在风险？呼吸机使用前的例行检查吸气压力水平：平稳、准确？吸入氧浓度：

20、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。呼吸机使用前的例行检查吸气压力水平：平稳、准确？ 呼吸机系统故障分布2019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% 呼吸机系统故障分布2019年呼吸机主机混合器湿化器压缩机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

21、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-型头加热湿化器工作原理出气口进气口接在吸气回路36 湿化罐内放加温、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加温、加湿要求到达病人口边的气体温度：加热湿化器的性能测试ISO 8185建议插管病人最小吸气湿度水平：30mg/L0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 流量(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、湿度性能曲线加热湿化器的性能测试ISO 81850 10 20 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