呼吸机的基本原理和通气模式

通气机新乡医学院第一(dìyī)临床学院麻醉学教研室巩红岩第一页，共八十页。精选课件机械(jīxiè)通气的发展历程口对口(duìkǒu)人工呼吸1800年前，金匮要略、华佗医方中有类似体外按压(ànyā)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。精选课件

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(xiàndài)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(qǐyuán)与发展第三页，共八十页。精选课件呼吸机的起源(qǐyuán)与发展回顾(huígù)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）。第四页，共八十页。精选课件呼吸机的组成(zǔchénɡ)

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(yǎngqì)源提供装置

—床边压缩机+O2气源

—中心气源(Air、O2)(2.5~5.5)kg/cm2

第五页，共八十页。精选课件呼吸机各部分主要(zhǔyào)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(hùnhé)。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，共八十页。精选课件通气(tōngqì)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(zìdòng)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.第七页，共八十页。精选课件空氧配比(pèibǐ)方式机械配比(pèibǐ)电子配比(pèibǐ)第八页，共八十页。精选课件有创正压通气(tōngqì)的人机系统工程输入主机的气体(qìtǐ)为高压，要求干燥、洁净；输出给病人的混合气体(qìtǐ)为低压，要求温暖、湿润并达到有效的肺泡通气量。第九页，共八十页。精选课件主机工作(gōngzuò)原理①压缩气源的处理：减压、过滤；②空气、氧气配比混合，稳压(wěnyā)，送到吸气阀；③在吸气相按约定通气模式和参数向病人送气；④同时监控参数、满足条件,“切换”到呼气相；⑤打开或不完全打开呼气阀完成呼气过程；⑥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。精选课件基本原理示意图第十一页，共八十页。精选课件通气控制(kòngzhì)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(hūqì)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。精选课件呼吸机的分类(fēnlèi)

目前没有统一分类标准，可按习惯(xíguàn)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。第十三页，共八十页。精选课件通气模式的定义(dìngyì)及特点——临床常用的基本(jīběn)通气模式第十四页，共八十页。精选课件机械通气吸、呼切换(qiēhuàn)状态分析两个“开始、转换(zhuǎnhuàn)或切换”两个“相或过程内含保持”第十五页，共八十页。精选课件正压通气和生理性呼吸的区别(qūbié)与联系第十六页，共八十页。精选课件通气(tōngqì)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(tíngzhǐ)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

第十七页，共八十页。精选课件机械(jīxiè)通气基本原理吸气(xīqì)相吸气向呼气(hūqì)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

流量触发第十八页，共八十页。精选课件主要(zhǔyào)物理量和参数时间(shíjiān)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。第十九页，共八十页。精选课件时间参数(cānshù)及其符号(1)通气频率(f：0～120)bpm(2)吸呼比(I:E=Ti:Te

)(3)吸气时间(shíjiān)

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。精选课件容量(róngliàng)和流量参数及其符号(1)分钟通气量(MV，L/min)=VT×f(2)潮气量(TV/VT，ml)=VTI=VTE=∫F.dt(3)吸气(xīqì)流量(F

，l/s)，是一个动态参数，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）第二十一页，共八十页。精选课件吸气(xīqì)流量触发灵敏度第二十二页，共八十页。精选课件压力参数(cānshù)及其符号(1)气道压力(AirwayPressure，Pair/Plung不一致)是一个动态物理(wùlǐ)参数，波形、光柱：

Ppeak,Pplateau,Pmean（cmH2O或kPa）(2)吸气压力水平(Pi-Level：0～10kPa)？(3)呼气末正压(PEEP：0.1kPa～3kPa)(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：(60~70)cmH2O，高压：＞120kPa第二十三页，共八十页。精选课件压力参数(cānshù)及压力触发灵敏度触发(chùfā)压力P=PEEP-PT呼吸做功

W=ΔS+SC第二十四页，共八十页。精选课件气道阻力(zǔlì)和顺应性静态(jìngtài)气道阻力

RL=(Ppeak–Pplateau)/flowcmH2O/L/s静态顺应性

CL=VT/(Pplateau–PEEP)L/cmH2O第二十五页，共八十页。精选课件常用通气(tōngqì)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(chóngfù)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。第二十六页，共八十页。精选课件机械(jīxiè)通气的四个相第二十七页，共八十页。精选课件第一相——呼气切换(qiēhuàn)到吸气基于第一相定义和设计通气模式，根据(gēnjù)吸气初始化条件或人机关系的不同，可分为：控制模式ControlModeVentilation,CMV/VCV/PCV

辅助控制模式(Assist-ControlMode,A/C)

同步间歇指令通气(SynchronizedIntermittentMandatoryVentilation,SIMV)第二十八页，共八十页。精选课件第一(dìyī)相——呼气切换到吸气压力支持(PressureSupportVentilator,PSV)持续气道正压(ContinuousPositiveAirwayPressure,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(tōngqì)可以看作时间触发。

第二十九页，共八十页。精选课件容量(róngliàng)控制VCVF—t和P—t曲线：VCV设定(shèdìnɡ)定容：VT/MV=？时间：f、Ti、TeTrise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?

第三十页，共八十页。精选课件压力(yālì)控制PCVF—t和P—t曲线(qūxiàn)：PCV设定定压：Pi-Level=？时间：f、Ti、

Prise、Tp

、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?第三十一页，共八十页。精选课件同步间歇(jiànxiē)指令通气

SIMVF—t和P—t曲线：VCV/PCV间歇(jiànxiē)+自主

VT/MV=？

Pi-Level=？时间：f/RR

、Ti、

Trise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?

PT/FT=?fsimv=(0~f)?，f总=fsimv+f自主第三十二页，共八十页。精选课件压力(yālì)支持PSVF—t和P—t曲线：半自主通气模式(móshì)PSV设定压力：Pi-Level=？压力：Pmax=?PT/FT=?VAPSV?SIMV+PSV?第三十三页，共八十页。精选课件持续(chíxù)气道正压CPAPF—t和P—t曲线：自主(zìzhǔ)通气模式压力：PEEP、PT吸/FT吸=?或PT呼/FT呼=?第三十四页，共八十页。精选课件第二(dìèr)相——吸气相方波(SquareWaveFlowPattern)

可快速建立(jiànlì)起通气和在有效的时间内维持恒定的气流。加速波(AcceleratingFlowPattern)减速波(DeceleratingFlowPattern)

气流迅速上升到峰值，紧接着减速。正弦波(SineWaveFlowPattern)

兼加速和减速波通气的特点。SIGN,潮气量加倍（延长吸气时间）。第三十五页，共八十页。精选课件第三(dìsān)相——吸气转换到呼气

基于第三相定义和设计通气模式(móshì)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(VolumeCycled)也叫定容通气或容量切换(容量开关)。第三十六页，共八十页。精选课件第三相——吸气(xīqì)转换到呼气容量(róngliàng)限制(VolumeLimited)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(TimeCycled,VolumeLimited)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)。第三十七页，共八十页。精选课件第三相——吸气转换(zhuǎnhuàn)到呼气压力周期(PressureCycled)

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(TimeCycled,PressureLimited)

按能维持设定的气道压力水平所必需的流速为患者(huànzhě)送气，当达到设定的吸气时间时，吸气停止(相当于PCV)。第三十八页，共八十页。精选课件第三(dìsān)相——吸气转换到呼气时间限制压力周期(TimeLimited,PressureCycled)：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(shuǐpíng)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。第三十九页，共八十页。精选课件第四相——呼气(hūqì)相

实现PositiveEndExpiratoryPressure,PEEP增加功能残气量(FunctionalResidualCapcity,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(diànzǐ)PEEP、机械PEEP或文丘里PEEP。第四十页，共八十页。精选课件通气模式(móshì)的发展演化第四十一页，共八十页。精选课件通气模式(móshì)的数学表达

假设病人(bìngrén)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/SIMVVC+PSV/SIMVPC+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)第四十二页，共八十页。精选课件通气模式(móshì)的转化

第四十三页，共八十页。精选课件第四十四页，共八十页。精选课件麻醉通气机新乡医学院第一临床(línchuánɡ)学院麻醉学教研室巩红岩第四十五页，共八十页。精选课件

麻醉通气机

麻醉(mázuì)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.第四十六页，共八十页。精选课件

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(huànzhě)气道直接连接。麻醉通气机第四十七页，共八十页。精选课件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(yǐlái)回气流的方式工作。第四十八页，共八十页。精选课件三输出气体不直接(zhíjiē)作为患者吸入气体，通常不设置湿化装置。第四十九页，共八十页。精选课件

麻醉(mázuì)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(páichú)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。精选课件麻醉通气(tōngqì)机输出气路原理

袋箱驱动气路第五十一页，共八十页。精选课件麻醉通气(tōngqì)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(róngliàng)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。精选课件麻醉(mázuì)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(fēngxiāng)在呼气末充满复位

第五十三页，共八十页。精选课件麻醉通气机输出(shūchū)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(kōngqì)正常张缩运动，不易被使用者发现第五十四页，共八十页。精选课件麻醉通气(tōngqì)机输出气路原理

长管驱动气路第五十五页，共八十页。精选课件麻醉通气(tōngqì)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(pínghéng)，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。精选课件麻醉(mázuì)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(quēyǎnɡ)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第五十七页，共八十页。精选课件麻醉(mázuì)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(shèjì)组成第五十八页，共八十页。精选课件麻醉通气机输出气路原理(yuánlǐ)

电动风箱第五十九页，共八十页。精选课件

麻醉通气(tōngqì)机的用前检查

麻醉中发生的通气机意外，常常造成(zàochénɡ)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。精选课件

麻醉(mázuì)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(huànzhě)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。精选课件麻醉(mázuì)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(tíngzhǐ)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。精选课件

麻醉通气(tōngqì)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(jīxiè)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

第六十三页，共八十页。精选课件麻醉通气机操作(cāozuò)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(ɡěidìnɡ)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。精选课件呼吸机的质量(zhìliàng)保障——一个需要思考(sīkǎo)和关注的问题第六十五页，共八十页。精选课件

呼吸机临床(línchuánɡ)风险根据“ISO14971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(shēngmìng)起支持作用；反之，则影响疗效甚至成为杀手。

第六十六页，共八十页。精选课件需要全程质量(zhìliàng)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(jiànlì)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。第六十七页，共八十页。精选课件呼吸机使用前的例行(lìxínɡ)检查(OVP)

消除一部分潜在风险？①电源气源检查：风险较多、断气断电？②气密性检查：内、外气路和插管漏气？③压力上限：不准或失灵，机械的？④呼气分钟通气量上、下限:漏气/自主？⑤窒息报警：脱管、病人没有呼吸(hūxī)响应？⑥触发灵敏度：不准或误触发？第六十八页，共八十页。精选课件呼吸机使用(shǐyòng)前的例行检查⑦吸气压力水平：平稳、准确？⑧吸入氧浓度：准确度高于5%，阀、混合器故障、氧电池监测？⑨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(xiàoguǒ)）预设在（32～37）℃，然后等待或用于病人，急救时可以只进行第①、②步检查。第六十九页，共八十页。精选课件

呼吸机系统故障分布(fēnbù)

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。精选课件加热(jiārè)湿化器工作原理出气口进气口接在吸气(xīqì)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(wēnshī)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。精选课件加温(jiāwēn)、加湿要求到达病人口(rénkǒu)边的气体温度：

31℃≤T≤37℃,连续可调吸入气体的绝对湿度：

HA≥30mg.L-1第七十二页，共八十页。精选课件加热(jiārè)湿化器的性能测试ISO8185建议插管病人最小吸气湿度(shīdù)水平：≥30mg/L0102030405060708090流量(liúliàng)(L.min-1)口边温度38℃36℃34℃31℃(mg.L-1)403530