39呼吸机硬件技术原理及进展

呼吸机硬件技术原理及进展杨东呼吸机的定义•呼吸机(Ventilator)是借助机械力量和电子控制实施人工通气的装置。•作用:仿生学医学仪器,替代和改善外呼吸,主要解决肺的通气功能障碍.呼吸机的发展•气动控制•半导体电子电路控制•微处理器计算机控制控制系统呼吸机的发展普通流量旋钮控制电磁比例阀控制气动活瓣控制悬浮电磁司服控制•通气执行机构•呼气控制装置呼吸机的发展•混合器机械式电磁比例阀控制电磁阀组合式呼吸机的发展Fell-O’DwyerDevice(1888)1928年早期“铁肺”箱式负压通气装置呼吸机的发展早期“铁肺”箱式的负压呼吸装置呼吸机的发展•气动呼吸机•半导体电子电路控制系统呼吸机呼吸机的发展MA-150－60年代开始呼吸机的发展•各种不同的婴儿呼吸机呼吸机的发展胸甲式CPU控制7200型活塞式限压式呼吸机的发展－Dräger系列EvitaXLEvita4Evita2DuraSavina呼吸机的发展－PB系列PB840AchievaPB740PB760PB820LP6+/LP10PB7200AE呼吸机的发展－MAQUET系列ServoiServo300AServo900CServoS呼吸机的发展－VIASYS系列AveaBear1000VelaT-BirdBear750VS3100A/BBear33BirdAVIAN呼吸机的发展－HAMILTON系列G5呼吸机的发展－Newport系列Newport纽邦E-150E-200E-100ME-500InfantFlowAdvance呼吸机的发展－其他品牌（Teama，RESPIRONICS系列TeamaEspritLTV1000BiPAP®SynchronyVisionFocusStpehan产品线－呼吸机AliaF120ChristinaStephanieCPAP呼吸机的发展－胸外负压通气系列铁肺雨披式胸甲式2008呼吸机的发展－GE系列Centiva5EngströmCarestation呼吸看护工作站ivent201呼吸机的发展－灵智系列•目前情况:呼吸机的发展-各种形式的呼吸机并存-通气模式和软件功能不断推出-电脑大屏幕显示和控制将占主导位置-硬件技术水平不断提高●经历:从正压－负压通气阶段－－正压通气阶段人工气道呼吸机分类新论•上个世纪初第一台呼吸机问世•不同类型的呼吸机层出不穷•根据结构和功能分类五花八门,眼花缭乱呼吸机分类新论气动式、电/气动式、负压型、正压型，容量切换型、时间切换型、压力切换型、流量切换型、无创型、有创型、常频型、高频型、高频振荡型、小儿专用型、新生儿专用型、成人型、麻醉专用型和综合智能型。。。。呼吸机分类新论●功能和模式多●类型组合复杂●确切分类困难●目前严格的分类对临床并不重要重要的是什么？呼吸机分类新论●重要的是:●知道—不同类型呼吸机与临床治疗的某些内在关系●掌握—呼吸机的操作，性能和限制●了解—呼吸机各种通气模式的临床应用构成？原理？硬件和软件？呼吸机的系统构成•电/气控制主机•气源装置•辅助装置组成:•气路控制系统(流量阀，混合器，呼气阀…）•电路控制系统（CPU，软件，传感器…）主机结构:•湿化和管道系统•监测和打印装置硬件基本组成•呼吸机硬件构成主要有气路、电路、传感检测和外围辅助装置构成•气路关键部件有混合器、流量阀和呼气阀等部件•电路主要部件有电气接口板电路、CPU控制主板和显示控制板等•传感检测部件有压力传感器、流量传感器和温度传感器等•外围辅助装置有压缩机和湿化器等装置基本原理•基本框图电气接口控制吸气控制监测呼气控制监测气体输入混合器控制CPU主电路板显示设置控制电源治疗辅助装置基本原理•基本框图吸气模块呼气模块控制模块气体混合模块复杂？简单？基本原理—常规电/气图(7200型)HPOxygen,WallRegOxygenHPAir,Wall/CompRegAirMixedGasAtmosphereVacuumWater基本原理—常规电/气图(840型)基本原理—常规电/气图(Drager)基本原理—高频震荡呼吸机BiasFlowNONOFlowSensorNOxDelno1000基本原理—常规电/气图(拉菲尔)基本原理—常规电/气图(西门子)Servoi基本原理—电/气图(西门子900C)基本原理—常规电/气图(灵智)SOL1SOL2CV1CV2DP1P1RESDP2P2DP3P3SOL3SOL4PV1COPABVCAPSCOMPFILTEROSPV2EVPROXCONNECTORHUMPROXSENSORTOPFS2FS1INSPIRATIONPNEUMATICSYSTEMNEB基本原理—独立自主呼吸气路图（纽邦）基本原理—面罩呼吸机气路图基本原理—风箱式气路图Achieva基本原理—活塞式基本原理—活塞式氧气空气混合基本原理—Vision面罩呼吸机气路图Vision基本原理—Vision面罩呼吸机方框图呼吸机气路图有那些硬件？主要作用？气路三大主要部件：混合器流量阀呼气阀吸气模块呼气模块控制模块气体混合模块◆作用:呼吸机空气和氧气混合比例控制调节部件,目的调节氧浓度.◆形式:-机械气动式-电磁阀组合式-集氧流量调节式-比例电磁阀控制式-比例步进调节式气路关键部件--混合器气路关键部件--混合器机械式气路关键部件--混合器电磁阀组合式SOL1SOL2CV1CV2DP1P1RESDP2P2DP3P3SOL3SOL4PV1COPABVCAPSCOMPFILTEROSPV2EVPROXCONNECTORHUMPROXSENSORTOPFS2FS1INSPIRATIONPNEUMATICSYSTEMNEB气路关键部件--混合器电磁阀组合式(微处理器控制)气路关键部件--混合器◆步进控制式—步进电机调节氧浓度步进电机步进计数光检测器混合阀O2AIR气路关键部件--混合器◆集氧流量调节式◆多用于活塞式呼吸机，通过墙式氧流量计曲线调节氧流量，在呼气相时积聚在集氧器中进行氧浓度的混合。氧气空气混合呼吸机关键硬件技术—混合器Achieva增氧气路图ExhalationValve•ClosedDuringInspiration•OpenDuringExpiration•Regulated•PCV•PEEPAirOxygenExhaledGasExhalationValve•ClosedDuringInspiration•OpenDuringExpiration•Regulated•PCV•PEEP即低压给氧，气囊相当于集氧器。AirOxygenExhaledGasExhalationValve•ClosedDuringInspiration•OpenDuringExpiration•Regulated•PCV•PEEPOxygenExhalationValve•ClosedDuringInspiration•OpenDuringExpiration•Regulated•PCV•PEEPAchieva混氧气路图呼吸机关键硬件技术—混合器即高压给氧，与低压空气混合。氧气压力调节器氧气输入混氧阀所谓：混氧，增氧—混合器气路关键部件--混合器比例电磁阀控制式温度/流量传感器◆流量控制装置是控制调节患者吸气（通气）流量的组件，是直接实现通气模式的关键部件之一．◆形式:－普通电磁阀配合调节阀控制流量－涡轮供气控制流量－比例电磁阀控制－高速步进调节阀控制－活塞控制气路关键部件—流量控制装置气路关键部件--流量控制装置普通电磁阀配合调节阀控制流量◆涡轮供气控制流量气路关键部件—流量控制装置最大流速:180l/min涡轮无须随每次送气而加速伺服阀针对即时流量输送反应迅速◆涡轮直接控制流量气路关键部件—流量控制装置鸟牌（VIASYS）：较大规格的涡轮机，低噪音，超长40000小时或5年保修！！◆涡轮供气控制流量气路关键部件—流量控制装置Vision◆涡轮供气控制流量气路关键部件—流量控制装置◆涡轮供气控制流量气路关键部件—流量控制装置流量阀压力阀氧气缓冲气路关键部件—流量控制装置◆比例电磁阀控制气路关键部件—流量控制装置司服比例控制原理气路关键部件—流量控制装置◆高速步进调节阀控制气路关键部件—流量控制装置◆高速步进调节阀控制◆活塞控制NEWPORTWAVECONCEPTSBIASFLOW•Ittakesatotalof40millisecondsfortheservoidvalvetoopencompletelyfromthefullyclosedposition.40msecNEWPORTWAVECONCEPTSBIASFLOW•Ittakes30millisecondstoopenthevalvefromtheclosedtotheslightlyopenposition.Ifyoupre-openthevalveslightly,itrespondsfastertoatriggersignal.Only10milliseconds!10msec气路关键部件—流量控制装置步进电机活塞风箱式活塞控制气路关键部件—流量控制装置非线性气路关键部件—流量控制装置Drager红宝石高压伺服阀Drager流量阀气路关键部件—流量控制装置气路关键部件—流量控制装置Drager红宝石高压伺服阀气路关键部件—呼气阀•吸气相和呼气相的切换控制，吸气时封闭呼气回路，保证气体能施给到患者肺部，调节通气压力、呼气末正压PEEP及配合流量控制装置进行通气模式的调节控制。•被动呼气阀和主动呼气阀．•形式有气囊活瓣气控、电机机械控制、气流封闭限制、比例悬浮电磁控制和步进司服控制方式。气路关键部件—呼气阀•气囊活瓣气控－电磁阀直接开启气动控制呼气活瓣膨胀气路关键部件—呼气阀•电机机械控制－电机连动机械间接封闭（俗称剪刀阀）控制•气流封闭限制－吸气相时呼气阀驱动反向气流替代封闭活瓣的作用气路关键部件—呼气阀•比例悬浮电磁控制和步进司服控制方式•被动呼气阀和主动呼气阀．EVQEXH气路关键部件—呼气阀•比例悬浮电磁控制－比例电磁阀主动控制活瓣•步进司服控制－步进电机直接驱动控制活瓣比例电磁阀和步进电机在主动司服控制上都能发挥一定作用，但比例电磁阀更灵活一些。气路关键部件—呼气阀EVQ3/T3CV5FH&EBFFromSOL4ToPEEP/CPAPToatmosphereFrompatientcircuitEVQEXH气路关键部件—呼气阀气路关键部件—呼气阀（主动原理）EVQEXH•驱动电流撤消，EV打开(呼气开始)•提供最大电流关闭EV(吸气开始)•提供一定量的电流(由软件控制)，稳定EV，产生PEEP或由压力控制的呼吸形态呼吸机原理－CPU控制的主电路、－气路控制接口电路、－显示操作控制电路•基本框图电气接口控制吸气控制监测呼气控制监测气体输入混合器控制CPU主电路板显示设置控制电源治疗辅助装置呼吸机原理•CPU控制的主电路-呼吸机的电脑指挥系统•气路控制接口电路-接收各传感器的反馈信号,控制和驱动气路元器件•显示操作控制电路-参数设置，数据和波形显示和报警呼吸机有那些传感器？呼吸机原理—压力传感器•压力传感器-气源部分（高压）-系统压力（中压）-呼吸回路压力（低压）作用:监测气路各部分的压力和压差数据•主流品牌系列:美国Sensym的SCX系列和霍尼韦尔Honeywell公司MicroSwitch的136PC系列和140，160PC系列呼吸机原理—压力传感器压力传感器呼吸机原理—压力传感器典型压力传感器电路图呼吸机原理—流量传感器•流量传感器-测压式（含压差式和压力应变式）-热丝式-超声式作用:容量和流量监测筛网测压孔传感器外壳测量膜片呼吸机原理—流量传感器•流量传感器-测压式（含压差式和压力应变式）呼吸机原理—流量传感器•热丝式流量传感器气流热丝热丝控制装置Q1Q2-15VdcVout+15VdcCurrentdriver呼吸机原理—流量传感器•热丝式流量传感器-15VdcVout+15VdcCurrentdriver呼吸机原理—流量传感器•超声流量传感器发