呼吸机工作原理及主要参数校准方法

王芬

呼吸机是当前大型医院必备的抢救设备，广泛应用于各医院临床科室的急救和重症监护室中，主要功能是通过机械装置为呼吸功能不全的危重病人提供呼吸支持，是延长病人生命、为治疗争取宝贵时间的重要工具，特别是在2003年全国抗击“非典”的战役中发挥了重要作用。近年来，随着呼吸机数量的不断增加，在日常使用中也暴露出了很多质量问题，所以确保呼吸机参数的准确、使用的安全和质量的可靠显得尤为重要。下面就呼吸机的工作原理及检测方法做简单介绍。

1 呼吸机结构原理及临床中的应用

1.1 呼吸机的临床作用

（1）改善通气功能：正确应用呼吸机可有效保证通气量，解除二氧化碳贮留和因通气障碍所致的缺氧，在纠正呼吸性酸中毒和降低PaCO2方面有不可替代的优越性。

（2）改善换气功能：应用呼吸机纠正肺内气体分布不均，提高氧浓度。特别是呼气末正压的应用，使通气／血流比例失调和肺内分流得到改善。能纠正严重的低氧血症。

（3）减少呼吸功能：平静呼吸时，氧耗量在总氧耗量5%以下，而严重呼吸困难时氧耗量可以超过30%，使用呼吸机可全部或部分代替呼吸肌的工作，减少能量消耗，避免呼吸疲劳，并减轻循环负担。

总之，呼吸机就是一个给人打气的气桶，不管是什么原因导致的不能呼吸、肺泡氧交换能力不足（如矽肺），呼吸机都可以让人保持呼吸，如果交换不足的话，可提高氧浓度，使其维持住呼吸机能，保持血液中的供氧能力，争取救治时间。

1.2 呼吸机的分类

（1）应用场合：急救及转运呼吸机、家用呼吸支持、治疗呼吸机；

（2）驱动方式：气动电控、电动电控、气动气控；

（3）应用患者：成人、儿童、新生儿。

1.3 呼吸模式

（1）IPPV（间歇正压通气）呼吸机最基本的通气方式。

吸气相呼吸机将气体压入体内，气道内产生正压，呼气管道与大气相通，胸肺组织弹性回缩将气体排出，直到压力与大气相等；比较多地应用于麻醉机中的呼吸模式。

（2）VCV（容量控制通气）

输出就是以设定的容量为参考点,主要设定潮气量。

（3）PCV（压力控制通气）

为控制通气，压力为控制的参数，气体分布均匀，氧和通气良好，需监测潮气量。

（4）PSV（压力支持通气）

在病人自主呼吸的基础上，每次呼吸得到一定压力的呼吸支持。

（5）SIMV（同步间歇指令通气）

在病人自主呼吸的基础上，每分钟插入几次有规律的、间隙的指令性通气；从机械通气过度到自主呼吸。

（6）PEEP（持续气道正压通气）

控制呼吸时，呼气机维持较低的气道正压。目的在于使萎陷的肺泡复张，提高氧分压。

（7）CPAP（持续气道正压通气）

于吸气期和呼气期均送入恒定的正压气流，使气道保持正压。适用于自主呼吸的病人，作用与PEEP相似，PSV+PEEP。

（8）A/C（辅助控制通气）

AV+CV自动选择；

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AV(辅助通气)——靠患者触发，呼吸机以预置条件提供通气辅助；

CV(控制通气)——完全由呼吸机来控制通气的频率、潮气量和吸呼时间比；

1.4 呼吸机主要参数

（1） 潮气量——Vti、Vte：

潮气量是最重要的参数，代表患者单次吸入或呼出气体的体积，一般分VTI和VTE，分别代表吸入和呼出潮气量。对呼吸机而言，指机器每次向患者传送的混合气体的体积，单位为毫升或升（mL或L）。

（2）呼吸频率——f：

呼吸频率，每分钟以控制辅助或自主方式向患者送气的次数。

（3）分钟通气量——MV=潮气量×呼吸频率：

分钟通气量，患者每分钟吸入或呼出的气体体积，对呼吸机而言，指机器每分钟向患者传送的混合气体的体积，分钟通气量等于潮气量乘以呼吸频率，单位为毫升或升（mL或L）。

（4）吸呼比——I∶E：

吸呼比就是吸气时间和呼气量的比例关系。最常见的设置就是1∶2。

（5）气道压力：

峰值压力、气道平均压、平台压、吸气压力水平、PEEP（呼气末正压）。

（6）氧浓度、顺应性、气阻：

氧浓度是由呼吸机将气源输入的空气、氧气按照设定的浓度进行配比后输送给患者。

顺应性，通俗地来说，就是人体肺泡的弹性系数。在某一潮气量情况下，可以达到的压力值是多少。

气阻就是气道阻力。

顺应性和气阻构成了模拟肺的参数。

（7）触发：

就是自主呼吸后吸气动作所能达到了负压流量和压力，代表患者吸气的深度。通常在自主呼吸模式下，会设定这么一个触发灵敏度来保证，即要让患者真正的呼吸动作能够吸到气，还要避免被诸如咳嗽之类的气流波动影响呼吸的正常动作。包括压力触发、流速触发。

1.5 报警设置

（1）潮气量高、低报警；

（2）分钟通气量高、低报警；

（3）气道压力高、低报警；

（4）呼吸频率高、低报警，窒息报警；

（5）氧浓度高、低报警。

1.6 呼吸机的结构

呼吸机由控制（气控、电控）、监测、气路、气源、湿化装置等几部分组成。

控制——电控（电脑、单片机、电路）、气控（流量调节阀、频率调节阀）；

监测——液晶、数显仪表、数码管、指示灯显示方式；

气路——调压阀、流量阀、空氧混合阀等；

气源——集中供气、空压机、气瓶、活塞供气方式；

湿化装置——湿化器、人工鼻等。

2 呼吸机通气参数的校准方法

2.1 校准前检查

检查被校准呼吸机的外观、附件、气源、呼吸管路等连接是否正常，开机检查呼吸机通气功率是否正常。然后正确连接呼吸机校准仪和模拟肺，连接方法见下图，并按校准仪说明书要求对其进行开机预热。

呼吸机校准系统连接示意图

2.2 通气参数误差及偏差计算

对各项通气参数的校准，采用多点测量法，分别记录校准仪示值与呼吸机示值，然后分别计算呼吸机各校准点输出误差和示值偏差，并取各校准点误差或偏差的最大值为测量结果。

δ— 为示值误差

μ—为输出误差

X—为呼吸机设定值（标称值）

Y—为呼吸机示值

Z—为校准仪示值（呼吸机输出实测值）

2.3 潮气量

根据呼吸机类型不同，分别连接模拟肺和成人或婴儿呼吸管路，并按表1和表2中的条件和参数对潮气量进行校准。

（1）成人型呼吸机

在 VCV 模式和 f=20 bpm，I∶E=1∶2，PEEP=0.2 kPa，FiO2=40%的条件下，分别对潮气量为400 mL、500 mL、600 mL、800 mL和1 000 mL的点进行校准，并记录呼吸机吸气潮气量示值和校准仪潮气量示值，见表1。

表1 成人型呼吸机潮气量校准表

（2）婴幼儿呼吸机

在 VCV 模式和 f=30 bpm，I∶E=1∶1.5，PEEP=0.2 kPa，FiO2=40%的条件下，分别对潮气量为50 mL、100 mL、150 mL、200 mL和300 mL的点进行校准，并记录呼吸机吸气潮气量示值和校准仪潮气量示值，见表2。

表2 婴幼儿呼吸机潮气量校准表

（3）通用型呼吸机

按（1）和（2）的方法进行校准。

2.4 通气频率

在 VCV 模式和 VT=400 mL，I∶E=1∶2，PEEP=0.2 kPa，FiO2=40%的条件下，分别对呼吸机通气频率为40bpm、30bpm、20 bpm、15 bpm和10 bpm的点进行校准，并记录呼吸机通气频率示值和校准仪通气频率示值。

2.5 吸气压力水平

在 PCV 模式和f=15 bpm，I∶E=1∶2，PEEP=0 kPa，FiO2=40%的条件下，分别对呼吸机吸气压力水平为1.0 kPa、1.5 kPa、2.0 kPa、2.5 kPa和3.0 kPa的点进行校准，并记录呼吸机吸气压力水平示值和校准仪吸气压力水平示值。

2.6 呼气末正压

在PCV/VCV模式和IPL=2.0 kPa/VT=400 mL，f=15 bpm，I︰E=1︰2，FiO2=40%的条件下，分别对呼吸机PEEP为0.2kPa、0.5 kPa、1.0 kPa和2.0 kPa的点进行校准，并记录呼吸机PEEP示值和校准仪PEEP示值。

2.7 吸气氧浓度

在 VCV模式和VT=400 mL，f=15 bpm，I∶E=1∶2，PEEP=0.2 kPa的条件下，分别对呼吸机吸气氧浓度为21%、40%、60%、80%和100%的点进行校准，并记录呼吸机氧浓度示值和校准仪的氧浓度示值。

2.8 吸气温度

将湿化器接入吸气回路，通气预热15 min，在VCV模式和 VT=400 mL，f=15 bpm，I∶E=1∶2 和 PEEP=0.2 kPa的条件下，对吸气口气流温度进行测量，温度计稳定后读取示值。

（1）有温度刻度设置的湿化器，测量其32℃和37℃两个点；

（2）无温度刻度设置的湿化器，测量其最大值和最小值。

注：婴幼儿呼吸机通气频率、吸气压力水平、

呼气末正压和吸气氧浓度的校准方法同成人型呼吸机的校准，校准条件可选用婴幼儿模拟肺，潮气量设为150 mL、呼吸比设为1∶1.5，其他条件可不变。