生理功能輔助儀器培訓課件

生理功能輔助儀器第四章生理功能輔助儀器呼吸機麻醉機心臟起搏器（Pacemaker）2生理功能輔助儀器4.1呼吸機

呼吸機是一種用于搶救呼吸衰竭患者的裝置，常置于危重病人監(jiān)護中心（ICU），對術(shù)后患者進行輔助呼吸。現(xiàn)代呼吸機的發(fā)展，最早始于1915年哥本哈根的Mol-gaard和Lund，以及1916年斯德哥爾摩的外科醫(yī)師Giertz。1934年Frenkner研制出第一臺氣動限壓呼吸機——“Spiropulsator”，它的氣源來自鋼筒，氣體經(jīng)兩只減壓閥，產(chǎn)生50cm水柱的壓力。呼氣時通過平衡器取得足夠的氣流，吸氣時間由開關(guān)來控制，氣流經(jīng)吸入管入肺，當內(nèi)壓力升至預(yù)計要求時，閥門關(guān)閉，呼吸停止。3生理功能輔助儀器呼吸機的治療作用改善通氣功能、改善換氣功能、減少呼吸功的消耗和節(jié)約心臟儲備能力。4生理功能輔助儀器呼吸機的基本工作原理工作原理：利用機械動力建立肺泡和外環(huán)境之間的壓力差，使肺泡充氣和排氣。也有利用高頻振蕩的原理產(chǎn)生通氣。臨床上所用的呼吸機從設(shè)計原理上主要有:呼吸道直接加壓（正壓呼吸）；胸廓外加壓（負壓呼吸）；高頻振蕩通氣（HFOV）。5生理功能輔助儀器

1940年，F(xiàn)renkner和Crafoord合作，在“Spiropulsator”的基礎(chǔ)上進行改進，使之能與環(huán)丙烷同時使用，成為第一臺麻醉呼吸機。

1948年美國工程師Bennett研制成功間歇正壓呼吸機TV-2P，以治療急、慢性呼吸衰竭。1951年瑞典的EngstromMedical公司生產(chǎn)出第一臺定容呼吸機Engstrom100，取代了當時的“鐵肺”，救治了大量的由流行性小兒麻痹引起的呼吸衰竭病人。許多工程師、醫(yī)師等投入呼吸機的研究，歐洲各國紛紛生產(chǎn)出代表呼吸機達到10種類型。6生理功能輔助儀器

進入60年代，呼吸機的應(yīng)用更為廣泛，1964年Emerson的術(shù)后呼吸機，是一臺電動控制呼吸機，呼吸時間能隨意調(diào)節(jié)，配備壓縮空氣泵，各種功能均由電子調(diào)節(jié)，根本改變過去呼吸機純屬簡單的機械運動的時代而跨入精密的電子時代。

1970年利用射流原理的射流控制的氣動呼吸機研制成功，它是氣流控制的呼吸機。全部傳感器、邏輯元件、放大器和調(diào)節(jié)功能都是采用射流原理，而無任何活動的部件，但具有與電路相同的效應(yīng)。80年代后計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，使新一代多功能電腦型呼吸機具備了以往不可能實現(xiàn)的功能，如監(jiān)測、報警、記錄等。進入90年代，呼吸機不斷向智能化發(fā)展，計算機技術(shù)的應(yīng)用使呼吸機的性能更臻完善。7生理功能輔助儀器我國呼吸機的研制起步較晚，1958年在上海制成鐘罩式正負壓呼吸機。1971年制成電動時間切換定容呼吸機。呼吸機按其工作方式可分為氣動—手動、電動—電控（電子控制或計算機控制）、氣動—電控等，現(xiàn)代呼吸機大都采用氣動—電控方式。按其應(yīng)用范圍又可分為成人、小兒及新生兒呼吸機，最先進的呼吸機可一機多用，適合各種不同的患者。8生理功能輔助儀器呼吸機的組成可分為氣路系統(tǒng)和電路系統(tǒng)兩大部分。呼吸氣體用的是空氣壓縮機壓縮的空氣（即所謂氣動方式），有的呼吸機還可將氧氣通過氧氣管道與壓縮空氣混合。儲氣室中的壓縮空氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥進入脈動緩沖室，調(diào)節(jié)閥的出口壓力一般調(diào)節(jié)在20磅/平方英寸。當吸氣時，吸氣單向閥自動打開，脈動緩沖室中的壓縮空氣經(jīng)過氣流量控制閥、吸氣流量傳感器和吸氣單向閥進入患者氣道。患者氣道出口是一個三通管，一路是吸氣通道，一路是氣道壓力測量通道，一路是呼氣通道。當呼氣時，吸氣單向閥自動關(guān)閉，呼氣單向閥自動打開，呼出的氣體經(jīng)呼氣控制閥、呼氣流量傳感器及呼氣單向閥排入大氣。9生理功能輔助儀器呼吸機氣路系統(tǒng)組成框圖SCS系統(tǒng)壓力傳感器空氣過濾器空氣壓縮機吸氣流量傳感器呼氣流量傳感器氣道壓力傳感器呼氣控制電磁閥緩沖室儲氣室流量閥單向閥單向閥SCSSCSSCSSCSSCS大氣病人氣道（SCS：單片機控制系統(tǒng)）

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氣路系統(tǒng)是由電路系統(tǒng)（計算機控制、監(jiān)測、顯示及報警系統(tǒng)）控制的?？刂茖ο笥校?個控制閥門（進氣流量控制閥，控制范圍為6毫升～180升/分；呼氣控制閥，進行開關(guān)動作控制），2個流量測量傳感器（吸氣流量傳感器和呼氣流量傳感器，測量范圍6毫升～180升/分），3個壓力測量傳感器（系統(tǒng)壓力傳SCS感器（0～30磅/平方英寸）、進氣壓力傳感器（0～40厘米水柱）和氣道壓力傳感器（-20～140厘米水柱））。各種傳感器的輸出經(jīng)放大后到A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D數(shù)字化后進行計算機處理。計算機通過接口控制驅(qū)動電路，從而控制吸氣流量控制閥的開啟程度及呼氣控制閥的通斷。計算機一般采用1～2個單片機芯片。11生理功能輔助儀器呼吸機能根據(jù)設(shè)定值，由微機自動檢測及自動控制。老式的呼吸機多采用開環(huán)控制，現(xiàn)代呼吸機則采用閉環(huán)控制。主要控制的通氣方式有以下4種：⑴間歇式正壓通氣方式（IPPV）。⑵同步間歇式強制通氣方式（SIMV）。⑶潮氣量支持通氣方式（PSV）。⑷可調(diào)壓潮氣量控制通氣方式（PCV）。12生理功能輔助儀器間歇式正壓通氣方式（IPPV）的氣道壓力控制波形如圖，要求控制參數(shù)為：呼吸率15次/分(呼吸周期T1=4秒)，吸氣時間T2=1.2秒，上升時間T3=0.08秒，暫停時間T4=0.2秒，呼氣時間T5(余量)=2.6秒，潮氣量(每次吸入)500ml，壓力上限P=50cmH2O。13生理功能輔助儀器計算機可對壓力、流量等參數(shù)進行自動檢測及顯示(有數(shù)碼顯示、LCD顯示及電子模擬顯示等多種顯示方式)，有的呼吸機還用液晶顯示屏實時動態(tài)地顯示壓力波形、流量波形及潮氣量波形。計算機還可以自動測量峰值壓力、平均壓力、呼氣末壓力、自主呼吸同步控制方式時的呼吸率、吸氣呼氣時間比、吸氣容量、呼氣容量、呼氣每分鐘容量等。對某些重要參數(shù)(如氣道壓力、潮氣量、每分鐘通氣量、供氧濃度等)可進行上、下限越限報警。14生理功能輔助儀器

現(xiàn)代呼吸機的發(fā)展趨勢是呼吸監(jiān)護儀，即不但控制呼吸，而且還能實時監(jiān)視血氧飽和度，以判斷呼吸效率如何。另外高頻呼吸機也是一種發(fā)展方向?，F(xiàn)代呼吸機繼續(xù)發(fā)展各種新的通氣方式，研究最先進的軟件技術(shù)，使呼吸機具有學習功能及預(yù)測功能，即可自動獲得患者的吸氣努力與呼吸機供氣之間的壓力、流量和容量的關(guān)系，及時預(yù)測患者當肺順應(yīng)性及氣道阻力等因素變化時的新的需求量，并及時反饋控制流量閥和電磁閥，使患者和呼吸機保持和諧。15生理功能輔助儀器4.2麻醉機

麻醉機是手術(shù)室必備的設(shè)備，它有兩個方面的功能：一是實施全身麻醉，即麻醉氣體或蒸氣(氧化亞氮、氟烷、安氟醚和異氟醚等多種麻醉劑)與氧氣混合后輸入通氣系統(tǒng)；二是供氧和進行輔助或控制呼吸。第一臺麻醉機是于1846年發(fā)明的，實際上是一個裝有乙醚的球形玻璃蒸發(fā)器。經(jīng)過上百年一次又一次的改進，到20世紀80年代末，出現(xiàn)了由微機控制的具有麻醉、呼吸及監(jiān)測功能的全能型麻醉機。

16生理功能輔助儀器17生理功能輔助儀器現(xiàn)代麻醉機由四個部分構(gòu)成：1.氣路系統(tǒng)

氣路系統(tǒng)是麻醉氣體吸入和呼出的控制通道，由氣源、內(nèi)氣路和外氣路構(gòu)成。氣源是裝有麻醉氣體的貯氣筒和氧氣的貯氣筒。內(nèi)氣路由減壓裝置、氣動截斷閥和流量計等部件組成，外氣路由單向活瓣(吸氣活瓣和呼氣活瓣)、貯氣囊和二氧化碳吸收器等部件組成。18生理功能輔助儀器19生理功能輔助儀器2.蒸發(fā)器

蒸發(fā)器是麻醉機的關(guān)鍵部件，它既能有效地蒸發(fā)麻醉藥液，又能精確地控制麻醉蒸氣的濃度。麻醉蒸氣通過截斷閥和精密流量計后，與從減壓閥來的壓縮空氣在貯氣囊混合，然后通過吸氣活瓣進入氣道，呼氣時吸氣活瓣關(guān)閉，呼氣活瓣打開，呼出的氣體通過呼氣活瓣進入二氧化碳吸收器，再回到貯氣囊，周而復(fù)始，形成封閉式環(huán)流系統(tǒng)。二氧化碳吸收器盛滿鈉石灰或鋇石灰，用于吸收二氧化碳。20生理功能輔助儀器3.呼吸器

呼吸器是用于麻醉過程中控制/輔助病人呼吸及全面監(jiān)測病人狀況。根據(jù)其驅(qū)動方式可分為電動和氣動兩種，現(xiàn)代麻醉機多采用氣動呼吸器。氣動呼吸器用壓縮氣體驅(qū)動，靠控制對氣容的充氣時間，或氣道壓力信號的傳遞來控制呼吸頻率和呼吸比，潮氣量、通氣量、呼吸頻率、呼吸比等參數(shù)均可調(diào)節(jié)。21生理功能輔助儀器4.監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)測麻醉機各部分的工作情況、病人的通氣情況和病人的生命體征，異常時報警。監(jiān)測的內(nèi)容主要有：⑴氣道壓力，⑵潮氣量及每分鐘通氣量，⑶氧濃度，⑷呼氣末CO2濃度，⑸血氧飽和度(SaO2)，⑹麻醉氣體濃度，⑺病人的心電和血壓，⑻其他呼吸參數(shù)(如死腔氣與潮氣量之比、氣道阻力及胸肺順應(yīng)性等)檢測?，F(xiàn)代麻醉機采用計算機控制，具有先進的傳感系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、病人信息反饋系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、多參數(shù)自動監(jiān)測、顯示及報警等功能。22生理功能輔助儀器麻醉深度監(jiān)測

麻醉深度是對鎮(zhèn)靜水平、鎮(zhèn)痛水平、刺激反應(yīng)程度等指標的綜合反映，而這些指標反映的中樞部位不盡相同，所以麻醉深度監(jiān)測應(yīng)該是多指標、多方法綜合監(jiān)測的結(jié)果。

深度監(jiān)測的標準應(yīng)滿足如下條件：能顯示知曉前的淺麻醉階段；能準確反映麻醉藥在體內(nèi)的濃度；對不同刺激模式，尤其是外科手術(shù)刺激敏感；能即時顯示結(jié)果；能在統(tǒng)一標準下反映所有麻醉藥的麻醉深度；經(jīng)濟、使用方便。23生理功能輔助儀器腦電雙頻指數(shù)（BIS）BIS是通過對腦電圖波形的時域特征分析，運用快速傅立葉變換技術(shù)（FFT），進行處理，計算得到的綜合指數(shù)可以直接測量麻醉藥和鎮(zhèn)靜藥對大腦皮層作用的效果．從而反映麻醉藥和鎮(zhèn)靜藥對麻醉意識深度的影響。BIS是將EEG的功率和頻率經(jīng)雙頻分析得出的混合信息擬合成一個最佳數(shù)字用0～100分度表示，數(shù)值減少時表示大腦皮層抑制加深。24生理功能輔助儀器聽覺誘發(fā)電位指數(shù)(AEPindex)1、聽覺誘發(fā)電位：聽覺系統(tǒng)在接受聲音刺激后，從耳蝸到大腦皮層之間的不同區(qū)域產(chǎn)生的一系列電位活動統(tǒng)稱聽覺誘發(fā)電位(AEP)，是應(yīng)用重復(fù)的聲音刺激和記錄中的疊加技術(shù)，將兩個刺激間的腦電信號消除，保留與刺激有嚴格鎖時關(guān)系的特定的誘發(fā)電位。根據(jù)聲音刺激后產(chǎn)生AEP的潛伏期及神經(jīng)起源的解剖位置不同，將AEP分為三部分。短潛伏期誘發(fā)電位即腦干聽覺誘發(fā)電位(BAEP)，中潛伏期聽覺誘發(fā)電位(MIAEP)，長潛伏期聽覺誘發(fā)電位(LLAEP)。其中MLAEP在清醒狀態(tài)時，個體差異很小，因此更適合與麻醉深度的判斷。25生理功能輔助儀器2、聽覺誘發(fā)電位指數(shù)：

通過數(shù)學方法將波形指數(shù)化，從而取代以前用波幅和潛伏期對AEP進行的描述。從數(shù)學的觀點來看將對AEP的波幅和潛伏期的描述轉(zhuǎn)換成一個指數(shù)，意味著將二維空間轉(zhuǎn)換成一維空間，這需要一種數(shù)據(jù)刪減技術(shù)，它僅保留AEP波形中與麻醉深度相關(guān)的特征。通過不通數(shù)學方法分別計算得到兩種模式的AEPindex：移動時間平均模式（MTAmodel）與外因輸入自動回歸模式（ARXmodel)。26生理功能輔助儀器熵指數(shù)(entropy)熵與BIS的運算法則不同，熵指數(shù)分析腦電圖和前額肌電圖信號的復(fù)雜性。在信號分析中，熵指數(shù)描述了信號的不規(guī)則性和不可預(yù)測性。熵指數(shù)的運算法則并不根據(jù)以前的指標來分析參數(shù)，而是以所測患者的牛理狀況為分析基礎(chǔ)。目前已被應(yīng)用于研究麻醉深度的熵，主要包括狀態(tài)熵、反應(yīng)熵

、近似熵、交叉近似熵等。這些熵都是由EEG參數(shù)轉(zhuǎn)化而來，所表達的是信息的不規(guī)則性，即信號越不規(guī)則熵值就越高，信號越規(guī)則熵值就越低，信號完全規(guī)則時熵值為0。

27生理功能輔助儀器4.3心臟起搏器（Pacemaker）

正常狀態(tài)下，由心臟竇房結(jié)產(chǎn)生的興奮傳導(dǎo)到心房，再由心房傳導(dǎo)到心室，引起心臟的搏動。如果由于心臟疾患而使這種傳導(dǎo)受阻(稱為房室傳導(dǎo)阻滯)，則心搏減緩，進而危及生命。心臟起搏器是用一定形式的電脈沖刺激心臟，使之按一定頻率有效地收縮的一種植入式電子裝置。心臟起搏技術(shù)是工程技術(shù)與心臟電生理相結(jié)合形成的一門新科學。由于對心律失常治療有良好效果，受到人們極大的重視。特別是隨著微電子技術(shù)和微處理器技術(shù)以及新能源的應(yīng)用，近年來心臟起搏器技術(shù)發(fā)展十分迅速。

28生理功能輔助儀器心臟起搏器29生理功能輔助儀器起搏器的結(jié)構(gòu)30生理功能輔助儀器1932年Hyman創(chuàng)制一臺用針刺入心臟起搏的重達7.2公斤的儀器，命名為人工心臟起搏器以來，這個名稱一直沿用至今。1952年，Zoll創(chuàng)造用脈沖電流經(jīng)胸壁刺激起搏的方法，挽救了32名房室傳導(dǎo)阻滯患者的生命。1958年，F(xiàn)urmam開創(chuàng)心內(nèi)膜電極起搏技術(shù)，同年，由西門子公司安裝了世界第一個埋藏式起搏器(固定頻率型)，并成功起搏心臟，從此人工心臟起搏技術(shù)進入成熟期，并得到迅速發(fā)展。31生理功能輔助儀器隨著起搏器功能的增加，起搏治療適應(yīng)癥也在增加，除了最早用于治療房室傳導(dǎo)阻滯和竇房結(jié)功能不良外，現(xiàn)在起搏器也為心肌病、心衰、房顫、迷走神經(jīng)綜合癥等疾病的治療提供了更多的選擇。同時起搏器的電池的壽命也有了很大的改善，從最初的紐扣電池到鋰碘電池，再加上自動閾值奪獲功能的應(yīng)用，起搏器的使用壽命可達15年以上。起搏器的體積也越做越小，目前世界上最小的起搏器為圣猶達St.JudeMedical公司生產(chǎn)，重量只有12.8g，體積5.9立方厘米，如一枚一元硬幣。我國從1976年開始研制起搏器，至今可以生產(chǎn)鋰電池作能源、鈦鋼全密封、厚膜電路按需型埋藏式心臟起搏器。

33生理功能輔助儀器心臟起搏器的類型有：⑴固定頻率型(早期產(chǎn)品)⑵P波同步型(早期產(chǎn)品)⑶心室同步型⑷房室順序型⑸全自動型其中⑵、⑶、⑷種又稱按需型。全自動型可根據(jù)心臟的工作情況自動選擇和更換發(fā)送脈沖的方式，其性能已經(jīng)與人體心臟生理要求相接近，可自動抗心律失常，自動抑制心動過速的多余沖動，又能在正常時自動關(guān)閉。

34生理功能輔助儀器NBG起搏器代碼（1987）數(shù)字12345類型起搏心腔感知心腔感知后反應(yīng)方式程控/頻率反應(yīng)抗心動過速代用字母0－無A－心房V－心室D－雙腔（A＋V）0－無A－心房V－心室D－雙腔（A＋V）0－無I－抑制T－觸發(fā)D－雙重（I＋T）0－無P－單項M－多項C－遙測R－頻率反應(yīng)0－無P－快速起搏S－電擊D－雙腔（P＋S）35生理功能輔助儀器1、固定型起搏器刺激強度和頻率都是固定的，產(chǎn)生的刺激脈沖與心臟自身的節(jié)律無關(guān)。它只能發(fā)出起搏脈沖，而無感知功能。這種起搏器僅適用于完全性房室傳導(dǎo)阻滯或永久性竇性緩。缺點：當心臟出現(xiàn)自身搏動時，起搏器成為多余的額外刺激。如果電脈沖落于易激期，則自身節(jié)律和起搏節(jié)律之間發(fā)生競爭心律，從而誘發(fā)心室纖顫或室性心動過速而危及病員安全，因此在臨床應(yīng)用上受到一定的限制。36生理功能輔助儀器2、R波同步型起搏器起搏器發(fā)放脈沖受R波控制，達到一同步作用。（1）R波觸發(fā)型（備用型）（2）R波抑制型（按需型）37生理功能輔助儀器R波抑制型心臟起搏器電路38生理功能輔助儀器自主心率低于起搏心率

起搏器發(fā)放第一個刺激脈沖，如圖（e）所示；與此同時，此起搏脈沖刺激心肌，心臟被起搏，起搏后的心律如圖（f）所示；與此同時，此起搏脈沖經(jīng)C10耦合，通過感知放大器觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路工作，輸出波形如圖（c）所示。在t3（即反拗期）這段時間里，起搏器對任何信號均不起反應(yīng)，即不感知。

t3過后，t4恢復(fù)為截止狀態(tài)，R8上壓降恢復(fù)為低電平，VT6截止，鋸齒波電路開始工作，C7開始充電，其波形如圖（d）所示。當C7上電壓上升到使VT7導(dǎo)通時，由于患者自搏周期t1大于起搏器的周期t2，患者還沒自搏。39生理功能輔助儀器自主心率有時高于起搏心率

患者自身的第一心動周期t1低于起搏周期t2，而患者自身的第二起搏周期t1’大于起搏周期t2

。開始時，起搏器發(fā)放第一個起搏脈沖，心臟起搏，由于患者的第一心動周期t1低于起搏器的周期t2，故經(jīng)過t1時后，鋸齒波還未上升到VT7的導(dǎo)通電平U，患者自身心動又開始一個新的周期，即患者的自搏，此自搏的R波經(jīng)感放大器觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路工作。在反拗期里，VT6導(dǎo)通，使C7迅速放電，從而抑制起搏器的第二脈沖。40生理功能輔助儀器自主心率完全高于起搏頻率

患者的心動周期t1、t1’等均低于起搏器固有周期t2。此時患者自身心臟搏動，自搏的R波經(jīng)感知放大器觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，抑制第一起搏脈沖發(fā)放。經(jīng)反拗期t3后，C7上電位上升，經(jīng)過一段時間，C7上電位還未上升到使VT7的導(dǎo)通電平U，患者自身心動又開始一個新的周期，發(fā)生第二次自搏，單穩(wěn)態(tài)第二次觸發(fā)，使VT6導(dǎo)通，C7迅速放電，抑制了起搏器的第二脈沖。41生理功能輔助儀器3、P波同步起搏器起搏器在心房安置一感知電極，在心室安置起搏電極，當心房電極感知P波之后，脈沖發(fā)生器向心室發(fā)出延遲120ms的刺激脈沖，因此心室率隨心房率而改變，從而恢復(fù)了心臟的調(diào)節(jié)功能。由此可知，P波同步型起搏器模擬了心臟的話動過程。缺點：由于P波幅度小，頻譜基波頻率低，所以對感知放大器的要求較高，電路相對比較復(fù)雜，心房電極定位也較難。42生理功能輔助儀器4、房室順序按需型和全自動型起搏器

每次