呼吸机的基本原理和通气模式资料

机械(jīxiè)通气的发展历程口对口(duìkǒu)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(réngōnghūxī)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二页，共五十七页。

20世纪初，随着人工气道技术和喉镜直视气管(qìguǎn)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(qǐyuán)与发展第三页，共五十七页。呼吸机的起源(qǐyuán)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(tǐxiàn)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）。第四页，共五十七页。呼吸机的组成(zǔchénɡ)

可分为(fēnwéi)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)(2.5~5.5)kg/cm2

第五页，共五十七页。呼吸机各部分(bùfen)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(jiāwēn)、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第六页，共五十七页。空氧配比(pèibǐ)方式机械(jīxiè)配比电子配比第七页，共五十七页。有创正压通气(tōngqì)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(fèipào)通气量。第八页，共五十七页。主机工作(gōngzuò)原理①压缩(yāsuō)气源的处理：减压、过滤；②空气、氧气配比混合，稳压，送到吸气阀；③在吸气相按约定通气模式和参数向病人送气；④同时监控参数、满足条件,“切换”到呼气相；⑤打开或不完全打开呼气阀完成呼气过程；⑥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）。第九页，共五十七页。基本原理示意图第十页，共五十七页。通气(tōngqì)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(jiāwēn)、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。第十一页，共五十七页。呼吸机的分类(fēnlèi)

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(jíjiù)、麻醉、治疗、家用、高频振荡、喷射。第十二页，共五十七页。通气模式(móshì)的定义及特点——临床(línchuánɡ)常用的基本通气模式第十三页，共五十七页。机械通气(tōngqì)吸、呼切换状态分析两个“开始、转换或切换”两个“相或过程(guòchéng)内含保持”第十四页，共五十七页。正压通气(tōngqì)和生理性呼吸的区别与联系第十五页，共五十七页。主要(zhǔyào)物理量和参数时间量及参数气体流量及参数气道压力(yālì)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。第十六页，共五十七页。时间(shíjiān)参数及其符号(1)通气频率(f：0～120)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(shèdìnɡ)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第十七页，共五十七页。容量(róngliàng)和流量参数及其符号(1)分钟通气量(MV，L/min)=VT×f(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(fēnɡzhí)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）第十八页，共五十七页。吸气(xīqì)流量触发灵敏度第十九页，共五十七页。压力(yālì)参数及其符号(1)气道压力(AirwayPressure，Pair/Plung不一致)是一个动态物理(wùlǐ)参数，波形、光柱：

Ppeak,Pplateau,Pmean（cmH2O或kPa）(2)吸气压力水平(Pi-Level：0～10kPa)？(3)呼气末正压(PEEP：0.1kPa～3kPa)(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：(60~70)cmH2O，高压：＞120kPa第二十页，共五十七页。压力(yālì)参数及压力(yālì)触发灵敏度触发压力(yālì)

P=PEEP-PT呼吸做功

W=ΔS+SC第二十一页，共五十七页。气道阻力(zǔlì)和顺应性静态(jìngtài)气道阻力RL=(Ppeak–Pplateau)/flowcmH2O/L/s静态顺应性CL=VT/(Pplateau–PEEP)L/cmH2O第二十二页，共五十七页。常见通气(tōngqì)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(jiàngé)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。第二十三页，共五十七页。机械(jīxiè)通气的四个相（状态）第二十四页，共五十七页。第一相——呼气(hūqì)切换到吸气基于第一相定义和设计通气模式，根据吸气(xīqì)初始化条件或人机关系的不同，可分为：控制模式ControlModeVentilation,CMV/VCV/PCV

辅助控制模式(Assist-ControlMode,A/C)

同步间歇指令通气(SynchronizedIntermittentMandatoryVentilation,SIMV)第二十五页，共五十七页。第一(dìyī)相——呼气切换到吸气压力支持(PressureSupportVentilator,PSV)持续气道正压(ContinuousPositiveAirwayPressure,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(kànzuò)时间触发。

第二十六页，共五十七页。容量(róngliàng)控制VCVF—t和P—t曲线：VCV设定(shèdìnɡ)定容：VT/MV=？时间：f、Ti、TeTrise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?

第二十七页，共五十七页。压力(yālì)控制PCVF—t和P—t曲线(qūxiàn)：PCV设定定压：Pi-Level=？时间：f、Ti、Prise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?第二十八页，共五十七页。同步间歇(jiànxiē)指令通气SIMVF—t和P—t曲线(qūxiàn)：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=(0~f)?，f总=fsimv+f自主第二十九页，共五十七页。压力(yālì)支持PSVF—t和P—t曲线(qūxiàn)：半自主通气模式PSV设定压力：Pi-Level=？压力：Pmax=?PT/FT=?VAPSV?SIMV+PSV?第三十页，共五十七页。持续(chíxù)气道正压CPAPF—t和P—t曲线：自主(zìzhǔ)通气模式压力：PEEP、PT吸/FT吸=?或PT呼/FT呼=?第三十一页，共五十七页。第三相——吸气转换(zhuǎnhuàn)到呼气

基于第三相定义和设计通气(tōngqì)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(VolumeCycled)也叫定容通气或容量切换(容量开关)。第三十二页，共五十七页。第三相——吸气(xīqì)转换到呼气容量限制(VolumeLimited)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(TimeCycled,VolumeLimited)按一定流量为病人送气(sòngqì)，时间到，吸气停，潮气量大小取决于流量(定时开关流量)。第三十三页，共五十七页。第三相——吸气转换(zhuǎnhuàn)到呼气压力(yālì)周期(PressureCycled)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(TimeCycled,PressureLimited)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)。第三十四页，共五十七页。第三(dìsān)相——吸气转换到呼气时间限制压力周期(TimeLimited,PressureCycled)：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(tíngzhǐ)（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。第三十五页，共五十七页。第二(dìèr)相——吸气相方波(SquareWaveFlowPattern)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(AcceleratingFlowPattern)减速波(DeceleratingFlowPattern)

气流迅速上升到峰值，紧接着减速。正弦波(SineWaveFlowPattern)兼加速和减速波通气的特点。SIGN,潮气量加倍(jiābèi)（延长吸气时间）。第三十六页，共五十七页。第四相——呼气(hūqì)相

实现PositiveEndExpiratoryPressure,PEEP增加功能残气量(FunctionalResidualCapcity,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(diànzǐ)PEEP、机械PEEP或文丘里PEEP。第三十七页，共五十七页。通气(tōngqì)模式的发展演化第三十八页，共五十七页。通气模式(móshì)的数学表达

假设病人吸气做功W吸，自己(zìjǐ)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)第三十九页，共五十七页。通气(tōngqì)模式的转化

第四十页，共五十七页。呼吸机的质量(zhìliàng)保障——一个需要思考(sīkǎo)和关注的问题第四十一页，共五十七页。

呼吸机临床(línchuánɡ)风险根据“ISO14971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(shǐyòng)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。

第四十二页，共五十七页。需要(xūyào)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(jiǎndìng)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。第四十三页，共五十七页。呼吸机使用(shǐyòng)前的例行检查(OVP)

消除一部分潜在风险？①电源气源检查：风险较多、断气断电？②气密性检查：内、外气路和插管漏气？③压力上限：不准或失灵，机械的？④呼气分钟通气量上、下限:漏气/自主？⑤窒息(zhìxī)报警：脱管、病人没有呼吸响应？⑥触发灵敏度：不准或误触发？第四十四页，共五十七页。呼吸机使用(shǐyòng)前的例行检查⑦吸气压力水平：平稳、准确？⑧吸入氧浓度：准确度高于5%，阀、混合器故障、氧电池监测？⑨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（32～37）℃，然后等待或用于病人，急救(jíjiù)时可以只进行第①、②步检查。第四十五页，共五十七页。呼吸机系统故障分布(fēnbù)1999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%第四十六页，共五十七页。加热(jiārè)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(qìtǐ)加温加湿36℃湿化罐内放置一个(yīɡè)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-型头第四十七页，共五十七页。加温(jiāwēn)、加湿要求到达(dàodá)病人口边的气体温度：

31℃≤T≤37℃,连续可调吸入气体的绝对湿度：

HA≥30mg.L-1第四十八页，共五十七页。加热(jiārè)湿化器的性能测试ISO8185建议插管病人最小吸气湿度(shīdù)水平：≥30mg/L0102030405060708090流量(liúliàng)(L.min-1)口边温度38℃36℃34℃31℃(mg.L-1)40353025

绝对湿度图-2气体流量与温度、湿度性能曲线第四十九页，共五十七页。湿化器常见(chánɡjiàn)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头的吸气端，不要接在吸呼公共(gōnggòng)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；第五十页，共五十七页。湿化器常见(chánɡjiàn)使用问题当出现故障报警时，只需更换下