1、呼吸机的基本原理 与通气模式的发展 机械通气的发展历程 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 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
2、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）。呼吸机的起源与发展 呼吸机的起源与发展 回顾正压机械通气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）。呼吸机的组成 可分为两大部分或三部分：主机主机(气路单元+监控单元)湿化器湿化器(温控+湿化灌)空、氧气源提供装置空、氧气源提供装置 床边压缩机+O2气源 中
3、心气源(Air、O2)(2.55.5)kg/cm2 呼吸机各部分主要功能 主主 机机气源处理、吸呼控制、监测报警 混合器混合器外置或内置机械式，比例阀混合。湿化器湿化器病人吸入气体的加温、加湿 病人管路病人管路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。气气 源源以适当方式提供压缩空气和氧气）其其 它它主机和病人管路的固定或支撑装置 空氧配比方式 机械配比 电子配比 有创正压通气的人机系统工程 输入主机的气体为高压，要求干燥、洁净；输出给病人的混合气体为低压，要求温暖、湿润并达到有效的肺泡通气量。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
4、；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；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）。基本原理示意图 通气控制流程 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；呼气回路PID控制（实现PEEP等），呼出气体排到大气中。呼吸机的分类 目前没有统一分类标准，可按习惯分为：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；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
5、；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；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。通气模式的定义及特点 临床常用的基本通气模式 机械通气吸、呼切换状态分析 两个“开始、转换或切换”两个“相或过程内含保持”正压通气和生理性呼吸的区别与联系 主要物理量和参数 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 需要非常清楚地了解各参数的物理涵义及其作用或影响。时间参数及其符号(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
6、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 容量和流量参数及其符号(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，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）吸气流量触发灵敏度 压力参数及其符号(1)气道压力(Airway Pressure，Pair/Plung不一致)是一个
7、动态物理参数，波形、光柱：Ppeak,Pplateau,Pmean（cmH2O或kPa）(2)吸气压力水平(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 压力参数及压力触发灵敏度 触发压力 P=PEEP-PT 呼吸做功 W=S+SC 气道阻力和顺应性 静态气道阻力 RL=(Ppeak Pplateau)/flow cmH2O/L/s 静态顺应性 CL=VT/(Pplateau PEEP)L/cmH2O 常见通气模式解
8、析（处方）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。机械通气的四个相（状态）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：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,
9、A/C)同步间歇指令通气同步间歇指令通气(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation,SIMV)第一相呼气切换到吸气 压力支持压力支持(Pressure Support Ventilator,PSV)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。容量控制VCV Ft和 Pt曲线：VCV设定 定容：VT/MV=？时间：f、Ti、Te Trise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?
10、PT/FT=?压力控制PCV Ft和 Pt曲线：PCV设定 定压：Pi-Level=？时间：f、Ti、Prise、Tp、I:E=?压力：Pmax=?PT/FT=?同步间歇指令通气同步间歇指令通气 SIMV Ft和 Pt曲线：VCV/PCV间歇+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 压力支持PSV Ft和 Pt曲线：半自主通气模式 PSV设定 压力：Pi-Level=？压力：Pmax=?PT/FT=?VAPSV?SIMV+PSV?持续气道正压CPAP Ft和 Pt
11、曲线：自主通气模式 压力：PEEP、PT吸/FT吸=?或 PT呼/FT呼=?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。容量周期容量周期 (Volume Cycled)也叫定容通气定容通气或容量切换容量切换(容量开关)。第三相吸气转换到呼气 容量限制容量限制 (Volume Limited)在设定的时间内达到设定的潮气量，吸气停止(相当于VCV)。时间周期容量限制时间周期容量限制(Time Cycled,Volume Limited)按一定流量为病人送气，
12、时间到，吸气停，潮气量大小取决于流量(定时开关流量)。第三相吸气转换到呼气 压力周期压力周期(Pressure Cycled)也叫压力切压力切换换，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)。第三相吸气转换到呼气 时 间 限 制 压 力 周 期时 间 限 制 压 力 周 期(Time Limited,Pressure Cycled)：按设定的吸气时
13、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。第二相吸气相 方方 波波(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）。第四相
14、呼气相 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。电子PEEP、机械PEEP或文丘里PEEP。通气模式的发展演化 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：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
15、)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)通气模式的转化 呼吸机的质量保障 一个需要思考和关注的问题 呼吸机临床风险呼吸机临床风险 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；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，对病人生命起支持作用；反之，
16、则影响疗效甚至成为杀手。需要全程质量保障 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。呼吸机使用前的例行检查(OVP)消除一部分潜在风险？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？呼吸机使用前的例行检查 吸气压力水平：平稳、准确？吸入氧浓度：准确度高于5%，阀、混合器故障、氧电池监测？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）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。呼吸机系统故障分布呼吸机系统故障分布1999年年 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