呼吸机的基本原理和通气模式.ppt

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,*,通气机,新乡医学院第一临床学院,麻醉学教研室巩红岩,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,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,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,+O,2,气源,中心气源,(Air,、,O,2,),(2.5,5.5)kg/cm,2,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,通气机的组成,通气机主要有五个基本单位组成,动力系统,通气源,分为压力型通气源和容量型通气源,控制系统,控制通气源和呼气阀交替开放或关闭,使通气机周期输出气体的自动操作系统,输出气路,通气机安全监控系统,检测通气机和患者的异常情况,发出视觉或听觉信号,提示操作者给于调整,.,空氧配比方式,机械配比 电子配比,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。,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）。,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。,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。,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,“,开始,、,转换,或,切换,”,两个,“,相,或,过程,内含,保持,”,正压通气和生理性呼吸的区别与联系,通气模式,通气模式可以理解为呼吸机如何对呼吸进行控制和辅助，也就是呼吸机何时开始送气、如何进行送气、何时停止送气,通气模式就是通气的方式，实际上就是控制、辅助、支持和自主呼吸的理想结合和不同组合,通气模式正不断发展并应用于临床,机械通气基本原理,吸气相,吸气向呼气切换,呼气相,呼气向吸气切换,压力切换,时间切换,容量切换,流速切换,复合切换,自主切换,时间切换,人工切换,PEEP,时间触发,压力触发流速触发流量触发,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。,时间参数及其符号,(1),通气频率,(,f,：,0,12,0,),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,容量和流量参数及其符号,(1),分钟通气量,(,MV,，,L/min,)=,V,T,f,(2),潮气量,(TV/,V,T,，,ml)=,V,TI,=,V,TE,=,F.dt,(3),吸气流量,(,F,，,l/s),，是一个动态参数，,峰值流速,F,peak,：影响吸呼比和吸气波形,(4),叹气,/,深吸气,Sign,：,1.5,或,2,倍的,V,T,/100,次,(5),流量触发灵敏度,(,F,T,，,L/min),，包括吸,气和呼气触发灵敏度（需高速动态阀）,吸气流量触发灵敏度,压力参数及其符号,(1),气道压力,(Airway Pressure,，,P,air,/P,lung,不一致,),是一个动态物理参数，波形、光柱：,P,peak,P,plateau,P,mean,（,cmH,2,O,或,kPa,）,(2),吸气压力水平,(,P,i,-,Level,：,0,10kPa,),？,(3),呼气末正压,(,PEEP,：,0.1 kPa,3,kPa,),(4),吸、呼,压力触发灵敏度,(,P,T,:-2kPa,+2kPa),(5),呼吸机的工作压力、气源压力。,低压：,(6070)cmH,2,O,，高压：,120kPa,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,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,常用通气模式,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,。,机械通气的,四个相,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,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,。,容量控制,VCV,F,t,和,P,t,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,=?,压力控制,PCV,F,t,和,P,t,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,=?,同步间歇指令通气,SIMV,F,t,和,P,t,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,压力支持,PSV,F,t,和,P,t,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?,持续气道正压,CPAP,F,t,和,P,t,曲线：,自主通气模式,压力：,PEEP,、,P,T,吸,/F,T,吸,=?,或,P,T,呼,/F,T,呼,=?,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）。,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,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,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,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,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,。,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/,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),通气模式的转化,麻 醉 通 气 机,新乡医学院第一临床学院,麻醉学教研室 巩红岩,麻 醉 通 气 机,麻醉通气机功能简单、常不设辅助通气模式,大多采用时间启动,、,流量或容量限定,、,时间切换原理,.,一 麻醉通气机的输出气路是通气机与麻醉回路之间的管道系统，总是以麻醉回路为终端气路、不与患者气道直接连接。,麻 醉 通 气 机,麻 醉 通 气 机,二,麻醉回路具有呼吸气体分路和呼出二氧化碳的功能、所以麻醉通气机的输出气路对输出气体和排出气体不分离，以来回气流的方式工作。,三 输出气体不直接作为患者吸入气体，通常不设置湿化装置。,麻醉通气机输出气路原理,麻醉通气机输出气路的基本功能,:,一 吸气期介导通气机气体推动麻醉回路内气体进入患者肺内。,二 呼气期排除通气机的输出气体和多余的气体，引导患者呼出气进入麻醉回路。,麻醉通气机输出气路原理,袋箱驱动气路,麻醉通气机输出气路原理,袋箱驱动气路,功能特性,:,1,通气机输出气体与麻醉回路内气体隔离,2,具有容量限定功能、风箱的运动可反映工作状态和潮气量的多少,3,立式风箱存在呼气末正压，挂式存在呼气负压,麻醉通气机输出气路原理,袋箱驱动气路,4,必须设有多余气体阀，否则过多的新鲜气体会造成肺的气压伤,5,使用时麻醉回路必须供给足够的新鲜气体，保证风箱在呼气末充满复位,麻醉通气机输出气路原理,袋箱驱动气路,6,在麻醉回路严重漏气或脱管情况下，挂式风箱可以凭借自身的重力经漏气部位吸入空气正常张缩运动，不易被使用者发现,麻醉通气机输出气路原理,长管驱动气路,麻醉通气机输出气路原理,长管驱动气路,一 通气机输出气体与麻醉回路内气体不分离,二 呼气末系统内的压强自动与大气压平衡，无,呼气负压或呼气压末正压现象,三 无论麻醉回路新鲜气流多少，系统都能自动补偿正常运行，无肺压伤和肺不张危险,麻醉通气机输出气路原理,长管驱动气路,四 新鲜气流太少或为零时，可以导致慢性,缺氧,五 加大麻醉回路的新鲜气流供应，可加快,吸入麻醉气体的更新或排除,麻醉通气机输出气路原理,电动风箱,是由麻醉机由电控电动通气机与麻醉回路整合设计组成,麻醉通气机输出气路原理,电动风箱,麻醉通气机的用前检查,麻醉中发生的通气机意外，常常造成低氧血症,、,高碳酸血症或低碳酸血症，甚至引起肺压伤，危及患者生命。,麻醉通气机的袋箱装置检查,一 麻醉通气机与麻醉回路正常连接，关闭麻醉通气机，在机械通气状态下封闭呼吸回路,Y,形管患者端接口，快速供氧情况时气道压不得大于,0.5Kpa,，气道压过高可造成气压伤。,麻醉通气机的袋箱装置检查,二 关闭麻醉通气机机械,/,手工转换阀切换为机械位，封闭麻醉回路患者接口，快速给氧充满风箱停止充氧；切换到手工位，然后放开麻醉回路患者接口，观察风箱顶部下降速度低于,100ml/min,，,如果风箱下降过快提示存在漏气故障。,麻醉通气机操作常规,1,按照使用说明正确连接气路,2,麻醉回路通气模式选择器和麻醉回路排气阀置于机械通气状态,.,3,封闭麻醉回路患者连接口,快速充氧,应观察到通气机高压安全阀或多余气体阀的排气现象,麻醉回路不应出现高于,4KPa,的高气压,麻醉通气机操作常规,4,麻醉回路患者端连接模拟肺,最好采用水箱式模拟肺,5,按常规给定 新鲜气体流量,快速供氧充满风箱,6,开启通气机,等待通气机通过自检程序,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。,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。,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,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（,32,37,），然后等待或用于病人，急救时可以只进行第、步检查。,呼吸机系统故障分布,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%,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,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,30mg.L,-1,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/L,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90,流量,(L.min,-1,),口边温度,38,36,34,31,(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,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；,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部分进行维修，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。,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,，,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,),。,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，要特别注意气水分离器里的水和滤网的清洗。,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。,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。,