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呼吸机的结构及原理呼吸机，也称为人工呼吸机或呼吸辅助器，是一种医疗设备，用于提供机械通气，帮助患者的呼吸。
它主要由控制系统、气体供应系统、呼吸回路和监测系统组成。
以下是对呼吸机结构及其工作原理的详细说明。
一、结构1.控制系统：呼吸机的控制系统通常由计算机和软件组成，并具有设计用于监测和控制各种呼吸参数的接口。
通过这个系统，医生可以调整潮气量、呼吸频率、吸气时间、氧供应等参数，以满足患者的不同需求。
2.气体供应系统：该系统主要由氧气和压缩空气供应的装置组成。
医生可根据患者的需要调整氧气浓度和压力。
3.呼吸回路：呼吸机的呼吸回路负责传递气体，包括气体传输管、呼气阀和患者接口。
气体传输管将气体传输到患者的肺部，而呼气阀允许患者进行呼气。
患者接口可以是面罩、呼吸管或气管插管，用于将气体传输到患者的呼吸道。
4.监测系统：该系统用于监测各种生理参数，如患者的呼吸频率、潮气量、氧饱和度等。
监测系统还可以通过报警器提示出现异常情况，如气道阻塞或气压过高。
二、原理1.通气模式：呼吸机可以拥有多种不同的通气模式，如控制通气、辅助通气、压力支持通气等。
在控制通气模式下，呼吸机完全控制患者的呼吸，包括潮气量和呼吸频率。
而在辅助通气模式下，呼吸机仅为患者提供辅助通气，患者仍然有自主呼吸。
压力支持通气模式则根据患者的吸气努力给予相应的支持。
2.呼气阀：呼吸机的呼气阀用于控制患者的呼气过程。
当患者开始呼气时，呼气阀打开，允许气体从肺部排出。
然后，呼气阀关闭，以便再次进行吸气。
呼气阀的开闭速度和压力可以根据患者的需要进行调整。
3.压力传感器：压力传感器用于监测气道压力。
它可以检测患者的吸气努力和呼气阻力，并根据需求调整呼吸机的工作模式。
4.安全控制：为了确保患者的安全，呼吸机通常具有一些安全控制功能。
例如，如果气压过高，呼吸机会自动降低潮气量或切断气流。
呼吸机还可以监测氧饱和度，并根据需要调整氧气浓度。
5.供氧系统：呼吸机通过气体供应系统提供氧气。
呼吸机的一般构造及工作原理之羊若含玉创作随着医学电子技巧的成长，呼吸机的种类和形式越来越多，但它们一般的主要构造和原理基底细似，或者说，它们必须具备根本构造，现分述如下：一、机械呼吸机的动力机械呼吸机的动力起源于电力、压缩气体，或二者的联合.压缩气体由中心供气管道系统提供或由呼吸机可配备的专用空气压缩机产生.1. 气念头械呼吸机气念头械呼吸机的通气以压缩气体为动力起源，其所有掌握系统也都是靠压缩气体来启动.由高压压缩气体所产生的压力，通过机械呼吸机内部的减压阀、高阻力活瓣，或通过射流原理等方法而得到调节，从而提供适当的通气驱动压及把持各掌握机制的驱动压.2．电念头械呼吸机单靠电力来驱动并掌握通气的呼吸机，称为电念头械呼吸机.电念头械呼吸机也需要应用压缩氧气，但只是为了调节吸入气的氧浓度，而不是作为动力起源.电可通过带动活塞往复运动的方法来产生机械通气，或通过电泵产生压缩气体，压缩气体再推动风箱运动而产生通气.3．电-气念头械呼吸机电-气念头械呼吸机，只有在压缩气体及电力二者同时提供动力的情况下才干正常工作与运转.通常情况是，压缩空气及压缩氧气按不合比例混杂后，既提供了适当氧浓度的吸入气体，也供应了产生机械通气的动力.但通气的掌握、调节，及各类监测、警报系统的动力则来自电力，所以这类呼吸机又称为气动-电掌握呼吸机.比较庞杂的多功效定容呼吸机大多都采取这种动力提供方法.二、供气装置贮气囊或气缸供气装置：这种供气装置经常使用折叠贮气囊或气缸来输送气体，其外部装有驱动装置.供应病人的潮气量(VT)取决于贮气囊或气缸直径(D)和行程距离(L)VT=πD2/4·L驱动装置可以直线运动或旋转－直线运动.由于气缸的顺应性小，故VT较为准确，因此，以气缸作为贮气装置的呼吸机适合于小儿科使用.三、呼吸机的调控系统80年月以前，呼吸机的调控方法有两种形式：一种是直流电机驱动的呼吸机，通过电压的变更，使其转速产生转变，来掌握VT、E:I等参数.另一种是在用压缩气体的动力的呼吸机，通过针形阀作为可变气阻，来掌握吸气和呼气进程及其转换，现代呼吸机大多半采取各类传感器，来“感知”呼吸力学等情况的变更，并经由微电脑剖析处理后，发出指令来自动调节VT、Paw、E:I等参数.同时，还装备各类监测和报警系统以各类形式显示其数值，显示呼吸机当前状态和调剂参数情况.四、平安阀平安阀有两种：一种为呼气平安阀，其构造大多采取直动式溢流阀，其工作原理是将溢流阀与气道系统相衔接，当后者的压力在划定规模内时，由于气压作用于阀板上的力小于弹簧的压力，阀门处于封闭状态.当气道系统的压力升高，作用于阀板上的压力大于弹簧上的压力时，阀门开启，排出气体，直至气道压降至划定规模之内，阀门重新封闭.因此，这种平安阀能包管病人气道压在一个平安规模之内.另一种平安阀为旁路吸入阀.在呼吸机正常工作时，该阀封闭.但一旦供气中断，随病人吸气造成的管道负压可推动阀板，使空气进行管道系统，包管病人供气，防止窒息.五、呼气阀呼气阀在吸气相时封闭，在呼气相时开启且阻力较小，为病人提供通畅的呼气通道.今朝较经常使用的呼气阀装置有三种：活瓣式呼气阀、电磁比例阀和先导式呼气阀.活瓣式呼气阀为轻质资料制成的鸭咀状单向活瓣.电磁比例阀通过通电导线在磁场中产生电磁力来掌握阀板的开启和封闭，该阀阻力很小，今朝应用较广，先导式呼气阀采取预置压来调节呼气阀的开启和封闭.此外，PEEP时，所采取的阀(亦称PEEP阀)，今朝多采取电磁比例阀，CPAP时，则由呼吸机向气路提供一个恒定的正压，使整个呼吸周期内，气道保持在正压水平.六、空氧混杂器现代呼吸机都设置装备摆设有周详的空氧混杂器，可向病人提供不合氧浓度的气体.其可调规模为21%~100%.空氧混杂器一般由三部分组成：即平衡阀、配比阀、平装置置.当压缩空气和氧气进入平衡阀后，经一级和二级平衡后，气体压力均等，经由配比阀达到不合的氧浓度而输出.平装置置的作用是当两种气体中的任何一种已耗尽，或已不相符使用要求，则由另一种气体连忙自动转换以维持供气.七、湿化器湿化器用于增加吸入气体的湿度.各类类型湿化器的比较及使用如下.1、冷水湿化冷水湿化指在不给水加热的情况下吸入气体直接通过有水的容器，在室温下达到湿化的目标.这种湿化器的相对湿度受到气/水接触面积及水温的限制，因而相对湿度较低，为了提高相对湿度也有采取机械的方法将水雾化.冷水湿化的优点是容易使用，有较低的内部顺应性，缺点是由于吸入温渡过低，病人有不适感.2、加热湿化加热湿化是在水容器中放置加热板或加热丝加热产生水蒸气，调节加热温度使水蒸气的绝对湿度转变.这种湿化办法较为经常使用，其优点是病人吸入舒适，能保持病人体温，缺点是内部顺应性相对大，价钱也贵一点.加热湿化今朝有两种形式：一种是单伺服加热，即只有一个加热元件在容器中.另一种湿化器不单在容器中加热，并且在病人吸入管道中放置加热丝加热，应用容器和管道的温差来掌握加热温度.双伺服型加湿器改良了单伺服型容易在管道中凝水的缺点，但这种办法只增加了绝对湿度，其实不增加相对湿度.我们知道，在热力学中水的饱和度是随温度而升高的.绝对湿度指水蒸发的水蒸气若干，温度越高，绝对湿度越大；而相对湿度则是指蒸汽到达饱和的程度.换句话说，加湿器升温后，饱和度增加了，由于容器中蒸汽的增加绝对湿度增加了；而相对湿度却不一定能增加，条件是必须有一定的水源，相对湿度才干增加到接近饱和度，我们都有这么一个别会，在湿润闷热的屋子里，我们很容易觉得口渴，这个道理很简略，屋子里的绝对湿度并没有转变，但由于温度增加后饱和度增加了，相对湿度反而下降了，因此人体中还必须蒸发水分以达到升高的饱和度.所以在使用双伺服加湿器时我们必须十分注意，不要将温度调太高，以免出现管道加热丝温度比容器内温度高的局势.据Willions等人研究标明，只有相对湿度而不是经对湿度对病人起作用.假如出现管道温度比容器温度高的状态，那么容器中加热的水蒸气到达管道后再次被加热，绝对湿度没有变但相对湿度由于饱和度升高而下降，那么为了达到饱和度必须吸收水分，但管道中又缺乏水源，因此这样加热后的气体反而要从病人气道中吸收水分，长时间使用会造成病人痰固化而致气道阻塞.因此使用双伺服加湿器要特别注意，不要将管道内温度调太高，以36~37℃为宜，并且在气道“Y”形管上的温度探头一定要接好，以免产生测温误差；如果产生传感器错误报警切不成持续使用.比较轻便的办法是不雅察管道内(有加热丝的那种)有无凝水情况，如果特别干，就应仔细检讨原因.3、雾化湿化雾化湿化是用超声晶体振动产生很细的水雾，经常使用的加湿器就是这种原理，这种加湿器出来的水气温度接近室温，因而不克不及在呼吸机上长期使用，不然可能下降病人的体温.这种型式的加湿器效果好，但价钱比较贵.4、热湿交流器(HME／HMEF)该交流器是一次性使用的，仿生骆驼鼻子制作而成.其内部有化学吸附剂，当病人呼出气体时能保持水分，吸入气体时则通过交流器进行湿化.这种交流器集中了以上加湿器的优点，能保持体温，较小的内部顺应性，容易使用.由于是一次性的也没有细菌生长的危险，但有一定的阻力.。
第76章呼吸机的结构和机械通气模式呼吸机是实施机械通气的工具,临床上已广泛应用于麻醉和ICU中,改善病人的氧合和通气,减少呼吸作功,支持呼吸和循环功能,以及进行呼吸衰竭的治疗,早在1796年,Herholar和Rafn专题报道了应用人工呼吸方法使溺水患者获救,1929年Drinker和Shaw研制成功自动铁肺。
直到第二次世界大战前后才逐渐了解了机械通气的原理，并用于心胸外科手术后呼吸支持。
1952年斯堪的纳维亚半岛脊髓灰质炎流行，在4个多月内哥本哈根医院收治了2722例，其中315例需用呼吸支持，Ibson 强调呼吸支持和气道管理，总死亡率从87%降到30%。
从此人们认识到机械通气的重要性。
各种类型的呼吸机逐渐诞生，曾先后有三十多家厂商研制和生产过数百种类型的呼吸机，尤其是近年来，随着微电脑技术在呼吸机领域中的应用，使呼吸机技术得到迅速发展，性能渐趋完善。
目前，呼吸机的种类和型号繁多，使用方法各异。
但无论呼吸机产品种类和型号如何改进或更新，原理和结构大致相同。
了解呼吸机的基本结构有助于合理地应用呼吸机，并及时发现呼吸机使用过程中出现的问题，以便及时处理，使机器故障给病人造成的危害降至最低水平。
第1节呼吸机的分类一、按控制方式分类（一）电动电控型呼吸机驱动和参数调节均由电源控制，如SC5及EV800电动电控呼吸机等，其吸入氧浓度（FIO2）由氧流量调节，缺少精确数字显示，最好另装氧浓度分析仪。
（二）气动气控型呼吸机需4kg/cm2以上氧源和空气源，由逻辑元件控制和调节呼吸机参数。
（三）气动电控型呼吸机是多数现代化呼吸机的驱动和调节方式，如Evita、Servo900C、Bennett7200、Adult star、鸟牌8400及纽邦E-200等。
二、按用途分类（一）成人呼吸机。
（二）婴儿和新生儿呼吸机。
（三）辅助呼吸或治疗用呼吸机。
（四）麻醉呼吸机。
（五）携带式急救呼吸机。
（六）高频正压呼吸机。
三、对呼吸机功能的要求（一）工作特点1. 容量、压力及时间转换①潮气量=10~20ml，用于婴儿。
②50~500ml，用于儿童。
③200~2000ml，用于成人。
2. 可调的吸气流速成人最高达150L/min。
3. 可调的吸/呼比率吸/呼比率=1：1~1：4，吸气峰压的限制；婴儿60cmH2O,儿童及成人100 cmH2O。
4. 频率0~60bpm。
5. 有吸气平台2s和呼气滞后。
6. 具有常用的通气方式辅助/控制、指令通气、呼气末正压及持续气道正压呼吸（CPAP最高到50 cmH2O）。
（二）监测气道压力、频率、潮气量、通气量、吸入氧浓度及吸入气温度。
（三）报警1. 气道高低压。
2. 吸入氧浓度。
3. 湿化和雾化液平面。
4. 吸气温度。
5. 断电或断气报警。
第2节呼吸机的基本结构不管是何种类型的呼吸机，其基本结构是相似的，应包括：①气源。
②供气和驱动装置。
③空氧混合器。
④控制部分。
⑤呼气部分。
⑥监测报警系统。
⑦呼吸回路。
⑧湿化和雾化装置。
一、气源绝大多数呼吸机需高压氧和高压空气。
氧气源可来自中心供氧系统，也可用氧气钢筒。
高压空气可来自中心供气系统，或使用医用空气压缩机。
氧气和压缩空气的输出压力不应大于5kg/cm2，因此，使用中心供氧、中心供气，或高压氧气钢筒，均应装配减压和调压装置。
医用空气压缩机可提供干燥和清洁的冷空气；供气量为55~64L/min的连续气流，最大输出连续气流120L/1.5s,工作压力50PSI（3.4kg/ cm2）,露点下降5~10F（-2.8~ -5.6℃），噪音小于60dB（1m之内），并有低压报警（30PSI或2.04 kg/ cm2）,高温报警（150F或70℃）及断电报警。
滤过器可消除90%以上的污染。
使用时应注意每天清洗进气口的海绵及排除贮水器的积水。
并观察计时器工作，一般满2000~3000h应检修一次。
电动型呼吸机不需高压空气，其中部分需高压氧，部分不需高压氧，经氧流量计供氧。
二、供气和驱动装置呼吸机供气部分的主要作用是提供吸气压力，让病人吸入一定量的吸气潮气量，并提供不同吸入氧浓度的新鲜气体。
（一）供气装置大多数呼吸机供气装置采用橡胶折叠气囊或气缸，在其外部有驱动装置。
当采用橡胶折叠气囊时，呼吸机的自身顺应性较大，除本身的弹性原因外，还不能完全使折叠囊中的气体压出。
但折叠囊更换容易，成本低，无泄漏，当作为麻醉呼吸机时有独特的优越性。
采用气缸作为供气装置时，呼吸机自身顺应性小，可使气缸内的气体绝大部分被压出，但密封环处可能有少量泄漏。
近来有采用滚膜式气缸作为供气装置，兼有上述二种优点，且无泄漏，顺应性小。
（二）驱动装置驱动装置的作用是提供通气驱动力，使呼吸机产生吸气压力。
在呼吸机发展史上曾有7种驱动装置：①重力风箱。
②负荷弹簧风箱。
③线性驱动活塞。
④非线性驱动装置。
⑤吹风机。
⑥喷射器。
⑦可调式减压阀。
可调式减压阀为目前应用较多的一种驱动方式。
它是指通过减压通气阀装置将来源于贮气钢筒、中心气站或压缩泵中的高压气体转化成供呼吸机通气用的压力较低的驱动气。
使用该驱动装置的呼吸机常称为气动呼吸机。
吹风机、线性驱动装置、非线性驱动活塞均需使用电动机作为动力。
如吹风机是通过电动马达快速恒定旋转，带动横杆向前运动，推动活塞腔中的气体排出，产生一个恒定恒速驱动气流；非线性驱动活塞是电动马达使轮盘旋转，带动连杆运动而推动活塞。
采用这些驱动装置的呼吸机常称为电动呼吸机。
电动呼吸机的优点是不需要压缩气源作为动力；故一般结构小巧。
（三）直接驱动和间接驱动按驱动装置产生的驱动气流进入病人肺内的方式不同，可分为间接驱动和直接驱动。
如果从驱动装置产生的驱动气流不直接进入病人肺内，而是作用于另一个风箱、皮囊或气缸，使风箱、皮囊或气缸中的气体进入病人肺内，称为间接驱动。
间接驱动类呼吸机称为双回路呼吸机。
间接驱动型耗气大，一般耗气量大于分钟通气量，最大可达二倍的分钟通气量。
如果从驱动装置产生的驱动气流直接进入病人肺内，称为直接驱动。
直接驱动类呼吸机称为单回路呼吸机。
直接驱动主要适用于可调式减压阀和喷射器这两种驱动装置。
就喷射器而言，其采用Venturi原理，高压氧气通过一个细的喷射头射出，有一部分空气被吸入。
F I O2随吸气压力、氧气压力变化而变化，且变化幅度较大。
F I O2不小于37%常为急救型呼吸机采用。
可调式减压阀驱动装置直接驱动时，常有性能良好的空氧混合器，有伺服性能良好的吸气伺服阀，甚至可直接用两个吸气伺服阀，一个伺服压缩空气，另一个伺服氧气，这种类型的装置可以使病人得到各种不同的吸入氧浓度。
伺服阀既可伺服流量，也可伺服压力，阀身小，反应时间快，用这种结构的呼吸机，可以有很多种通气功能，故为多功能呼吸机的首选方案。
三、空氧混合器空氧混合器是呼吸机的一个重要部件，其输出气体的氧浓度可调范围应在21%~100%。
空氧混合器分简单和复杂两种。
（一）空氧混合装置以贮气囊作供气装置的呼吸机，常配置空氧混合装置，其结构比较简单，混合度不可能很精确，氧浓度是可调的，由单向阀和贮气囊组成。
工作原理是：一定流量的氧气经入口先进贮气囊内，当贮气囊被定向抽气时，空气也从入口经管道抽入贮气囊内，从而实现空氧的混合。
要达到预定的氧浓度，则通过调节氧输入量来取得。
氧流量通过计算：气流量=每分钟通气量×（混合气氧浓度－20%）/80%。
例如要求混合气氧浓度达到40%，当分钟通气量为10L时，其输入氧浓度的计算方式，即为：氧流量=10×（40%－20%）/80%=2.5L/min。
上述计算表明，当分钟通气量为10L时以2.5L/min的纯氧流量，即可获得含40%氧混合气（F I O2=0.4）。
（二）空氧混合器结构精密、复杂，必须耐受输入压力的波动和输出气流量的大范围变化，以保证原定氧浓度不变。
通常由一级或二级压力平衡阀、配比阀及完全装置组成（图76-1）。
当压缩空气和氧气输入第一级平衡阀时，由于这两种输入气体的压力不可能相等，所以同轴阀蕊将向压力低的一方偏移，造成压力低的一端气阻小，降压也小。
而压力高的一端气阻大，降压也大。
因而在第一级平衡阀的两端阀，作进一步压力平衡。
其工作原理同第一级一样，这次的输出压力已相当均等了。
配比阀实际上是同一轴上的两只可变气阻，当一只气阻减小时，另一只气阻增大。
来自前级的等压力进入配比阀后由于受到的气阻不同，所以流入贮气罐的流量也不同（流量=压力/气阻）。
如果流入贮气罐的空气流量为7.5L/min，流入的氧流量是2.5L/min，则混合后的氧浓度=（2.5+7.5×20%）/(7.5+2.5)=40%。
如果调节配比阀在中间位置，则配比阀两边气阻相同，流入贮气囊的两股气流量也相同。
若氧和空气的流入量都是5L/min，则混合后得到氧浓度=（5+5×20%）/（5+5）=60%。
根据上述情况可知，尽管输入的两种压缩气体的压力会有波动，但经过二级平衡之后输出压力是相当均等的，并且不会影响已调定的氧浓度。
唯有调节配比阀后，氧浓度才会改变。
为了贮气罐内压力不致升得太高，可安置压力开关，当气罐内压力升至预置值时，压力开关使第二级平衡阀产生压力泄漏而关闭，致使贮气罐因得不到气流补充而压力下降。
当压力下降至预置时，压力开关使平衡阀重新启动。
安全装置的作用是当两种压缩的气体中的任何一种发生耗竭，或已不符合使用要求时，则另一种气体能立刻自动转换以维持供气；同时能发出声光报警。
四、控制部分控制部分是呼吸机的关键组成部分。
根据控制所采用的原理不同，可将控制部件分为三种：气控、电控和微处理机控制。
控制部分使呼吸机在吸气相和呼气相两者之间切换。
（一）控制原理1. 气控呼吸机无需电源，在某种特定的环境很有必要。
如急救呼吸机在担架上、矿井内、转运过程中等。
它的特点是精度不够高，难以实现较复杂的功能，一般可作一些简单控制。
随着器件的低功耗化，以及高性能蓄电池的出现，气控方式有被逐渐淘汰的可能。
2. 电控是用模拟电路和逻辑电路构成的控制电路来驱动和控制电动机、电磁阀等电子装置的呼吸机，称为电控型呼吸机。
电控型呼吸机控制的参数精度高，可实现各种通气方式。
电控型呼吸频率误差一般为5%~10%，气控型为15%~20%，吸呼比由气控呼吸机较难实现，而电控型十分容易，还有同步、压力报警功能等均是如此，故电控型呼吸机有很大的优越性。
3. 微处理机控制仍属电控型。
由于近年计算机技术的迅速发展，这种控制型呼吸机也日趋成熟。
呼吸机控制精度高，功能多，越来越多的呼吸机均采用此种方法。
目前，呼吸机已可以不改变硬件和呼吸机的结构件，而只需改变控制系统的软件部分，即可修改呼吸机的性能、发展呼吸机的功能。
所以，利用微电脑作为呼吸机的控制部分，是呼吸机发展和更新的总趋势。
