医学ppt课件呼吸机波形基础知识

呼吸机波形基础知识 Made by BB 近10年来因微理器和有关软件的发展, 现代 呼吸机除提供各种有关监测参数外, 同时能提 供机械通气时压力、流速和容积的变化曲线以 及各种呼吸环. 目的是根据各种不同呼吸波形 曲线特征, 来指导调节呼吸机的通气参数, 如通 气模式是否合适、人机对抗、气道阻塞、呼吸 回路有无漏气、评估机械通气时效果、使用支 气管扩张剂的疗效和呼吸机与患者在通气过程 中各自所作之功等. 呼吸机工作过程 上图中，气源部份（Gas Source）是 呼吸机的工作驱动力, 通过调节高压空气 和氧气流量大小的阀门来供应混合氧气 体. 气体流量经流速传感器在毫秒级时间 内测定流量, 调整气体流量阀门(Flow Valve)的直径以控制流量。测定在流速曲 线的吸气流速面积下的积分, 计算出潮气 量. Vt= 流速(升/秒)Ti(流速恒定). 图中控制器（Control Unit）是呼吸 机用于控制吸气阀和呼气阀的切换,它受 控于肺呼吸力学改变而引起的呼吸机动 作. 吸气控制有 a. 时间控制: 通过预设的吸气时间使吸气终止 , 如PCV的设置Ti或I:E. b. 压力控制: 上呼吸道达到设置压力时使吸气 终止,现巳少用, 如PCV的设置高压报警值. c. 流速控制: 当吸气流速降至预设的峰流速% 以下(即Esens), 吸气终止. d. 容量控制: 吸气达到预设潮气量时,吸气终 止. 呼气控制有 a. 时间控制: 通过设置时间长短引起呼 气终止(控制通气) 代表呼气流速(吸气阀 关闭, 呼气阀打开以便呼出气体), 呼气流 速的波形均为同一形态. b. 病人触发: 呼吸机捡测到吸气流速到 吸气终止标准时即切換呼气(Esens). 图中气体流量定量阀(Dosing Flow- Valve)是控制呼吸机输送的气体流量, 由 流量传感器监测并控制, 如此气体流量经 Y形管进入病人气道以克服气道粘性阻力 ， 再进入肺泡的容积以克服肺泡弹性阻 力. 通过打开和关闭呼气阀, 即控制了吸 气相和呼气相. 在吸气时呼气阀是关闭的 . 若压力,容量或吸气时间达到设置值, 呼 气阀即打开, 排出呼出气体. 呼气阀后的PEEP阀是为了维持呼气 末气道压力为正压(即0 cmH2O以上), 目 的是克服內源性(PEEPi);维持肺泡的张开. 由于各厂图形处理软件不一, 故显示 的波形和环稍有差别,但对波形的判断並 无影响. 为便识别吸、呼气相,本波形分析一 律以绿色代表吸气,以兰色代表呼气. 2. 流量-时间曲线(F-T curve) 流速定义:呼吸机在单位时间内在两 点之间输送出气体的速度, 单位为cm/s或 m/s. 流量:是指每单位时间内通过某一点 的气体容量. 单位L/min或L/sec目前在临 床上流速、流量均混用! 本文遵守习称. 流量-时间曲线的横座标代表时间(sec), 纵座标 代表流速(Flow=), 流速(量)的单位通常是“升/分 “(L/min或LPM). 在横坐标的上部代表吸气(绿色), 吸气流量(呼 吸机吸气阀打开, 呼气阀关闭, 气体输送至肺), 曾有八种波形(见下图).目前多使用方波和递减 波. 横坐标的下部代表呼气(兰色)(呼吸机吸气阀关 闭, 呼气阀打开以便病人呼出气体). 呼气流量波 形均为同一形态, 只有呼气流量的振幅大小和 呼气流量回复到零时间上差异. 图. 各种吸、呼气流量波形 A.指数递 减波 B.方波 C.线性递增波 D.线性递减波 E.正弦波 F.50%递减波 G.50%递增波 H. 调整正弦波 2.1. 吸气流量波形(Fig.1) 恒定的吸气流速是指在整个吸气时间内 呼吸机输送的气体流量恒定不变, 故流速 波形呈方形,( 而PCV时吸气流量均采用递 减形-即流量递减), 横轴下虚线部分代表 呼气流速(在呼气流量波形另行讨论). Fig.1吸气流量恒定的曲线形态 1: 代表呼吸机输送气体的开始:取决于a)预设呼吸周期的时间巳达到, 呼气转换为吸气(时间切换)如控制呼吸(CMV). b)患者吸气努力达到了触 发阀,呼吸机开始输送气体,如辅助呼吸(AMV). 2: 吸气峰流量(PIF或PF): 在容量控制通气(VCV)时PIF是预设的, 直接 决定了Ti或I:E. 在PCV和PSV时,PIF的大小决定了潮气量大小、吸气时间长短和压力上升 时间快慢. 3: 代表吸气结束, 呼吸机停止输送气体.此时巳完成预设的潮气量 (VCV)或压力巳达标(PCV),输送的流量巳完成(流速切换),或吸气时间已达 标(时间切换). 45: 代表整个呼气时间:包括从呼气开始到下一次吸气开始前这一段 时间. 6: 14为吸气时间: 在VCV中其长短由预设的潮气量,峰流速和流速波 型所决定, 它尚包含了吸气后摒气时间(VCV时摒气时间内无气体流量输 送到肺,PCV时无吸气后摒气时间). 7: 代表一个呼吸周期的时间(TCT): TCT=60秒/频率. 2.1.1 吸气流量的波型(类型)(Fig.2) 根据吸气流量的形态有方波, 递减波, 递 增波, 和正弦波, 在定容型通气(VCV)中需 预设频率, 潮气量和峰流量, 并选择不同 形态的吸气流量波.!(见Fig.2以方波作为 对比) 正弦波是自主呼吸的波形，其在呼 吸机上的疗效无从证明(指在选擇流速波 形时),巳少用. 雾化吸入或欲使吸气时间 相对短时多数用方波. Fig.2 吸气流速波型 图2中流速以方波作为对比(以虚线表示), 在流速,频率和潮气量均不变情况下, 方波 由于流速恒定不变,故吸气时间最短, 其他 波形因的递减, 递增或正弦状, 因它们的 流速均非恒定不变, 故吸气时间相应延长. 方波: 是呼吸机在整个吸气时间内所输送的气体流量均 按设置值恒定不变, 故吸气开始即达到峰流速, 且恒定 不变持续到吸气结束才降为0. 故形态呈方形 递减波: 是呼吸机在整个吸气时间内, 起始时输送的气 体流量立即达到峰流速(设置值), 然后逐渐递减至0 (吸 气结束), 以压力为目标的如定压型通气(PCV)和压力支 持(PSV=ASB)均采用递减波. 递增波: 与递增波相反, 目前基本不用. 正弦波: 是自主呼吸的波形. 吸气时吸气流速逐渐达到 峰流速而吸气末递减至0,(比方波稍缓慢而比递减波稍 快) 呼气流速波除流速振幅大小和流速回至 基线(即0流速)的时间有所不同外,在形态 上无差别. 2.1.2 AutoFlow(自动变流) (见 Fig.3) AutoFlow并非流速的波形, 而是呼吸机在 VCV中一种功能. 呼吸机根据当前呼吸系 统的顺应性和阻力及设置的潮气量, 计算 出下一次通气时所需的最低气道峰压, 自 动控制吸气流量, 由起始方波改变为减速 波,在预设的吸气时间内完成潮气量的输 送. Fig.3 AutoFlow吸气流速示意图 图3左侧为控制呼吸，由原方波改变为减 速波形(非递减波), 流速曲线下的面积 =Vt. 图右侧当阻力或顺应性发生改变时, 每次 供气时的最高气道压力变化幅度在+3 - -3 cmH2O之间, 不超过报警压力上限5cm H2O. 在平台期内允许自主呼吸, 适用于 各种VCV所衍生的各种通气模式. 2.1.3 吸气流量波形(F-T curve)的 临床应用 2.1.3.1 吸气流速曲线分析-鉴别 通气类型(Fig.4) Fig.4 根据吸气流速波形型鉴别通气类型 图4左侧和右侧可为VCV的强制通气时, 由操作 者预选吸气流速的波形，方波或递减波. 中图为自主呼吸的正弦波. 吸气、呼气峰流速 比机械通气的正弦波均小得多. 右侧图若是压力支持流速波, 形态是递减波, 但 吸气流速可未递减至0, 而突然下降至0, 这是由 于在吸气过程中吸气流速递减至呼气灵敏度 (Esens)的阈值, 使吸气切换为呼气所致, 压力支 持(PS) 只能在自主呼吸基础上才有作用. 这三 种呼吸类型的呼气流速形态相似, 差别仅是呼 气流速大小和持续时间长短不一. 2.1.3.2 判断指令通气在吸气过程中 有无自主呼吸(Fig.5) Fig.5 指令通气过程中有自主呼吸 图5中A为指令通气吸气流速波, B、C为 在指令吸气过程中在吸气流速波出现切 迹,提示有自主呼吸.人机不同步, 在吸气 流速前有微小呼气流速且在指令吸气近 结束时又出现切迹, (自主呼吸)使呼气流 速减少. 2.1.3.2评估吸气时间(Fig.6) Fig.6 评估吸气时间 图6是VCV采用递减波的吸气时间: A:是吸气末流速巳降至0说明吸气时间合适且 稍长, 在VCV中设置了”摒气时间”.( 注意在PCV 无吸气后摒气时间). B:的吸气末流速突然降至0说明吸气时间不足 或是由于自主呼吸的呼气灵敏度(Esens)巳达标( 下述), 切换为呼气. 只有相应增加吸气时间才能 不增加吸气压力情况下使潮气量增加. 2.1.3.4从吸气流速检查有泄漏 (Fig.7) Fig.7 呼吸回路有泄漏 当呼吸回路存在较大泄漏,(如气管插管气 囊泄漏,NIV面罩漏气,回路连接有泄漏)而 流量触发值又小于泄漏速度,使吸气流速 曲线基线(即0升/分)向上移位(即图中浅绿 色部分)为实际泄漏速度, 使下一次吸气 间隔期延长, 此时宜适当加大流量触发值 以补偿泄漏量，在CMV或NIV中,因回路 连接, 面罩或插管气囊漏气可見及. 2.1.3.5 根据吸气流速调节 呼气灵敏度(Esens)(Fig.8) Fig.8 根据吸气峰流速调节呼气灵敏度 左图为自主呼吸时, 当吸气流速降至原峰 流速1025%或实际吸气流速降至10升/ 分时, 呼气阀门打开呼吸机切换为呼气. 此时的吸气流速即为呼气灵敏度(即 Esens). 现代的呼吸机呼气灵敏度可供用户调节 (Fig.8右侧). 右侧图A因回路存在泄漏或 预设的Esens过低, 以致呼吸机持续送气, 使吸气时间过长. B适当地将Esens调高及 时切换为呼气, 但过高的Esens使切换呼 气过早, 无法满足吸气的需要. 故在PSV 中Esens需和压力上升时间一起来调节, 根据F-T,和P-T波形来调节更理想. 2.1.3.6 Esens的作用(Fig.9) Fig.9 Esens的作用 图9为自主呼吸+PS, 原PS设置15 cmH2O, Esens为10%. 中图因呼吸频率过 快、压力上升时间太短, 而Esens设置太 低, 吸气峰流速过高以致PS过冲超过目标 压,呼吸机持续送气,TI延长,人机易对抗. 经将Esens调高至30%, 减少TI,解决了压 力过冲, 此Esens符合病人实际情况. 2.2 呼气流速波形和临床意义 呼气流速波形其形态基本是相似的,其差 别在呼气波形的振幅和呼气流速持续时 间时的长短, 它取决于肺顺应性,气道阻力 (由病变情况而定)和病人是主动或被动地 呼气.(见Fig.10) 1:代表呼气开始. 2:为呼气峰流速:正压呼气峰流速比自主呼吸的 稍大一点. 3:代表呼气的结束时间(即流速回复到0), 4:即1 3的呼气时间 5:包含有效呼气时间4, 至下一次吸气流速的开 始即为整个呼气时间,结合吸气时间可算出I:E. TCT:代表一个呼吸周期 = 吸气时间+呼气时间 2.2.1 初步判断支气管情况和 主动或被动呼气(Fig.11) 右侧图虚线反映是病人的自然被动呼气, 而实线反映了是患者主动用力呼气, 单纯 从本图较难判断它们之间差别和性质. 尚 需结合压力-时间曲线一起判断即可了解 其性质. 2.2.2 判断有无内源性呼气末正 压(Auto-PEEP/PEEPi)的存在 (Fig.12) Fig.12 为三种不同的Auto-PEEP呼气流速波形 图12吸气流速选用方波,呼气流速波形在 下一个吸气相开始之前呼气流速突然回 到0, 这是由于小气道在呼气时过早地关 闭, 以致吸入的潮气量未完全呼出,使部分 气体阻滞在肺泡内产生正压而引起Auto- PEEP( PEEPi). 注意图中的A,B和C, 其突 然降至0时呼气流速高低不一, B最高,依 次为A, C. 实测Auto-PEEP压力大小也与 波形相符合. Auto-PEEP在新生儿, 幼婴儿和45岁以上 正常人平卧位时为3.0 cmH2O. 呼气时间 设置不适当, 反比通气, 肺部疾病(COPD) 或肥胖者均可引起PEEPi. 临床上医源性PEEP= 所测PEEPi 0.8. 如此即打开过早关闭的小气道而又不增 加肺容积. 2.2.3 评估支气管扩张剂的疗效 (Fig.13) Fig.13 呼气流速波形对支气扩大剂疗效评估 图13中支气管扩张剂治疗前后在呼气流 速波上的变化, A: 呼出气的峰流速, B: 从 峰流速逐渐降至0的时间. 图右侧治疗后 呼气峰流速A增加, B有效呼出时间缩短, 说明用药后支气管情况改善. 另尚可监测 Auto-PEEP有无改善作为佐证. 3.压力-时间曲线 3.1 VCV的压力-时间曲线(P -T curve)(Fig.14) 呼吸周期由吸气相和呼气相所组成. 在 VCV中吸气相尚有无流速期是无气体进 入肺内(即吸气后摒气期-吸气后平台), PCV的吸气相是始终为有流速期(无吸气 后摒气). 在呼气时均有呼气流速. 在压力- 时间曲线上吸气相和呼气相的基线压力 为0或0以上(即PEEP). 压力-时间曲线反映了气道压力(Paw)的逐 步变化(Fig.14), 纵轴为气道压力,单位是 cmH2O (1 cmH2O=0.981 mbar), 横轴是时 间以秒(sec)为单位, 基线压力为0 cmH2O. 横轴上正压, 横轴下为负压. Fig.14 VCV的压力-时间曲线示意图 图14为VCV,流速恒定(方波)时气道压力- 时间曲线, 气道压力等于肺泡压和所有气 道阻力的总和, 并受呼吸机和肺的阻力及 顺应性的影响. 当呼吸机阻力和顺应性恒 定不变时, 压力-时间曲线却反映了肺部 情况的变化. A至B点反映了吸气起始时所需克服通气 机和呼吸系统的所有阻力,A至B的压力差 (P)等于气道粘性阻力和流速之乘积 (P=R), 阻力越高或选择的流速越大, 则从A上升至B点的压力也越大,反之亦然 . B点后呈直线状增加至C点为气道峰压 (PIP),是气体流量打开肺泡时的压力, 在C 点时通气机输送预设潮气量的气道峰压. A至C点的吸气时间(Ti)是有流速期, D至E点为 吸气相内”吸气后摒气”为无流速期. 与B至C点压力曲线的平行的斜率线(即A-D), 其 P=VtErs(肺弹性阻力), Ers=1/C即静 态顺应性的倒数, Ers=VT/Cstat). C点后压力快速下降至D点, 其下降速度与从 A上升至B点速度相等. C至D点的压力差主要是 由气管插管的内径所决定, 内径越小C-D压差越 大. D至E点即平台压是肺泡扩张进行气体交换时的压力, 取决于顺应性和潮气量的大小. D-E的压力若轻微下降 可能是吸入气体在不同时间常数的肺泡区再分佈过程, 或整个系统(指通气机和呼吸系统)有泄漏. 通过静态平 台压测定, 即可计算出气道阻力(R)和顺应性(C), PCV时 只能计算顺应性而无阻力计算. E点开始是呼气开始, 依靠胸廓、肺弹性回缩力使肺 内气体排出体外(被动呼气), 呼气结束气道压力回复到 基线压力的水平(0或PEEP). PEEP是呼气结束维持肺泡 开放避免萎陷的压力. 3.1.1平均气道压(mean Paw 或Pmean)( Fig.15) Fig.15 平均气道压 平均气道压(MAP)在正压通气时与肺泡 充盈效果和心脏灌注效果相关(即气体交 换),在一定的时间间隔内计算N个压力曲 线下的区域面积而得, 直接受吸气时间影 响. 气道峰压, PEEP, 吸/呼比和 肺含水量 均影响它的升降. 图中A-B为吸气时间, B -C为呼气时间, PIP=吸气峰压,呼吸基线=0 或PEEP. 一般平均气道压=10-15cmH2O, 不大于30cmH2O. 3.1.2 在VCV中根据压力曲线调 节峰流速(即调整吸/呼比) (Fig.16) VCV通气时, 调节吸气峰流速即调正吸气 时间(Ti)或I/E比. 图16中A处因吸气流速 设置太低, 吸气时间稍长, 故吸气峰压也 稍低. 在B处设置的吸气流速较大, 吸气时 间也短, 以致压力也稍高, 故在VCV时调 节峰流速既要考虑Ti, I/E比和Vt, 也要考 虑压力上限. 结合流速,压力曲线调节峰流 速即可达到预置的目的. 3.2 PCV的压力-时间曲线 (Fig.17) Fig.17 PCV的压力-时间曲线 虚线为VCV, 实线为PCV的压力曲线. 与VCV压 力-时间曲线不同, PCV的气道压力在吸气开始 时从基线压力(0或PEEP) 增至预设水平呈平台 样並保持恒定, 是受预设压力上升时间控制. PCV的气体流量在预设吸气时间内均呈递减形. 在呼气相, 压力下降和VCV一样回复至基线压 力水平, 本图提示了在相同频率、吸气时间、 和潮气量情况下PCV的平台样压力比VCV吸气 末平台压稍低. 呼吸回路有泄漏时气道压将无 法达到预置水平. 3.2.1 压力上升时间(压力上 升斜率或梯度)(Fig.18) Fig.18 PCV和PSV压力上升时间与吸气流速的关系 以压力为目标的通气(如PCV, PSV), 压力 上升时间是在吸气时间内使预设的气道 压力达到目标压力所需的时间, 事实上是 呼吸机通过调节吸气流速的大小, 使达到 预设压力的时间缩短或延长. 图18是PCV或PSV(ASB)压力上升时间在压力,流速曲 线上的表现. a,b,c分别代表三种不同的压力上升时间, 快慢不一. 调节上升时间即是调节呼吸机吸气流速的增 加或减少, a,b,c流速高低不一, 导致压力上升时间快慢 也不一. 吸气流速越大, 压力达标时间越短(上图)， 相 应的潮气量亦增加. 反之亦然. 流速图a有短小的呼气流 速波是由于达到目标压有压力过冲, 主动呼气阀释放压 力过冲所致, 压力上升时间的名称和所用单位各厂设置 不一.如Evita 设定的是时间0.05-2.0s(4), PB-840是流速 加速%FAP50-100%, 而Servo-i为占吸气时间的%. 3.3 临床意义 3.3.1 评估吸气触发阈和吸气 作功大小(Fig.19) Fig.19 评估吸气作功大小 图19为CPAP模式, 根据吸气负压高低和吸气相 内负压触发面积(PTP=压力时间乘积), 可初步 對患者吸气用力是否达到预置触发阈和作功大 小作定性判断. 负压幅度越大,引起触发时间越 长,PTP越大,病人吸气作功越大. 图中a. 吸气负 压小, 吸气时间短, 吸气相面积小, 吸气作功也 小. b. c. 吸气负压大, 吸气时间长, 吸气相面积 大, 吸气作功也大. 是否达到触发阈在压力曲线上,可見及触发是否 引起吸气同步. 3.3.2 评估平台压(Fig.20) Fig.20 评估平台压 在PCV或PSV时, 若压力曲线显示无平台样压力 , 如图20 A所示, PCV的吸气时间巳消逝, 但压 力曲线始终未出现平台样压力. 应先排除压力 上升时间是否设置太长, 呼吸回路有无漏气. 如 为VCV时,设置的吸气流速是否符合病人需要或 未设置吸气后摒气(需同时检查流速曲线和呼出 潮气量是否达标以查明原因). 此外有的呼吸机 因吸气流速不稳定, 也会出现这种情况 3.3.3 呼吸机持续气流对呼吸 作功的影响 (Fig.21) Fig.21 持续气流对呼吸作功的影响 图21中, 呼吸机提供的持续气流增加时, Paw在自主呼吸中基线压力下是降低的, 同时呼气压力增加(因呼气时持续气流使 阻力增加). 正确使用持续流速使吸气作 功最小, 而在呼气压力并无过份增加, 在 本病例中,当持续气流为10-20 L/min时, 在 吸气作功最小, 呼气压力稍有增加. 但持续气流增至30 L/min则呼气作功明显 增加. 本图是患者自主呼吸 (CPAP=5cmH2O), 流速波形为正弦波, 图 中的病人呼吸流速和潮气量均无变化. 3.3.4 识别通气模式 通过压力-时间曲线可识别通气模式, 如 CMV/AMV, SIMV, SPONT(CPAP), BIPAP等. 3.3.4.1自主呼吸 (SPONT/CPAP)的吸气用力和 压力支持通气(PSV/ASB) (Fig.22) Fig.22 自主呼吸和压力支持通气的压力-时间曲线 图22均为自主呼吸使用了PEEP, 在A处曲线在基线处 向下折返代表吸气, 而B处曲线向上折返代表呼气, 此即 是自主呼吸, 若基线压力大于0的自主呼吸称之为CPAP. 右侧图吸气开始时有向下折返波以后压力上升, 第一个 为PCV-AMV, 第二个为自主呼吸+PSV, PS一般无平台 样波形出现(除非呼吸频率较慢且压力上升较快), 注意 压力支持通气是必需在患者自主呼吸基础上才可有压 力支持, 而自主呼吸的吸气时间并非恒定不变, 因此根 据吸气时间和肺部情况同时需调节压力上升时