呼吸机的基本原理与通气模式

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/3/13,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/3/13,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,呼吸机的基本原理与通气模式,机械通气的开展历程,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,2,20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开展。,1940年，第一台间歇正压通气IPPV麻醉呼吸机被创造，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根本构造的间歇正压呼吸机PR-1A气动气控压力限制型。,呼吸机的起源与开展,3,呼吸机的起源与开展,回忆正压机械通气60多年的开展历史，我们认为它较好地表达了临床医学与电子技术、机械工程相互穿插和渗透，彼此促进和提高的一个开展过程，是 “医学科学与工程技术完美结合的典范BME。,4,呼吸机的组成,可分为两大局部或三局部：,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),5.5)kg/cm2,5,呼吸机各局部主要功能,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,6,空氧配比方式,机械配比 电子配比,7,有创正压通气的人机系统工程,输入主机的气体为高压，要求枯燥、干净；输出给病人的混合气体为低压，要求温暖、湿润并到达有效的肺泡通气量。,8,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；,翻开或不完全翻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,一个吸气相的开场。,9,根本原理示意图,10,通气控制流程,空气、氧气配比混合(枯燥的气体)；,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。,11,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。,12,通气模式的定义及特点,临床常用的根本通气模式,13,机械通气吸、呼切换状态分析,两个 “开场、转换或切换,两个 “相或过程内含保持,14,正压通气和生理性呼吸的区别与联系,15,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。,16,时间参数及其符号,(1),通气频率,( f,：,0,120) bpm,(2),吸呼比,(I:E = T,i,: T,e,),(3),吸气时间,T,i,(s),、,T,rise,(s),(4),呼气时间,T,e,(s),(5),屏气时间,T,P,(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。,周期：,T=T,i,+T,e,，,f=60s/(T,i,+T,e,)bpm,17,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=,(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：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,18,吸气流量触发灵敏度,19,压力参数及其符号,(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, PmeancmH2O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,20,压力参数及压力触发灵敏度,触发压力,P = PEEP- P,T,呼吸做功,W =,S + S,C,21,气道阻力和顺应性,静态气道阻力,R,L,=(P,peak, P,plateau,)/flow cmH,2,O/L/s,静态顺应性,C,L,=V,T,/ (P,plateau,PEEP) L/cmH,2,O,22,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展有效通气，既保障病人生命需要，又要尽可能地减少并发症，而且还要平安、舒适。,重复进展机械通气的时间间隔叫机械通气周期,T。,一次吸气开场到下一次吸气开场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。,23,机械通气的四个相状态,24,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,),25,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。,26,容量控制,VCV,Ft,和,Pt,曲线：,VCV,设定,定容：,V,T,/,MV=,？,时间：,f,、,T,i,、,T,e,T,rise,、,T,p,、,I:E=?,压力：,P,max,=?,P,T,/F,T,=?,27,压力控制,PCV,Ft,和,Pt,曲线：,PCV,设定,定压：,P,i,-,Level,=,？,时间：,f,、,T,i,、,P,rise,、,T,p,、,I:E=?,压力：,P,max,=?,P,T,/F,T,=?,28,同步间歇指令通气,SIMV,Ft,和,Pt,曲线：,VCV/PCV,间歇,+,自主,V,T,/,MV=,？,P,i,-,Level,=,？,时间：,f /RR,、,T,i,、,T,rise,、,T,p,、,I:E=?,压力：,P,max,=?,P,T,/F,T,=?,f,simv,=(0f)?,，,f,总,= f,simv,+ f,自主,29,压力支持,PSV,Ft,和,Pt,曲线：,半自主通气模式,PSV,设定,压力：,P,i,-,Level,=,？,压力：,P,max,=?,P,T,/F,T,=?,VAPSV ?,SIMV+PSV ?,30,持续气道正压,CPAP,Ft,和,Pt,曲线：,自主通气模式,压力：,PEEP,、,P,T,吸,/F,T,吸,=?,或,P,T,呼,/F,T,呼,=?,31,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,),。,32,第三相,吸气转换到呼气,容量限制 (Volume Limited)在设定的时间内到达设定的潮气量，吸气停顿(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)。,33,第三相,吸气转换到呼气,压力周期(Pressure Cycled) 也叫压力切换，当到达设定的气道压力水平(Insp. Press. Level)时，吸气停顿(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，当到达设定的吸气时间时，吸气停顿(相当于PCV)。,34,第三相,吸气转换到呼气,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，当到达设定的吸气压力水平时，吸气停顿漏气的时候，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。,35,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 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。,36,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,。,37,通气模式的开展演化,38,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 /SIMV,VC,+PSV/ SIMV,PC,+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),39,通气模式的转化,40,呼吸机的质量保障,一个需要思考和关注的问题,41,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展风险分析：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，那么影响疗效甚至成为杀手。,42,需要全程质量保障,以临床培训为根底的人员保障：培训医、护人员考核合格、持证上岗；,以使用前例行检查为根底的制度保障：建立制度，根本质量确认；,以性能测试为根底的质量保障：(1-2)月测一次，临床技师或工程师；,以计量检定校准为根底的法律保障，由国家授权建立测量标准，进展量值传递或校准，在法律上得到认可，每年一次。,43,呼吸机使用前的例行检查,(,OVP,),消除一局部潜在风险？,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？,44,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：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，急救时可以只进展第、步检查。,45,呼吸机系统故障分布,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%,46,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,47,加温、加湿要求,到达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：,H,A,-1,48,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；,49,湿化器常见使用问题,当出现故障报警时，只需更换下面的控制局部进展维修，罐不用换；,如使用管道内加热要慎重，其温度不要设置的太高，以免相对湿度降低太多；,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。,50,呼吸机的报警,输入能源报警,停电、气源故障无输出或低于某一水平。,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。,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)。,51,输入能源报警,掉电，用墙上的标准配电插座，不要用插板；,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，要特别注意气水别离器里的水和滤网的清洗。,52,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、内回路漏气等故障停机。,备用机器。,53,输出参数报警,压力、容量、时间,( f,，,T,i,、,T,e,，,窒息报警,),、吸入气体,(,温度、氧浓度,),呼出气体,(CO,2,浓度,),。,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。,54,谢谢！,