2022年医学专题—呼吸机的基本原理与通气模式.ppt

呼吸机的基本原理与通气(tng q)模式的发展,第一页，共五十五页。,机械通气的发展(fzhn)历程,口对口(duku)人工呼吸,1800年前，金匮要略、华佗医方中有类似体外按压(ny)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，共五十五页。,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(jigu)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(qyun)与发展,第三页，共五十五页。,呼吸机的起源(qyun)与发展,回顾正压机械通气60多年的发展历史，我们(w men)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）。,第四页，共五十五页。,呼吸机的组成(z chn),可分为两大部分或三部分：主机(气路单元(dnyun)+监控单元(dnyun)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，共五十五页。,呼吸机各部分(b fen)主要功能,主 机气源处理、吸呼控制、监测(jin c)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,第六页，共五十五页。,空氧配比(pi b)方式,机械(jxi)配比 电子配比,第七页，共五十五页。,有创正压通气(tng q)的人机系统工程,输入主机的气体(qt)为高压，要求干燥、洁净；输出给病人的混合气体(qt)为低压，要求温暖、湿润并达到有效的肺泡通气量。,第八页，共五十五页。,主机工作(gngzu)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(msh)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）。,第九页，共五十五页。,基本原理示意图,第十页，共五十五页。,通气(tng q)控制流程,空气、氧气配比混合(干燥(gnzo)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。,第十一页，共五十五页。,呼吸机的分类(fn li),目前没有统一分类标准，可按习惯(xgun)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。,第十二页，共五十五页。,通气模式的定义(dngy)及特点,临床(ln chun)常用的基本通气模式,第十三页，共五十五页。,机械通气吸、呼切换状态(zhungti)分析,两个“开始、转换或切换(qi hun)”两个“相或过程内含保持”,第十四页，共五十五页。,正压通气(tng q)和生理性呼吸的区别与联系,第十五页，共五十五页。,主要(zhyo)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(fichng)清楚地了解各参数的物理涵义及其作用或影响。,第十六页，共五十五页。,时间(shjin)参数及其符号,(1)通气频率(f：0120)bpm(2)吸呼比(I:E=Ti:Te)(3)吸气时间 Ti(s)、Trise(s)(4)呼气时间 Te(s)(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(ln chun)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,第十七页，共五十五页。,容量和流量(liling)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=F.dt(3)吸气流量(F，l/s)，是一个动态参数(cnsh)，峰值流速Fpeak：影响吸呼比和吸气波形(4)叹气/深吸气 Sign：1.5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）,第十八页，共五十五页。,吸气流量(liling)触发灵敏度,第十九页，共五十五页。,压力(yl)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,Pmean（cmH2O或kPa）(2)吸气(x q)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,第二十页，共五十五页。,压力(yl)参数及压力(yl)触发灵敏度,触发压力(yl)P=PEEP-PT呼吸做功 W=S+SC,第二十一页，共五十五页。,气道阻力(zl)和顺应性,静态(jngti)气道阻力 RL=(Ppeak Pplateau)/flow cmH2O/L/s 静态顺应性 CL=VT/(Pplateau PEEP)L/cmH2O,第二十二页，共五十五页。,常见通气模式解析(ji x)（处方）,用呼吸机的目的就是以一种适宜的方式对病人(bngrn)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。,第二十三页，共五十五页。,机械(jxi)通气的四个相（状态）,第二十四页，共五十五页。,第一相呼气切换(qi hun)到吸气,基于第一相定义和设计通气模式，根据(gnj)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),第二十五页，共五十五页。,第一(dy)相呼气切换到吸气,压力支持(Pressure Support Ventilator,PSV)持续(chx)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。,第二十六页，共五十五页。,容量(rngling)控制VCV,Ft和 Pt曲线：VCV设定 定容：VT/MV=？时间(shjin)：f、Ti、Te Trise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?,第二十七页，共五十五页。,压力(yl)控制PCV,Ft和 Pt曲线(qxin)：PCV设定 定压：Pi-Level=？时间：f、Ti、Prise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?,第二十八页，共五十五页。,同步间歇(jin xi)指令通气 SIMV,Ft和 Pt曲线：VCV/PCV间歇(jin xi)+自主 VT/MV=？Pi-Level=？时间：f/RR、Ti、Trise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?fsimv=(0f)?，f总=fsimv+f自主,第二十九页，共五十五页。,压力(yl)支持PSV,Ft和 Pt曲线：半自主(zzh)通气模式PSV设定 压力：Pi-Level=？压力：Pmax=?PT/FT=?VAPSV?SIMV+PSV?,第三十页，共五十五页。,持续(chx)气道正压CPAP,Ft和 Pt曲线：自主通气模式(msh)压力：PEEP、PT吸/FT吸=?或 PT呼/FT呼=?,第三十一页，共五十五页。,第三相吸气转换(zhunhun)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(gun x)，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)。,第三十二页，共五十五页。,第三(d sn)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(x q)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)。,第三十三页，共五十五页。,第三(d sn)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(wf)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)。,第三十四页，共五十五页。,第三相吸气(x q)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(zhyo)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。,第三十五页，共五十五页。,第二(d r)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(shngshng)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）。,第三十六页，共五十五页。,第四相呼气(h q)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(zn jin)。电子PEEP、机械PEEP或文丘里PEEP。,第三十七页，共五十五页。,通气模式(msh)的发展演化,第三十八页，共五十五页。,通气模式的数学(shxu)表达,假设病人(bngrn)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