呼吸机的基本原理和通气模式.pptx

通气机通气机新乡医学院第一临床学院新乡医学院第一临床学院麻醉学教研室巩红岩麻醉学教研室巩红岩第一页，共八十页。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第二页，共八十页。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。呼吸机的起源与开展第三页，共八十页。呼吸机的起源与开展o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、机械工程相互交叉和渗透，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。第四页，共八十页。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)(2.55.5)kg/cm2 第五页，共八十页。呼吸机各局部主要功能o主主 机机气源处理、吸呼控制、监测报警气源处理、吸呼控制、监测报警o混合器混合器外置或内置机械式，比例阀混合。外置或内置机械式，比例阀混合。o湿化器湿化器病人吸入气体的加温、加湿病人吸入气体的加温、加湿o病人管路病人管路5-65-6根螺纹管、接湿化器或雾化吸入根螺纹管、接湿化器或雾化吸入器，病人吸入和呼出气体的传输。器，病人吸入和呼出气体的传输。o气气 源源以适当方式提供压缩空气和氧气以适当方式提供压缩空气和氧气o其其 它它主机和病人管路的固定或支撑装置主机和病人管路的固定或支撑装置第六页，共八十页。通气机的组成通气机的组成通气机主要有五个根本单位组成 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 通气机平安监控系统 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.第七页，共八十页。空氧配比方式机械配比 电子配比第八页，共八十页。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、洁净；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。第九页，共八十页。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 一个吸气相的开始。第十页，共八十页。根本原理示意图第十一页，共八十页。通气控制流程o空气、氧气配比混合(枯燥的气体)；o细菌过滤减少感染；o降至低压、稳定压力、缓存一定量气体；o吸气回路PID控制实现各种通气模式；o经湿化器加温、加湿雾化到病人；o呼气回路PID控制实现PEEP等，呼出气体排到大气中。第十二页，共八十页。呼吸机的分类 目前没有统一分类标准，可按习惯分为：o按使用对象按使用对象 成人型、婴幼儿型、通用型多功能呼吸机；o按工作原理按工作原理 气控气动、电控气动、电控电动呼吸机；o按人机接口方式按人机接口方式 有创或无创正压通气呼吸机；o按机器的功能按机器的功能 急救、麻醉、治疗、家用、高频振荡、喷射。第十三页，共八十页。通气模式的定义及特点临床常用的根本通气模式第十四页，共八十页。机械通气吸、呼切换状态分析o两个“开始、转换或切换o两个“相或过程内含保持第十五页，共八十页。正压通气和生理性呼吸的区别与联系第十六页，共八十页。通气模式通气模式q通通气气模模式式可可以以理理解解为为呼呼吸吸机机如如何何对对呼呼吸吸进进行行控控制制和和辅辅助助，也也就就是是呼吸机何时开始送气、如何进行送气、何时停止送气呼吸机何时开始送气、如何进行送气、何时停止送气q通通气气模模式式就就是是通通气气的的方方式式，实实际际上上就就是是控控制制、辅辅助助、支支持持和和自自主主呼呼吸吸的理想结合和不同组合的理想结合和不同组合 q 通气模式正不断开展并应用于临床通气模式正不断开展并应用于临床q 第十七页，共八十页。机械通气根本原理机械通气根本原理吸气相吸气向呼气切换呼气相呼气向吸气切换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第十八页，共八十页。主要物理量和参数o时间量及参数o气体流量及参数o气道压力及参数o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。第十九页，共八十页。时间参数及其符号o(1)通气频率(f：0120)bpmo(2)吸呼比(I:E=Ti:Te)o(3)吸气时间 Ti(s)、Trise(s)o(4)呼气时间 Te(s)o(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。周期：T=Ti+Te，f=60s/(Ti+Te)bpm第二十页，共八十页。容量和流量参数及其符号o(1)分钟通气量(MV，L/min)=VTfo(2)潮气量(TV/VT，ml)=VTI=VTE=F.dto(3)吸气流量(F，l/s)，是一个动态参数，o 峰值流速Fpeak：影响吸呼比和吸气波形o(4)叹气/深吸气 Sign：1.5或2倍的VT/100次o(5)流量触发灵敏度(FT，L/min)，包括吸o 气和呼气触发灵敏度需高速动态阀第二十一页，共八十页。吸气流量触发灵敏度第二十二页，共八十页。压力参数及其符号o(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：o Ppeak,Pplateau,PmeancmH2O或kPao(2)吸气压力水平(Pi-Level：010kPa)？o(3)呼气末正压(PEEP：0.1 kPa3kPa)o(4)吸、呼压力触发灵敏度(PT:-2kPa+2kPa)o(5)呼吸机的工作压力、气源压力。o 低 压：(6070)cmH2O，高 压：120kPa第二十三页，共八十页。压力参数及压力触发灵敏度o触发压力 P=PEEP-PTo呼吸做功 W=S+SC第二十四页，共八十页。气道阻力和顺应性o静态气道阻力 RL=(Ppeak Pplateau)/flow cmH2O/L/s o静态顺应性 CL=VT/(Pplateau PEEP)L/cmH2O第二十五页，共八十页。常用通气模式 o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，而且还要平安、舒适。o重复进行机械通气的时间间隔叫机械通气周期,T。o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。o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。第二十六页，共八十页。机械通气的四个相 第二十七页，共八十页。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：o控制模式控制模式Control Mode Ventilation,CMV/VCV/PCV 辅助控制模式辅助控制模式(Assist-Control Mode,A/C)o同步间歇指令通气同步间歇指令通气(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation,SIMV)第二十八页，共八十页。第一相呼气切换到吸气o压力支持压力支持(Pressure Support Ventilator,PSV)o持续气道正压持续气道正压(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。第二十九页，共八十页。容量控制VCVoFt和 Pt曲线：oVCV设定 定容：VT/MV=？o时间：f、Ti、Te Trise、Tp、I:E=?o压力：Pmax=?PT/FT=?第三十页，共八十页。压力控制PCVoFt和 Pt曲线：oPCV设定 定压：Pi-Level=？o时间：f、Ti、Prise、Tp、I:E=?o压力：Pmax=?PT/FT=?第三十一页，共八十页。同步间歇指令通气同步间歇指令通气 SIMVoFt和 Pt曲线：oVCV/PCV间歇+自主 VT/MV=？Pi-Level=？o时间：f/RR、Ti、Trise、Tp、I:E=?o压力：Pmax=?PT/FT=?ofsimv=(0f)?，f总=fsimv+f自主 第三十二页，共八十页。压力支持PSVoFt和 Pt曲线：o半自主通气模式oPSV设定 压力：Pi-Level=？压力：Pmax=?PT/FT=?oVAPSV?oSIMV+PSV?第三十三页，共八十页。持续气道正压CPAPoFt和 Pt曲线：o自主通气模式o压力：PEEP、PT吸/FT吸=?或 PT呼/FT呼=?第三十四页，共八十页。第二相吸气相o方方 波波(Square Wave Flow Pattern)(Square Wave Flow Pattern)o 可可快快速速建建立立起起通通气气和和在在有有效效的的时时间间内内维维持持恒恒定的气流。定的气流。o加速波加速波(Accelerating Flow Pattern)(Accelerating Flow Pattern)o减速波减速波(Decelerating Flow Pattern)(Decelerating Flow Pattern)o 气流迅速上升到峰值，紧接着减速。气流迅速上升到峰值，紧接着减速。o正弦波正弦波(Sine Wave Flow Pattern)(Sine Wave Flow Pattern)o 兼加速和减速波通气的特点。兼加速和减速波通气的特点。oSIGN,SIGN,潮气量加倍延长吸气时间。潮气量加倍延长吸气时间。第三十五页，共八十页。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。o容量周期容量周期 (Volume Cycled)也叫定容通气定容通气或容量容量切换切换(容量开关)。第三十六页，共八十页。第三相吸气转换到呼气o容容量量限限制制 (Volume(Volume Limited)Limited)在在设设定定的的时时间间内内到到达达设设定定的的潮潮气气量量，吸吸气气停停止止(相相当当于于VCV)VCV)。o时时间间周周期期容容量量限限制制(Time(Time Cycled,Cycled,Volume Volume Limited)Limited)按按一一定定流流量量为为病病人人送送气气，时时间间到到，吸吸气气停停，潮潮气气量量大大小小取取决决于于流流量量(定定时时开开关关流量流量)。第三十七页，共八十页。第三相吸气转换到呼气o压力周期压力周期(Pressure Cycled)(Pressure Cycled)也叫压力切换，也叫压力切换，当到达设定的气道压力水平当到达设定的气道压力水平(Insp.Press.(Insp.Press.Level)Level)时，吸气停止时，吸气停止(压力开关，漏气时无法压力开关，漏气时无法切换切换)。o时间周期压力限制时间周期压力限制(Time Cycled,Pressure(Time Cycled,Pressure Limited)Limited)按能维持设定的气道压力水平所必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需的流速为患者送气，当到达设定的吸气时间时，吸气停止间时，吸气停止(相当于相当于PCV)PCV)。第三十八页，共八十页。第三相吸气转换到呼气o时时间间限限制制压压力力周周期期(Time(Time Limited,Limited,Pressure Pressure Cycled)Cycled)：按按设设定定的的吸吸气气时时间间和和吸吸气气流流量量为为患患者者送送气气，当当到到达达设设定定的的吸吸气气压压力力水水平平时时，吸吸气气停止漏气的时候，为时间切换。停止漏气的时候，为时间切换。o可可见见，在在第第三三相相时时，如如果果切切换换的的主主要要物物理理参参数数是是容容量量、流流量量、压压力力或或时时间间就就分分别别叫叫容容量量切切换换、流量切换、压力切换或时间切换。流量切换、压力切换或时间切换。第三十九页，共八十页。第四相呼气相 实现Positive End Expiratory Pressure,PEEPo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。o电子PEEP、机械PEEP或文丘里PEEP。第四十页，共八十页。通气模式的开展演化第四十一页，共八十页。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：o控制oW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)o辅助o100%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/EMMVo自主oW吸=100%，V吸=100%时，为自主模式(Spontaneous，CPAP)第四十二页，共八十页。通气模式的转化 第四十三页，共八十页。第四十四页，共八十页。麻麻 醉醉 通通 气气 机机新新 乡乡 医医 学学 院院 第第 一一 临临 床床 学学 院院麻麻 醉醉 学学 教教 研研 室室 巩巩 红红 岩岩第四十五页，共八十页。麻 醉 通 气 机o 麻醉通气机功能简单、常不设辅助通气模麻醉通气机功能简单、常不设辅助通气模式式,大多采用时间启动大多采用时间启动、流量或容量限定流量或容量限定、时间切换原理时间切换原理.第四十六页，共八十页。一一 麻醉通气机的输出气路是通气机与麻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、不与患者气道直接回路为终端气路、不与患者气道直接连接。连接。麻 醉 通 气 机第四十七页，共八十页。麻 醉 通 气 机二二 麻醉回路具有呼吸气体分路和呼出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别离，出气路对输出气体和排出气体不别离，以来回气流的方式工作。以来回气流的方式工作。第四十八页，共八十页。三三 输出气体不直接作为患者吸入气体，输出气体不直接作为患者吸入气体，通常不设置湿化装置。通常不设置湿化装置。第四十九页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理 麻醉通气机输出气路的根本功能: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。第五十页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理袋箱驱动气路袋箱驱动气路第五十一页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理袋箱驱动气路袋箱驱动气路o功能特性功能特性: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 第五十二页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理袋箱驱动气路袋箱驱动气路 4必须设有多余气体阀，否那么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 第五十三页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理袋箱驱动气路袋箱驱动气路 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 第五十四页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理长管驱动气路长管驱动气路第五十五页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理长管驱动气路长管驱动气路 一 通气机输出气体与麻醉回路内气体不别离 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 第五十六页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理长管驱动气路长管驱动气路 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给，可加快 吸入麻醉气体的更新或排除第五十七页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理 电动风箱电动风箱 是由麻醉机由电控电动通气机与麻醉回路整合设计组成第五十八页，共八十页。麻醉通气机输出气路原理 电动风箱电动风箱第五十九页，共八十页。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。第六十页，共八十页。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。第六十一页，共八十页。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。第六十二页，共八十页。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平安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 第六十三页，共八十页。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第六十四页，共八十页。呼吸机的质量保障一个需要思考和关注的问题第六十五页，共八十页。呼吸机临床风险呼吸机临床风险o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；o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；o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。第六十六页，共八十页。需要全程质量保障o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；o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；o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；o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，进行量值传递或校准，在法律上得到认可，每年一次。第六十七页，共八十页。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？第六十八页，共八十页。呼吸机使用前的例行检查o吸气压力水平：平稳、准确？o吸入氧浓度：准确度高于5%，阀、混合器故障、氧电池监测？o吸、呼流量：准确度优于5%、线性好？o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。第六十九页，共八十页。呼吸机系统故障分布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%第七十页，共八十页。加热湿化器工作原理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-型头第七十一页，共八十页。加温、加湿要求加温、加湿要求o到达病人口边的气体温度：31T37,连续可调o吸入气体的绝对湿度：HA 30mg.L-1第七十二页，共八十页。加热湿化器的性能测试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、湿度性能曲线第七十三页，共八十页。湿化器常见使用问题湿化器常见使用问题o湿化罐要接在吸气回路上，进气和出气口不能接反；o注意观察罐内液面高度，要加注蒸馏水，不能加注生理盐水；o温度传感器接到 Y 头的吸气端，不要接在吸呼公共端；o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；第七十四页，共八十页。湿化器常见使用问题湿化器常见使用问题o当出现故障报警时，只需更换下面的控制局部进行维修，罐不用换；o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；o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。第七十五页，共八十页。呼吸机的报警o输入能源报警o 停电、气源故障无输出或低于某一水平。o控制回路报警o 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。o输出参数报警o 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)。第七十六页，共八十页。输入能源报警o掉电，用墙上的标准配电插座，不要用插板；o气源故障无输出或低于某一水平：o 尽量采用中心供双气；o 用压缩机时，要特别注意气水别离器里的水和滤网的清洗。第七十七页，共八十页。控制回路报警o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。o备用机器。第七十八页，共八十页。输出参数报警o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)。o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。第七十九页，共八十页。内容总结通气机。可分为两大局部或三局部：。检测病人的状态，进入下一个呼吸周期下。电子PEEP、机械PEEP或文丘里PEEP。假设病人吸气做功W吸，自己吸到的容量V吸那么：。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。麻醉通气机输出气路原理长管驱动气路。是由麻醉机由电控电动通气机与麻醉回路整合设计组成。4 麻醉回路患者端连接模拟肺,最好采用水箱式模拟肺。输出参数报警第八十页，共八十页。