呼吸機(jī)的基本原理和通氣模式

關(guān)于呼吸機(jī)的基本原理和通氣模式第1頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三機(jī)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(jī)械通氣有創(chuàng)1792年，首次在人身上實施氣管切開、插管及風(fēng)箱式正壓通氣技術(shù)。負(fù)壓機(jī)械通氣無創(chuàng)1928年，“鐵肺”箱式負(fù)壓治療機(jī)。

人力作動力

電力機(jī)械作為動力正壓機(jī)械通氣1950’讓位于技術(shù)上得到很大改進(jìn)的有創(chuàng)無創(chuàng)呼吸機(jī)多功能呼吸機(jī)1981年Sullivan無創(chuàng)口鼻面罩。人工智能呼吸機(jī)人工智能無創(chuàng)呼吸機(jī)并存時代第2頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三

20世紀(jì)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(jī)械通氣在麻醉和外科領(lǐng)域得以迅速發(fā)展。1940年，第一臺間歇正壓通氣（IPPV）麻醉呼吸機(jī)被發(fā)明，用于胸科手術(shù)和ARDS。1946年，Bennet公司研制出世界第一臺初具現(xiàn)代呼吸機(jī)基本結(jié)構(gòu)的間歇正壓呼吸機(jī)PR-1A（氣動氣控壓力限制型）。呼吸機(jī)的起源與發(fā)展第3頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三呼吸機(jī)的起源與發(fā)展回顧正壓機(jī)械通氣60多年的發(fā)展歷史，我們認(rèn)為它較好地體現(xiàn)了臨床醫(yī)學(xué)與電子技術(shù)、機(jī)械工程相互交叉和滲透，彼此促進(jìn)和提高的一個發(fā)展過程，是“醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程技術(shù)完美結(jié)合”的典范（BME）。第4頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三呼吸機(jī)的組成

可分為兩大部分或三部分：主機(jī)(氣路單元+監(jiān)控單元)濕化器(溫控+濕化灌)空、氧氣源提供裝置

—床邊壓縮機(jī)+O2氣源

—中心氣源(Air、O2)(2.5~5.5)kg/cm2

第5頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三呼吸機(jī)各部分主要功能主機(jī)——氣源處理、吸呼控制、監(jiān)測報警混合器——外置或內(nèi)置機(jī)械式，比例閥混合。濕化器——病人吸入氣體的加溫、加濕病人管路——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。氣源——以適當(dāng)方式提供壓縮空氣和氧氣）其它——主機(jī)和病人管路的固定或支撐裝置第6頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三空氧配比方式機(jī)械配比電子配比第7頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三有創(chuàng)正壓通氣的人機(jī)系統(tǒng)工程輸入主機(jī)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(dá)到有效的肺泡通氣量。第8頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三主機(jī)工作原理①壓縮氣源的處理：減壓、過濾；②空氣、氧氣配比混合，穩(wěn)壓，送到吸氣閥；③在吸氣相按約定通氣模式和參數(shù)向病人送氣；④同時監(jiān)控參數(shù)、滿足條件,“切換”到呼氣相；⑤打開或不完全打開呼氣閥完成呼氣過程；⑥檢測病人的狀態(tài)，進(jìn)入下一個呼吸周期（下一個吸氣相的開始）。第9頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三基本原理示意圖第10頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三通氣控制流程空氣、氧氣配比混合(干燥的氣體)；細(xì)菌過濾（減少感染）；降至低壓、穩(wěn)定壓力、緩存一定量氣體；吸氣回路PID控制（實現(xiàn)各種通氣模式）；經(jīng)濕化器加溫、加濕（霧化）到病人；呼氣回路PID控制（實現(xiàn)PEEP等），呼出氣體排到大氣中。第11頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三呼吸機(jī)的分類

目前沒有統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn)，可按習(xí)慣分為：按使用對象成人型、嬰幼兒型、通用型多功能呼吸機(jī)；按工作原理氣控氣動、電控氣動、電控電動呼吸機(jī)；按人機(jī)接口方式有創(chuàng)或無創(chuàng)正壓通氣呼吸機(jī)；按機(jī)器的功能急救、麻醉、治療、家用、高頻振蕩、噴射。第12頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三通氣模式的定義及特點——臨床常用的基本通氣模式第13頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三機(jī)械通氣吸、呼切換狀態(tài)分析兩個“開始、轉(zhuǎn)換或切換”兩個“相或過程內(nèi)含保持”第14頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三正壓通氣和生理性呼吸的區(qū)別與聯(lián)系第15頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三主要物理量和參數(shù)時間量及參數(shù)氣體流量及參數(shù)氣道壓力及參數(shù)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16頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三時間參數(shù)及其符號(1)通氣頻率(f：0～120)bpm(2)吸呼比(I:E=Ti:Te

)(3)吸氣時間Ti

(s)、Trise

(s)(4)呼氣時間Te(s)(5)屏氣時間TP(s)是吸氣時間的一部份，通常設(shè)定為T的10%，臨床根據(jù)病情和呼吸習(xí)慣適當(dāng)增加或減少。周期：T=Ti+Te，f=60s/(Ti+Te)bpm第17頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三容量和流量參數(shù)及其符號(1)分鐘通氣量(MV，L/min)=VT×f(2)潮氣量(TV/VT，ml)=VTI=VTE=∫F.dt(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(4)嘆氣/深吸氣Sign：1.5或2倍的VT

/100次(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18頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三吸氣流量觸發(fā)靈敏度第19頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三壓力參數(shù)及其符號(1)氣道壓力(AirwayPressure，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）(2)吸氣壓力水平(Pi-Level：0～10kPa)？(3)呼氣末正壓(PEEP：0.1kPa～3kPa)(4)吸、呼壓力觸發(fā)靈敏度(PT:-2kPa～+2kPa)(5)呼吸機(jī)的工作壓力、氣源壓力。低壓：(60~70)cmH2O，高壓：＞120kPa第20頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三壓力參數(shù)及壓力觸發(fā)靈敏度觸發(fā)壓力P=PEEP-PT呼吸做功

W=ΔS+SC第21頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三氣道阻力和順應(yīng)性靜態(tài)氣道阻力

RL=(Ppeak–Pplateau)/flowcmH2O/L/s靜態(tài)順應(yīng)性

CL=VT/(Pplateau–PEEP)L/cmH2O第22頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三常見通氣模式解析（處方）用呼吸機(jī)的目的就是以一種適宜的方式對病人的肺進(jìn)行有效通氣，既保障病人生命需要，又要盡可能地減少并發(fā)癥，而且還要安全、舒適。重復(fù)進(jìn)行機(jī)械通氣的時間間隔叫機(jī)械通氣周期,T。一次吸氣開始到下一次吸氣開始的時間間隔為一個機(jī)械通氣周期。一個機(jī)械通氣周期又可分解為四個狀態(tài)或四個相，即：呼切換到吸、吸氣相、吸切換到呼和呼氣相。第23頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三機(jī)械通氣的四個相（狀態(tài)）第24頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三第一相——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(jī)關(guān)系的不同，可分為：控制模式ControlModeVentilation,CMV/VCV/PCV

輔助控制模式(Assist-ControlMode,A/C)

同步間歇指令通氣(SynchronizedIntermittentMandatoryVentilation,SIMV)第25頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三第一相——呼氣切換到吸氣壓力支持(PressureSupportVentilator,PSV)持續(xù)氣道正壓(ContinuousPositiveAirwayPressure,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26頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三容量控制VCVF—t和P—t曲線：VCV設(shè)定定容：VT/MV=？時間：f、Ti、TeTrise、Tp、I:E=?壓力：Pmax=?PT/FT=?

第27頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三壓力控制PCVF—t和P—t曲線：PCV設(shè)定定壓：Pi-Level=？時間：f、Ti、

Prise、Tp

、I:E=?壓力：Pmax=?PT/FT=?第28頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三同步間歇指令通氣

SIMVF—t和P—t曲線：VCV/PCV間歇+自主

VT/MV=？

Pi-Level=？時間：f/RR

、Ti、

Trise、Tp、I:E=?壓力：Pmax=?

PT/FT=?fsimv=(0~f)?，f總=fsimv+f自主第29頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三壓力支持PSVF—t和P—t曲線：半自主通氣模式PSV設(shè)定壓力：Pi-Level=？壓力：Pmax=?PT/FT=?VAPSV?SIMV+PSV?第30頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三持續(xù)氣道正壓CPAPF—t和P—t曲線：自主通氣模式壓力：PEEP、PT吸/FT吸=?或PT呼/FT呼=?第31頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三第三相——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。容量周期(VolumeCycled)也叫定容通氣或容量切換(容量開關(guān))。第32頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三第三相——吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣容量限制(VolumeLimited)在設(shè)定的時間內(nèi)達(dá)到設(shè)定的潮氣量，吸氣停止(相當(dāng)于VCV)。時間周期容量限制(TimeCycled,VolumeLimited)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33頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三第三相——吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣壓力周期(PressureCycled)

也叫壓力切換，當(dāng)達(dá)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)。時間周期壓力限制(TimeCycled,PressureLimited)

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(dāng)達(dá)到設(shè)定的吸氣時間時，吸氣停止(相當(dāng)于PCV)。第34頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三第三相——吸氣轉(zhuǎn)換到呼氣時間限制壓力周期(TimeLimited,PressureCycled)：按設(shè)定的吸氣時間和吸氣流量為患者送氣，當(dāng)達(dá)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）。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35頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三第二相——吸氣相方波(SquareWaveFlowPattern)

可快速建立起通氣和在有效的時間內(nèi)維持恒定的氣流。加速波(AcceleratingFlowPattern)減速波(DeceleratingFlowPattern)

氣流迅速上升到峰值，緊接著減速。正弦波(SineWaveFlowPattern)

兼加速和減速波通氣的特點。SIGN,潮氣量加倍（延長吸氣時間）。第36頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三第四相——呼氣相

實現(xiàn)PositiveEndExpiratoryPressure,PEEP增加功能殘氣量(FunctionalResidualCapcity,FRC)。對于一些限制性病變(ARDS)，呼末維持一定的正壓有利于肺泡氣體交換，但使用PEEP要慎重，不能隨意增減。電子PEEP、機(jī)械PEEP或文丘里PEEP。第37頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三通氣模式的發(fā)展演化第38頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三通氣模式的數(shù)學(xué)表達(dá)

假設(shè)病人吸氣做功W吸，自己吸到的容量V吸那么：——控制W吸=0時，為控制模式(CMV/IPPV/VCV/PCV)

W吸>0但

V吸=0，輔助控制模式(A/C、病人觸發(fā)的)——輔助100%>W吸>0，100%>V吸>0時，為輔助模式(Assist-Mode)

同步間歇控制：SIMV+CPAP/SIMVVC+PSV/SIMVPC+PSV

吸氣支持：PSV/VAPSV

和VSV/MMV/EMMV——自主W吸=100%，V吸=100%時，為自主模式(Spontaneous，CPAP)第39頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三通氣模式的轉(zhuǎn)化

第40頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三呼吸機(jī)的質(zhì)量保障——一個需要思考和關(guān)注的問題第41頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三

呼吸機(jī)臨床風(fēng)險根據(jù)“ISO14971醫(yī)用裝置風(fēng)險管理——第1部分：風(fēng)險分析應(yīng)用”推薦的方法進(jìn)行風(fēng)險分析：呼吸機(jī)12分，麻醉機(jī)、除顫器、高頻電刀6分，其它醫(yī)療設(shè)備都在6分以下；呼吸機(jī)是臨床風(fēng)險值最高的設(shè)備，其性能穩(wěn)定和參數(shù)可靠與否對病人生死悠關(guān)；性能好、使用好、護(hù)理好，對病人生命起支持作用；反之，則影響療效甚至成為殺手。

第42頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三需要全程質(zhì)量保障以臨床培訓(xùn)為基礎(chǔ)的人員保障：培訓(xùn)醫(yī)、護(hù)人員（考核合格、持證上崗）；以使用前例行檢查為基礎(chǔ)的制度保障：建立制度，基本質(zhì)量確認(rèn)；以性能測試為基礎(chǔ)的質(zhì)量保障：(1-2)月測一次，臨床技師或工程師；以計量檢定校準(zhǔn)為基礎(chǔ)的法律保障，由國家授權(quán)建立測量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行量值傳遞或校準(zhǔn)，在法律上得到認(rèn)可，每年一次。第43頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三呼吸機(jī)使用前的例行檢查(OVP)

消除一部分潛在風(fēng)險？①電源氣源檢查：風(fēng)險較多、斷氣斷電？②氣密性檢查：內(nèi)、外氣路和插管漏氣？③壓力上限：不準(zhǔn)或失靈，機(jī)械的？④呼氣分鐘通氣量上、下限:漏氣/自主？⑤窒息報警：脫管、病人沒有呼吸響應(yīng)？⑥觸發(fā)靈敏度：不準(zhǔn)或誤觸發(fā)？第44頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三呼吸機(jī)使用前的例行檢查⑦吸氣壓力水平：平穩(wěn)、準(zhǔn)確？⑧吸入氧濃度：準(zhǔn)確度高于5%，閥、混合器故障、氧電池監(jiān)測？⑨吸、呼流量：準(zhǔn)確度優(yōu)于5%、線性好？上述檢查通過后，將濕化器（故障源？影響機(jī)械通氣效果）預(yù)設(shè)在（32～37）℃，然后等待或用于病人，急救時可以只進(jìn)行第①、②步檢查。第45頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三

呼吸機(jī)系統(tǒng)故障分布1999年呼吸機(jī)主機(jī)混合器濕化器壓縮機(jī)27%12%36%25%使用問題預(yù)修保養(yǎng)故障修復(fù)更換新品故障修復(fù)使用維護(hù)故障修復(fù)使用維護(hù)故障修復(fù)6%11%10%2%10%25%11%9%16%第46頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三加熱濕化器工作原理出氣口進(jìn)氣口接在吸氣回路對病人吸入的氣體加溫加濕36℃濕化罐內(nèi)放置一個卷曲的鋁筒內(nèi)襯濕化濾紙形成一個溫濕通道接呼氣回路圖-1加熱濕化器應(yīng)用示意圖氣管插管病人遠(yuǎn)端Y-型頭第47頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三加溫、加濕要求到達(dá)病人口邊的氣體溫度：

31℃≤T≤37℃,連續(xù)可調(diào)吸入氣體的絕對濕度：

HA≥30mg.L-1第48頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三第49頁，共56頁，2023年，2月20日，星期三濕化器常見使用問題濕化罐要接在吸氣回路上，