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1、呼吸機的基本原理與通氣模式第一頁，共51頁。機械通氣的發(fā)展歷程口對口人工呼吸1800年前，金匱要略、華佗醫(yī)方中有類似體外按壓人工呼吸的記載1300年前，圣經(jīng)上有“口對口”描述 無創(chuàng)正壓機械通氣有創(chuàng)1792年，首次在人身上實施氣管切開、插管及風箱式正壓通氣技術(shù)。負壓機械通氣無創(chuàng)1928年，“鐵肺”箱式負壓治療機。人力作動力 電力機械作為動力正壓機械通氣1950讓位于技術(shù)上得到很大改進的有創(chuàng)無創(chuàng)呼吸機多功能呼吸機1981年Sullivan無創(chuàng)口鼻面罩。人工智能呼吸機人工智能無創(chuàng)呼吸機并存時代第二頁，共51頁。20世紀初，隨著人工氣道技術(shù)和喉鏡直視氣管插管技術(shù)的成熟，正壓機械通氣在麻醉和外科領(lǐng)域得以

2、迅速發(fā)展。n1940年，第一臺間歇正壓通氣（IPPV）麻醉呼吸機被發(fā)明，用于胸科手術(shù)和ARDS。n1946年，Bennet 公司研制出世界第一臺初具現(xiàn)代呼吸機基本結(jié)構(gòu)的間歇正壓呼吸機PR-1A（氣動氣控壓力限制型）。呼吸機的起源與發(fā)展第三頁，共51頁。呼吸機的起源與發(fā)展n n回顧正壓機械通氣60多年的發(fā)展歷史，我們認為它較好地體現(xiàn)了臨床醫(yī)學與電子技術(shù)電子技術(shù)、機械工程機械工程相互交叉和滲透，彼此促進和提高的一個發(fā)展過程，是 “醫(yī)學科醫(yī)學科學與工程技術(shù)完美結(jié)合學與工程技術(shù)完美結(jié)合”的典范（的典范（BME）。第四頁，共51頁。呼吸機的組成 可分為兩大部分或三部分：n n主機主機(氣路單元+監(jiān)控單元

3、)n n濕化器濕化器(溫控+濕化灌)n n空、氧氣源提供裝置空、氧氣源提供裝置 床邊壓縮機+O2氣源 中心氣源(Air、O2)(2.55.5)kg/cm2 第五頁，共51頁。呼吸機各部分主要功能n n主主 機機氣源處理、吸呼控制、監(jiān)測報警n n混合器混合器外置或內(nèi)置機械式，比例閥混合。n n濕化器濕化器病人吸入氣體的加溫、加濕n n病人管路病人管路5-6根螺紋管、接濕化器或霧化吸入器，病人吸入和呼出氣體的傳輸。n n氣氣 源源以適當方式提供壓縮空氣和氧氣）n n其其 它它主機和病人管路的固定或支撐裝置第六頁，共51頁?？昭跖浔确绞綑C械配比 電子配比第七頁，共51頁。有創(chuàng)正壓通氣的人機系統(tǒng)工程輸

4、入主機的氣體為高壓，要求干燥、潔凈；輸出給病人的混合氣體為低壓，要求溫暖、濕潤并達到有效的肺泡通氣量。第八頁，共51頁。主機工作原理壓縮氣源的處理：減壓、過濾；空氣、氧氣配比混合，穩(wěn)壓，送到吸氣閥；在吸氣相按約定通氣模式和參數(shù)向病人送氣；同時監(jiān)控參數(shù)、滿足條件,“切換”到呼氣相；打開或不完全打開呼氣閥完成呼氣過程；檢測病人的狀態(tài)，進入下一個呼吸周期（下 一個吸氣相的開始）。第九頁，共51頁。基本原理示意圖第十頁，共51頁。通氣控制流程n n空氣、氧氣配比混合(干燥的氣體)；n n細菌過濾（減少感染）；n n降至低壓、穩(wěn)定壓力、緩存一定量氣體；n n吸氣回路PID控制（實現(xiàn)各種通氣模式）；n n

5、經(jīng)濕化器加溫、加濕（霧化）到病人；n n呼氣回路PID控制（實現(xiàn)PEEP等），呼出氣體排到大氣中。第十一頁，共51頁。呼吸機的分類 目前沒有統(tǒng)一分類標準，可按習慣分為：n n按使用對象按使用對象 成人型、嬰幼兒型、通用型多功能呼吸機；n n按工作原理按工作原理按工作原理按工作原理 氣控氣動、電控氣動、電控電動呼吸機；n n按人機接口方式按人機接口方式 有創(chuàng)或無創(chuàng)正壓通氣呼吸機；n n按機器的功能按機器的功能 急救、麻醉、治療、家用、高頻振蕩、噴射。第十二頁，共51頁。通氣模式的定義及特點臨床常用的基本通氣模式第十三頁，共51頁。100%W吸0，100%V吸0時，為輔助模式(Assist-Mod

6、e)主 機氣源處理、吸呼控制、監(jiān)測報警臨床常用的基本通氣模式W吸=0時，為控制模式(CMV/IPPV/VCV/PCV)(5)屏氣時間 TP(s)是吸氣時間的一部份，一個需要思考和關(guān)注的問題氣和呼氣觸發(fā)靈敏度（需高速動態(tài)閥）壓力：PEEP、PT吸/FT吸=?或 PT呼/FT呼=?臨床常用的基本通氣模式同時監(jiān)控參數(shù)、滿足條件,“切換”到呼氣相；反之，則影響療效甚至成為殺手。每個病人或每周更換一次濕化濾紙，如長期不換或忘記裝濾紙，會出現(xiàn)低溫報警；第三相吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣到達病人口邊的氣體溫度：20世紀初，隨著人工氣道技術(shù)和喉鏡直視氣管插管技術(shù)的成熟，正壓機械通氣在麻醉和外科領(lǐng)域得以迅速發(fā)展。一次吸氣開始

7、到下一次吸氣開始的時間間隔為一個機械通氣周期。機械通氣吸、呼切換狀態(tài)分析n n兩個“開始、轉(zhuǎn)換或切換”n n兩個“相或過程內(nèi)含保持”第十四頁，共51頁。正壓通氣和生理性呼吸的區(qū)別與聯(lián)系第十五頁，共51頁。主要物理量和參數(shù)n n時間量及參數(shù)n n氣體流量及參數(shù)n氣道壓力及參數(shù)n溫度、濕度參數(shù) 需要非常清楚地了解各參數(shù)的物理涵義及其作用或影響。第十六頁，共51頁。時間參數(shù)及其符號n n(1)通氣頻率(f f：0120)bpmn n(2)吸呼比(I:E=Ti:Te)n n(3)吸氣時間 Ti(s s)、Trise(s)n n(4)(4)呼氣時間 Te(s)n n(5)屏氣時間 T TP(s s)是吸

8、氣時間的一部份，通常設(shè)定為T的10%，臨床根據(jù)病情和呼吸習慣 適當增加或減少。周期：T=TT=Ti i+T+Te，f=60s/(Ti i+T+Te)bpm第十七頁，共51頁。容量和流量參數(shù)及其符號n n(1)分鐘通氣量(MV，L/min)=VTfn n(2)潮氣量(TV/VT，ml)=VTI=VTE=F.dtn n(3)吸氣流量(F，l/s)，是一個動態(tài)參數(shù)，峰值流速Fpeak：影響吸呼比和吸氣波形n n(4)嘆氣/深吸氣 Sign：1.5或2倍的VT/100次n n(5)流量觸發(fā)靈敏度(FT，L/min)，包括吸 氣和呼氣觸發(fā)靈敏度（需高速動態(tài)閥）第十八頁，共51頁。吸氣流量觸發(fā)靈敏度第十九

9、頁，共51頁。壓力參數(shù)及其符號n n(1)氣道壓力(Airway Pressure，Pair/Plung不一致)是一個動態(tài)物理參數(shù)，波形、光柱：Ppeak,Pplateau,Pmean（cmH2O或kPa）n n(2)吸氣壓力水平(Pi-Level：010kPa)？n n(3)呼氣末正壓(PEEP：0.1 kPa3kPa)n n(4)吸、呼壓力觸發(fā)靈敏度(PT:-2kPa+2kPa)n n(5)呼吸機的工作壓力、氣源壓力。低壓：(6070)cmH2O，高壓：120kPa第二十頁，共51頁。壓力參數(shù)及壓力觸發(fā)靈敏度n n觸發(fā)壓力 P=PEEP-PTn n呼吸做功 W=S+SC第二十一頁，共51頁

10、。氣道阻力和順應(yīng)性n n靜態(tài)氣道阻力 RL=(Ppeak Pplateau)/flow cmH2O/L/s n n靜態(tài)順應(yīng)性 CL=VT/(Pplateau PEEP)L/cmH2O第二十二頁，共51頁。常見通氣模式解析（處方）n n用用呼呼吸吸機機的的目的就就是是以以一一種種適宜的方式對病人的肺進行有效通氣，既既保保障障病病人人生生命命需需要要，又又要要盡盡可可能能地地減減少少并發(fā)癥，而且還要安全、舒適。并發(fā)癥，而且還要安全、舒適。n n重復(fù)進行機械通氣的時間間隔叫機械通氣周期,T T。n n一次吸氣開始到下一次吸氣開始的時間間隔為一個機械通氣周期。n n一個機械通氣周期又可分解為四個狀態(tài)或

11、四個相，即：呼切換到吸、吸氣相、吸切換到呼和呼氣相。第二十三頁，共51頁。機械通氣的四個相（狀態(tài)）第二十四頁，共51頁。第一相呼氣切換到吸氣基于第一相定義和設(shè)計通氣模式，根據(jù)吸氣初始化條件或人機關(guān)系的不同，可分為：n n控制模式控制模式Control Mode Ventilation,CMV/VCV/PCV 輔助控制模式輔助控制模式(Assist-Control Mode,A/C)n n同步間歇指令通氣同步間歇指令通氣(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation,SIMV)第二十五頁，共51頁。第一相呼氣切換到吸氣n n壓力支持壓力支持(Pr

12、essure Support Ventilator,PSV)n n持續(xù)氣道正壓持續(xù)氣道正壓(Continuous Positive Airway Pressure,CPAP)在呼氣切換到吸氣時，如果切換或觸發(fā)的條件是流量就叫流量觸發(fā)，是壓力就叫壓力觸發(fā)，控制通氣可以看作時間觸發(fā)。第二十六頁，共51頁。容量控制VCVn nFt和 Pt曲線：n nVCV設(shè)定 定容：VT/MV=？n n時間：f、Ti、Te Trise、Tp、I:E=?n n壓力：Pmax=?PT/FT=?第二十七頁，共51頁。壓力控制PCVn nFt和 Pt曲線：n nPCV設(shè)定 定壓：Pi-Level=？n n時間：f、Ti、P

13、rise、Tp、I:E=?n n壓力：Pmax=?PT/FT=?第二十八頁，共51頁。同步間歇指令通氣同步間歇指令通氣 SIMVn nFt和 Pt曲線：n nVCV/PCV間歇+自主 VT/MV=？Pi-Level=？n n時間：f/RR、Ti、Trise、Tp、I:E=?n n壓力：Pmax=?PT/FT=?n nfsimv=(0f)?，f總=fsimv+f自主 第二十九頁，共51頁。壓力支持PSVn nFt和 Pt曲線：n n半自主通氣模式n nPSV設(shè)定 壓力：Pi-Level=？壓力：Pmax=?PT/FT=?n nVAPSV?n nSIMV+PSV?第三十頁，共51頁。持續(xù)氣道正壓C

14、PAPn nFt和 Pt曲線：n n自主通氣模式n n壓力：PEEP、PT吸/FT吸=?或 PT呼/FT呼=?第三十一頁，共51頁。第三相吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣 基于第三相定義和設(shè)計通氣模式依據(jù)容量、壓力和時間三個參數(shù)在切換時起作用的主次關(guān)系，其主和次關(guān)系用兩個形容詞周期的(cycled)和限制的(limited)來表示。n n容量周期容量周期 (Volume Cycled)也叫定容通氣定容通氣或容容量切換量切換(容量開關(guān))。第三十二頁，共51頁。第三相吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣n n容容量量限限制制 (Volume Limited)在設(shè)定的時間內(nèi)達到設(shè)定的潮氣量，吸氣停止(相當于VCV)。n n時間周期容量限制

15、時間周期容量限制(Time Cycled,Volume Limited)按一定流量為病人送氣，時間到，吸氣停，潮氣量大小取決于流量(定時開關(guān)流量)。第三十三頁，共51頁。第三相吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣n n壓力周期壓力周期(Pressure Cycled)也叫壓力切壓力切換換，當達到設(shè)定的氣道壓力水平(Insp.Press.Level)時，吸氣停止(壓力開關(guān)，漏氣時無法切換)。n n時間周期壓力限制時間周期壓力限制(Time Cycled,Pressure Limited)按能維持設(shè)定的氣道壓力水平所必需的流速為患者送氣，當達到設(shè)定的吸氣時間時，吸氣停止(相當于PCV)。第三十四頁，共51頁。第三相吸氣

16、轉(zhuǎn)換到呼氣n n時時 間間 限限 制制 壓壓 力力 周周 期期(Time Limited,Pressure Cycled)：按設(shè)定的吸氣時間和吸氣流量為患者送氣，當達到設(shè)定的吸氣壓力水平時，吸氣停止（漏氣的時候，為時間切換）。n n可見，在第三相時，如果切換的主要物理參數(shù)是容量、流量、壓力或時間就分別叫容量切換、流量切換、壓力切換或時間切換。第三十五頁，共51頁。第二相吸氣相n n方方 波波(Square Wave Flow Pattern)可快速建立起通氣和在有效的時間內(nèi)維持恒定的氣流。n n加速波(Accelerating Flow Pattern)n n減速波(Decelerating Flow Pattern)氣流迅速上升到峰值，緊接著減速。氣流迅速上升到峰值，緊接著減速。n n正弦波(Sine Wave Flow Pattern)兼加速和減速波通氣的特點。n nSIGN,潮氣量加倍（延長吸氣時間）。第三十六頁，共51頁。第四相呼氣相 實現(xiàn)Positive End Expiratory Pressure,PEEPn n增加功能殘氣量(Functional Residual Ca