呼吸机治疗系统基本结构介绍

第四节　呼吸机治疗系统的基本结构

无论呼吸机的产品种类和型号如何多，它们的基本结构都是相同的，对临床医护人员来说，了解呼吸机的基本结构和工作原理，是正确操作呼吸机的必要条件。

现代呼吸机通常由控制系统、动力系统、通气源、呼气系统、安全装置、监测系统、报警系统、记录系统、配套设备组成。它的主要功能包括：

（1）基本功能：①产生吸气的驱动力。②完成呼气向吸气的转换。③调节吸入潮气量和吸气时间、峰流量、气道压力等指标。④完成吸气向呼气的转换。

（2）扩展功能：①调节吸入氧浓度。②气道的加温和湿化。③安全阀装置。

（3）通气方式的调节和实施。

（4）附属功能：①监测功能。②报警功能。③显示功能。④记录和通信功能。

一、控制系统

控制系统是整个机器的指挥中心，负责控制其他的系统，完成呼吸机的所有功能。

呼吸机的“吸—呼”和“呼—吸”切换，有气动控制和电动控制两种。

气动控制以压缩气体为动力，驱动机械性机构动作来实现切换。有气动时间切换、气动压力切换等方式。一般用在不使用电源供野外使用的简易呼吸机上。

电动控制方式由控制电路驱动执行机构（如电机、电磁阀）来实现切换。应用微处理器的机器，可以实现复杂的通气模式和通气功能。

二、动力系统和通气源

（一）动力系统

动力系统的功能是将高压气源和电源转换成安全可用的动力，驱动呼吸机的通气过程。

1.气　源

呼吸机的气源有压缩氧气和压缩空气两种，空氧混合器是常见的气路动力装置。它由平衡阀、配比阀和安全装置组成。氧气和压缩空气首先分别进入平衡阀，经过一级和二级平衡后，两种气体的压力相等，经过配比阀形成不同的氧浓度输出。安全装置的作用是，当其中的一种气体供应不正常时，由另一种气体自动切换过来以维持正常供气。

2.电　源

电源系统的任务是将市电转换成低压的直流工作电源（如±5V、 ±12V、 ±24V），同时对蓄电池进行充电。在使用蓄电池时，将蓄电池的电压转换成直流工作电源。电源在隔离、防漏电、抗干扰、不间断供电等方面有严格要求。

（二）通气源

通气源的主要作用是产生吸气压力、流速和吸气时间，给患者提供一定氧浓度的吸气潮气量。

1.供气动力

供气动力就是吸气压力的来源，常见的方式有电动和气动两种。

2.供气的触发

供气的触发即呼吸机由呼气相向吸气相切换的方式。目前常用的切换方式有：自主切换、时间切换和人工切换。

3.吸气流量控制

吸气相，呼吸机向患者的肺内送气，气源有压力发生器（分为恒压发生器和非恒压发生器）与流量发生器（分为恒流发生器和非恒流发生器）两种。

（1）压力发生器

使用恒压发生器，驱动压力在整个吸气相保持恒定，而吸气流速是变化的，初期最大，吸气末停止。吸气时间由开关控制。吸气量与吸气时间、驱动压力成正比，与气道阻力成反比。

使用非恒压发生器，驱动压力在吸气相不恒定，吸气量由所调压力和胸肺顺应性决定。

（2）流量发生器

使用恒流发生器，吸气流速在整个吸气相保持恒定，不受患者的气道阻力和顺应性的影响。吸气量由吸气时间、气流速度决定。

使用非恒流发生器，吸气相的吸气流速不恒定。驱动气流由非线性活塞产生，活塞的运动速度是不均匀的，产生的驱动气流不是恒速的，而且压力也不是恒定的。吸气量是定容的，吸气时间由驱动活塞的速度决定。输出压力与胸肺顺应性有关。

4.吸气流速波形

呼吸机使用的气体流速波形有方波、递减波、递增波、正弦波、半正弦波几种。常用的是方波和递减波。

使用方波，可在吸气时维持恒定高流速。因此，吸气时间短，峰值气道压力高，平均气道压力低，更适合于循环功能障碍或低血压的患者。

使用递减波，吸气时间延长，平均气道压力增高，峰值气道压力降低，更适合于有气压伤的患者。与方波相比，对于呼吸能力较强、初始吸气流速较大的患者，使用递减波，不仅容易满足患者在吸气初期的高流速需求，也有利于患者由吸气相向呼气相的转换。目前，这种波形的应用日渐增多。

5.呼吸机的送气方式

目前的电控气动呼吸机给患者送气的方式有3种：按需阀送气、伺服阀送气、持续气流送气（用于婴儿呼吸机）。

三、呼气系统

（一）呼气的触发

呼气的触发是指呼吸机由吸气相向呼气相切换。目前常用的切换方式有：压力切换、流速切换、容量切换和时间切换。

（二）呼气时间控制

在同步通气下，患者发生吸气动作，呼气相就结束，转为吸气。非同步控制通气时，呼气时间由呼吸频率、吸呼比等参数决定。

（三）呼气压力控制(www.xing528.com)

通常情况下，机器在呼气相提供的压力为零。在某些特殊模式下，呼气相存在正压或负压，如PEEP。

四、安全装置

（一）泄压阀

泄压阀（安全阀）的作用是防止气道压力过高，限定的压力水平可调，范围通常为0～120 cmH2O。如纽邦E200的安全阀可调范围就是0～120cmH2O，Bird Vela则为20～130cmH2O，Maquet Servo-i为0～117cmH2O。如果气道压力在调定的压力范围内，泄压阀关闭。一旦气道压力超出调定的压力，泄压阀就开启，将过高的压力释放掉。当气道压力回落到正常范围，泄压阀又重新关闭。因此，在正常工作状态下，泄压阀是关闭的。通常泄压阀在机器工作时是关闭的，在机器关机时是打开的。

（二）旁路吸入阀

在正常工作状态下，旁路吸入阀是关闭的。一旦正常供气中断，旁路吸入阀就开启，使环境空气进入呼吸管路，保证患者的供气，避免窒息。当供气恢复正常时，旁路吸入阀又重新关闭。

五、监测和报警系统

（一）监测系统

1.直接监测参数

呼吸机的直接监测参数分为3个部分：①压力监测（氧气气源压力监测传感器、空气气源压力监测传感器、吸入端压力监测传感器、呼出端压力监测传感器4种）；②流量监测（吸入端流量监测传感器、呼出端流量监测传感器两种）；③气体浓度（氧、二氧化碳浓度监测传感器）。

2.常规监测内容

包括直接测量的参数和间接计算出来的参数。

（1）压力监测：压力监测的内容为气道峰压、气道平均压、气道平台压、呼气末正压。压力监测是通过压力传感器来实现的。

（2）通气量监测：通气量监测是通过流量传感器来实现的，机器在吸气端或呼气端设置流量传感器，以监测吸入潮气量或呼出潮气量。

（3）吸入氧浓度监测：通过氧浓度传感器（氧电池）来实现对吸入氧浓度的测量。氧浓度传感器的使用寿命在1年左右。

（4）呼吸力学监测：顺应性、呼吸阻力、时间常数等。

（二）报警系统

常见的呼吸机报警功能有：

（1）电源不正常报警。

（2）高气道压力报警。

（3）低气道压力报警。

（4）氧气和空气源供给不正常报警。

（5）辅助通气时自主呼吸停止报警。

（6）吸入氧浓度过高或过低报警。

（7）湿化器水量不足报警。

（8）吸入气体的温度过高或过低报警。

（9）吸气时间太长或吸呼比不正常报警。

（10）分钟通气量过高或不足报警。

（11）人机对抗发生报警（通过一些参数来判断）。

六、其他设备

（一）记录系统（可选）

记录机械通气的呼吸曲线，如容积、流速、压力，及其他一些重要参数。

（二）配套设备

1.气源

空气和氧气的标准压力要求为：50PSI＝350kPa＝0.35MPa＝3.5kg/cm＝3.5bar。

一般呼吸机都可以在一个比较宽的气源压力下工作。

2.加温湿化器

一般使用国际标准的新西兰的Fisher & Paykel公司生产的系列加温湿化器。湿化灌分成人用和儿童用。

3.雾化器

可利用呼吸机自身带的压缩雾化功能，也可使用专用的超声雾化器。

4.呼吸管道

（1）管道的顺应性：呼吸机使用的管道以管道的顺应性为零为最好，也就是使用刚性的管道最好。如果管道有弹性，顺应性不为零，在压力作用下可以扩张，则应作管道的顺应性补偿，否则肺的实际通气量就小于设定的潮气量。高档呼吸机上一般都有管道的顺应性补偿功能。

（2）管道的适用范围：成人管道：用于10kg体重以上患者；儿童管道：3～10kg患者，可用定容、定压方式；3kg以下患者，只能用定压方式。