呼吸模式设计要点

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1、 研发中心研发中心技术部制作技术部制作2004年年7月月 呼吸模式设计要点呼吸模式设计要点 控制通气（CMV) 分VCV和PCV两种 VCV（容量控制通气） 以潮气量为控制目标，不控制压力 PCV（压力控制通气） 以压力为控制对象，不控制容量 CMV设计整体要求 输入：时间条件、控制目标（一定氧浓度的潮 气量或气道压力）和安全条件； 输出：吸气时序和呼气时序，用于控制吸气阀 的开启依呼吸周期而定； 一定氧浓度的潮气量或气道压力； 呼气末正压PEEP，呼吸机根据呼气阀控 制曲线，通过D/A输出对应PEEP阀值的 电流到呼气阀上，用于控制PEEP值。 呼吸频率的改变改变频率后，新的呼吸的产生要遵循

2、如下规则：当前呼吸的吸气时间不改变；直到最少500ms的呼气时间过后，才允许进行一次新的送气；开始按新的呼吸频率通气的最大时间t（从上一次吸气到改变频率后第一次吸气开始的时间）不超过3.5倍的当前吸气时间，或是新的呼吸周期（取两者较大值），但不能超过改变前的呼吸周期； 续 在频率改变后和时间t前，如果病人触发了一 次呼吸，则按新的呼吸频率送气。 CMV时序产生条件CMV指令指令时序产生相关输入条件时序产生相关输入条件 ：呼吸频率rate，吸气时间Ti，屏气时间Tp； 续一安全保护条件：压力上限报警条件，一旦呼吸机通过压力传感器检测道的气道压力超过设定的压力上限值，不论呼吸机处于什么时序，都将转

3、换为呼气时序； 续二病人触发PIM呼吸产生的条件触发压力PT； 当监测到病人的吸气努力使得气道压力下降到设置的触发灵敏度时，若触发发生在开始呼气的0.5s内则不响应触发，否则呼吸机按照设定的潮气量和吸气时间响应送气； CMV时序输出为依据上述条件产生的吸气时序和呼气时序； CMV控制的三种情况 没有检测到病人触发，按照机器的设定周期性的通气。 通气全由病人触发的情况，这时总的呼吸频率会大于设置的呼吸频率。 既有病人触发送气也有机器指令通气 VCV控制相关 VCV输入条件输入条件：潮气量Vt；吸气时间Ti；吸入氧浓度FiO2；呼气末正压PEEP。控制算法 VCV控制目标 空气和氧气的flow值；

4、flow=Vt/Ti，在总的潮气量里依据氧浓度计算出的空气的潮气量为Vtk，氧气的潮气量为Vty，则可以分别求出空气和氧气的flow值，假定供气流速为方波，然后依据各自的流量阀的电压流量输出曲线进行控制；通过各自的传感器进行反馈，以控制潮气量和氧浓度在误差范围内；调准频度为一个呼吸周期调准一次； 在呼气段控制PEEP值，依据呼气阀的电流和压力输出曲线进行控制。 VCV的输出和反馈输出： 控制空、氧吸气流量阀的控制值，以达到满足设定潮气量和氧浓度的空气和氧气的流速控制值；反馈值： 空气和氧气的流速值。调准的目标就是这两个值。 VCV的通气波形 PCV的输入条件输入条件：Pinsp.：吸气压力；T

5、slope：压力上升斜坡；吸气时间Ti；吸入氧浓度FiO2。 PCV的输出和反馈输出： 通过设定的氧浓度和Pinsp.，Tslope控制吸、呼气流量阀的控制值，按比例实时的控制两个流量阀的开启大小，以满足在整个吸气过程里吸气压力基本维持在设定的吸气压力水平上。 反馈： 空气和氧气的流速值，实时控制调准的压力值。调准的目标就是这两个值。 PCV的压力数学模型P=Pmus+Paw=R*V+ Vt*1/C；气道阻力的压力Pmus=R*V；弹性阻力的压力Paw=Vt*1/C， 其中：R为气道阻力；V为气流速度；C为胸肺顺应性；Vt为潮气量。 数学模型演变控制压力模型可以演变为：Pn=R*Vn+1/C*

6、(V1*t+V2*t+Vn*t) 时间常数=R*C。 开阀初始流速初始流速可以考虑弹性阻力为0来设计， 因为刚开始通气时，只有气道阻力，没 有弹性阻力； 初始流速的确定可以参考压力支持通气 模式下确定初始流速的方法通气。 考虑PEEP参与控制，以最大初始流速 来送气。 PCV带压力斜坡斜坡阶段以恒定流速供气，当达到 PCV控制值时，再按上述数学模型加 以控制；初始流速为：FLOW=C*P/Tslope。 PCV控制成功的关键关键一： 实时的测量系统的R和C。 顺应性（顺应性（C）：每单位压力变化而产生的容积变化。）：每单位压力变化而产生的容积变化。 容积变化（容积变化（V） 顺应性（顺应性（C

7、） = （L/Kpa） 压力变化（压力变化（P） C 弹性阻力弹性阻力 C 弹性阻力弹性阻力 气道阻力测量R=(大气压与肺内压之差)/单位时间内气体流量 =P/V；V：流速大小； 应是单位时间内的流速通过造成压力的变化值。 PCV控制成功的关键（续）关键二 为了保证压力控制值的稳定，呼气阀门为了保证压力控制值的稳定，呼气阀门参与控制，通过参与控制，通过PEEP阀在吸气阶段预置阀在吸气阶段预置压力控制水平值，所以在整个送气过程压力控制水平值，所以在整个送气过程里，会有溢气发生，以释放掉超出压力里，会有溢气发生，以释放掉超出压力控制的部分。控制的部分。 PCV通气波形 PCV和VCV的比较 PCV

8、和VCV的比较（续） （Manual）手动控制手动通气应遵循如下规则： Spontaneous（自主呼吸）可以带压力支持（PS）；吸气呼气完全由病人触发决定；PEEP阀的作用。 控制参数输入 PSV水平：060cmH2O； Tslope(Press. Taper) ：02s； PEEP/CPAP： 030 cmH2O。 自主呼吸不带压力支持 设计上考虑通气过程中气道压力控制在不超过PEEP上36cmH2O范围内选定都可行； 自主呼吸带压力支持与PCV的压力控制数学模型类似。初始流速： 对于压力斜坡为0时，不能按照理想的最大流速来供气，即阀的开启也应该是一个渐进过程，只不过是这个过程非常短，以每

9、8ms（控制速度，每8ms控制一次阀的开启大小）上升2L/s的速度增加流速，直至达到PSV控制的水平，此时的流速就为峰值流速，以后的控制过程可以参照PCV平台过程的控制。控制时间越短，效果越好。如果考虑PEEP的作用，则不一样了。 PEEP的作用 在自主呼吸模式下不管带不带压力支持，在整个通气过程里，为了保证压力控制的实现，与压力控制类似，通过PEEP阀在吸气阶段预置压力支持水平值，所以在整个送气过程里，会有溢气发生，以释放掉超出支持压力的部分。所以在压力支持通气下，PEEP起到了关键的作用。 呼气灵敏度当流速降到本次通气最大流速的25%时；当压力上升超过PSV水平的3cmH2O时；吸气时间超

10、过4s；如连续3次吸气时间超过4s，则发出漏气报警；要保证最短0.5s的呼气时间。 自主呼吸和压力支持比较 自主呼吸和压力支持比较（续） SIMV呼吸模式由控制通气和自主呼吸组成的呼吸模式 ；同步触发窗的规定，减少人机对抗 。注意：Drager和PB有所区别。我们采用Drager的SIMV实现方式。 触发窗的规定 上一次控制通气吸气结束到下一次控制通气吸气开始的时间定义为t1，如果： t10.5s，Ttr=0； 0.5st15.5s，Ttr=t1-0.5s；最小呼气时间保护。 5.5st1，Ttr=5s； Ttr为下一次IMV开始之前的一段时间。在触发窗触发后，相当于下一次的IMV呼吸提前，再

11、下一次的IMV间隔保持不变，除非在触发窗里触发呼吸。 触发窗外 对于在触发窗以外发生的呼吸都为自主 呼吸。 自主呼吸段的通气过程与自主呼吸相同。 自主呼吸进入IMV采取满足潮气量的原则完成本次通气。 计算自主呼吸段吸了多少潮气量，与IMV下的设置潮气量比较， 如果自主吸气大于设置潮气量，则本次自主吸气完成后，不进行接着来的强制通气； 反之，计算出两者的差值V，按照强制通气的开阀大小对应的流量flow， 用公式t=V/flow计算出吸气时间t，完成本次呼吸。 其他SIMV了解（PB）几种时间的规定： Tm内发生触发病人触发发生在强制通气时间段： Tm内没有触发在强制通气时间段里病人没有触发发生，

12、在最长的Tm时间过后，诱发一次强制通气。 Tb和Tm的确定Tb=60/f；最大的Tm由下面条件确定（取小值）： 06Tb或10秒 。 SIMV总计频率 在SIMV下，指令通气到指令通气的最长时间间隔为16Tb或10秒+Tb； 不同于CMV的是，总计呼吸频率有可能比设置呼吸频率低。 BIPAP通气关键点：呼气阀门。因为要靠它来维持两 个压力水平。 实现方法：PEEP阀控制； 在吸气时间（高压段）和呼气时间（低压段）这两个阶段，通过在PEEP上施加不同的压力控制值对应的模拟电流值，就控制好了两个压力水平值。 BIPAP的分解一方面我们可以把它看作一个不限制自主吸气的压力控制模式；另一方面又可以认为

13、是一个随时间周期性改变两个CPAP水平值的CPAP系统。 单独BIPAP通气输入条件： 呼吸频率f； 吸呼比I：E或吸气时间Ti； 两个压力水平Pinsp/Pmax和PEEP/CPAP； 压力上升斜坡。注注： 潮气量不是一个固定数值，与两个压力 水平值相关。 无屏气过程 。 压力上限是一个相对于吸气压力的值，通常比吸气压力高3cmH2O 。 控制过程低压力水平CPAP的维持与前面介绍的PEEP类似。 高压力水平段。首先是完成压力上升段，与自主呼吸下的压力斜坡相同达到高压力后，通过吸气阀们来维持压力平台。 BIPAP-SIMV IMV阶段的吸气时间由IPPV的呼吸频率和吸呼比决定，由IMV的频率

14、来决定时间周期。IMV阶段的呼吸方式与单纯的BIPAP方式一致。 CPAP水平段均为自主呼吸，同时还可以加上PSV水平，当加上PSV时，同样的压力上升斜坡也应用到自主吸气过程中。没有同步窗。 BIPAP-APRV 与单纯的BIPAP的区别：高压阶段时间很长，低压时间很短，压力上升斜坡为固定值64ms。适用于那些气体交换不均匀的病人。 通气相关其它条件 流速触发 持续气流。其值比设定的流速触发值大1.5L/min； 实际设计中，可以根据流量阀控制的最小流速和传感器的最小测量值来确定这个差值。 流速触发判断 病人在呼气后期通过吸气努力，使得吸气传感器和呼气传感器测到的流速有差值，随着病人的吸气努力

15、加大，这个差值也越来越大，当差值达到设定的触发灵敏度时，病人就触发了一次呼吸。 流速触发图解 注意潮气量的计算，要考虑持续气流对吸气和呼气的潮气量的影响。 顺应性补偿驻留在病人回路里的气体容量，叫做顺应性容量（Vc）。Vc=Cpt ckt (Pend insp -Pend exp)Cpt ckt：病人回路顺应性；Pend insp：病人吸气末的气道压力； Pend exp：病人呼气末的气道压力； 最大补偿约束条件：Vcomp max=FactorTidal Volume;Vcomp max：最大顺应性补偿潮气量； Factor：补偿因子。 补偿因子 通气波形 方波通气； 加速波通气； 减速波通

16、气； 正旋波通气。 模型建立依据不同通气波形的数学模型的建立，都是以方波送气方式为基础来建立。建立的依据就是在同一吸气时间里，波形覆盖的面积相等。 加速波模型建立如图： 假设条件根据面积相等原则，分别假设方波和加速波覆盖下的面积为S1和S2，有S1=S2。 令加速波的峰值为方波的1.7倍； 加速段时间和减速段时间比为2：1； 初始流速B为1/3A； 依据这些条件就可以求出吸气末流速C，这样的话就可以描述出加速波的数学模型了 。 数学推理 S1=At； S2=2/3t1/3A+1/22/3t(1.7A-1/3A)+C/3t+1/21/3t(1.7A-C) 可以求出：C=0.23A。 谢谢大家！谢谢大家！