第三章 呼吸功能监测仪器

医学气体监测是采集患者气体，仪器分析 其中与患者病理和临床呼吸管理有关的气体含 量，指导医学干预的检测技术。呼气末氧气、 二氧化碳监测可以避免频繁动脉血气检查给患 者带来创伤；监测吸入麻醉气体浓度可以避免 深度麻醉危险，预防术中知晓；吸入气体氧浓 度监测可以提前发现氧气供应错误，避免恶性 事故发生。大量实践证明医学气体监测可以提 高临床麻醉管理的科学性和安全性。因此，一 些发达国家已将气体监测列为基本麻醉监测项 目。
第一节 概述
湍流与层流：造成湍流的因素公式 ρvr/η=Re 当
Re<1000时，流体作层流； Re>1500时，流体作湍流; 1000< Re <1500时，流体不稳定（可以由 层流变为湍流，或相反）。
第二节 通气频率监测
临床上通过观察 一定时间内胸腹起伏， 或鼻孔棉花毛摆动可 以计算出通气频率。 现代监测仪器常常利 用呼吸气CO2浓度、 O2浓度、气流、气道 压等曲线，根据曲线 峰值之间或谷值之间 的间期换算得到通气 频率：f=60/T
第五节 旁流式肺通气监测仪器
6、动态顺应性Cdyn、 静态顺应性Cstat：动、静态 顺应性受气道压力的影响， 静态顺应性降低则平台压上 升；呼吸道阻力增加则气道 峰压上升，动态顺应性降低。 同时测量气道压和潮气量， 可即时监测肺顺应性和通气 阻力。
第五节 旁流式肺通气监测仪器
7、容量—压力环 （PV环）又称动态顺应 性环，表示的是容量对 气道压所绘的环形图。 实线和虚线的斜率分别 代表Cdyn和Cstat。PV环每 次呼吸更新一次，实时 显示整个呼吸系统的顺 应性和气道阻力，通过 与标准曲线比较，可以 判断通气故障。
第三章 呼吸功能监测仪器
湖北医药学院附属人民医院 麻醉科
呼吸功能状态评估的目的是通过观察患者 呼吸功能的变化，来指导临床救治实践。
评估的证据来自临床观察和仪器监测，由 于仪器监测能够连续观察患者呼吸功能的变化， 及时发现异常情况，有利于及时作出正确的诊 断和处理，其已经成为现代医学重点发展的技 术领域。
第六节 脉搏氧监测仪器
SPO2测量的影响因素：血红蛋白影响SPO2 测量的准确性：如高铁血红蛋白Hbmet浓度偏 高，将使SPO2数值下降极值趋向85%；如HbCO 浓度偏高，将使SPO2数值上升，极值趋向100%。 传感器不稳定、低灌注量、胆红素、静脉搏动 及静脉堵塞、外界光的干扰、血管染色、高频 电刀、局部血氧不足、传感器位置不正、贫血、 所测位置的温度等都会对测量准确性产生影响。
第五节 旁流式肺通气监测仪器
根据所测的流速、压力可计算出以下通气参数： 1、流量等于流速乘以传感器（D-lite管）截面积。 2、潮气量VT等于流量对吸气或呼气时间的积分。 3、每分通气量MV等于20秒内的平均潮气量乘以呼吸频 率。 4、气道压包括气道峰压PPK、平台压Pplat、呼气末正 压PEEP，均有压力传感器直接测得。 5、呼吸频率（RR），吸呼比（I：E）：呼吸过程中吸 气与呼气所占时间比值。
第四节 通气量的监测
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第五节 旁流式肺通气监测仪器
旁流式通气监测技术适用于气管插管的患 者。能够连续监测数字显示气道压、潮气量、 速率、顺应性和阻力等多种指标，对判断通气 回路故障、肺部疾病有重要意义。
D-lite传感器
D-lite传感器为双向、压 差式、流速传感器，一般在呼 吸回路Y形管与气管导管之间。 传感器获得的是流速信号，流 量为流速乘以传感器截面积的 计算值。A、B为并列的两个测 压端口，C为采样端口，分别 用较长的塑料软管与机器内部 连接，它是利用气流流经节流 件（毛细管）产生的压差与流 速的固定关系进行测量的，压 力传感器将其压差转换为电信 号，经电子处理后，即可得到 流速。第二节 Nhomakorabea气频率监测
呼吸运动过程中，人体组织的容积发生变 化时，其电阻抗也将相应改变。因此，通过检 测人体阻抗变化就可以间接测量相应的容积变 化，继而反映呼吸运动，这种测量方法称为电 阻抗容积描记法。
第三节 气道压监测
气道压是机械通气时，推动一定容量气体进入肺 时所产生的压力，反映通气时所遇到的阻力。
压阻式压力传感器
利用半导体的压阻效应和集成电路制造技 术来测量压力的。
优点是1.灵敏度高；2.分辨率高；3.频率 响应高；4.直接感受被测压力，无机械可动部 件。
缺点是：易受温度影响，需要在电路中进 行温度补偿。
电感式压力传感器
是利用电磁感应把压力变化转换为线圈的 自感系数或互感系数的变化，从而由测量电路 转换为电压或电流的变化。
具有工作可靠、寿命长、灵敏度和精度高、 线性和重复性好等优点。
小气道闭合压（P0.1）监测
吸气肌对抗闭合气道收缩所产生的压力与 神经驱动功能有关，监测气道闭合压能很好的 反映呼吸中枢神经驱动功能。气道闭合压即呼 吸驱动压，其产生不受生理性呼吸动作影响， 其数值等于吸气开始0.1秒时口腔内产生的压 力。P0.1的测出值是负值，但习惯以正压表示。 目前P0.1主要用于预测患者是否能撤离机械通 气。
第八章 医学气体监测仪器
湖北医药学院附属人民医院 麻醉科
随着近代医学的进步，麻醉实践中医用气 体管理技术日益受到关注。Cooper等在1984年 的一个调查中指出，60%的严重麻醉事故与患 者的呼吸系统及气体管理设备有关。目前麻醉 相关的气体有生理气体和麻醉气体两类。生理 气体主要包括氧气、二氧化碳。麻醉气体包括 气体麻醉剂（如氧化亚氮）和各种挥发性吸入 麻醉药（如氟烷、安氟烷、异氟烷、七氟烷、 地氟烷等）。
其电量变化与参加反应的氧气含量成比例， 可据此原理分析混合气体中的氧气浓度。 电化学测氧仪是麻醉机上可以发现氧气供 应错误的监视仪器，在发达国家普遍使用 N2O的情况下，电化学测氧仪属于强制性麻 醉机配件。
第二节 气体检测技术
二、顺磁分析技术
能够传导磁力并增强周围磁场的物质称 为顺磁物质。与临床麻醉相关的医用气体 中，只有氧气属于顺磁气体，使得顺磁测 氧技术具有较大的特异性。顺磁测氧仪不 需要更换传感器，性能稳定，反映速度快， 可以连续观察呼吸气体的氧气浓度曲线。 常与红外线技术整合成为多功能的麻醉气 体监测仪。由于采用环境空气参比，测量 值不受环境大气压的影响。
第一节 检测气体的采集
医学气体检测的第一环节是气体的采集， 来自不同部位的气体检测结果具有不同的临床 意义。目前公认最能反映患者生理状态和麻醉 管理水平的是患者的呼气末气体和肺泡气体。 已知患者呼吸气体的采集方法有三种。
第一节 检测气体的采集
1、主流式气体 采集 检测传感器 位于患者气道出口 处，直接测量通过 的呼吸气流。
如图所示为气管导管插入食管的情况，此时，顺应性环面积变小， 压力加大而容积变化不大，这是因为食管顺应性较差
如图所示为气管导管部分扭结情况，顺应性环畸形进一步增大
第六节 脉搏氧监测仪器
血氧饱和度监测仪器是一种无创、连续监 测脉搏波和动脉血中氧饱和程度的仪器。其基 本原理是利用氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋 白Hb对红光、红外光的不同吸收特性。HbO2吸 收更多的红外光而让更多的红光通过，Hb吸收 更多的红光而让更多的红外光通过。SPO2定义 为：HbO2/ (Hb+HbO2)，反映了血红蛋白与氧结 合的程度。
第六节 脉搏氧监测仪器
SPO2的测定技术为分 光光度法。分别用660nm 的红光和940nm的红外光 照射手指、脚趾或耳垂 等部位，在另一侧检测 相应的透射光的光强， 经信号处理，代入公式 即可求出SPO2 。
第六节 脉搏氧监测仪器
近年来，脉搏氧饱和度监测技术得到进一 步发展，具体体现在混合静脉血氧饱和度 （SvO2）监测上。SvO2监测通过放置一根含有 光导纤维传感器的肺动脉导管，监测血氧饱和 度。SvO2主要由心排血量、氧消耗、血红蛋白 和动脉血氧饱和度四个变量因素共同决定。麻 醉插管后动脉血氧饱和度和氧消耗是基本不变 的，SvO2能反映心排血量的变换。
第三节 气道压监测
过高的气道压可造成肺泡损伤和心排血量 降低。所以，持续监测气道压是了解肺通气、 气道和呼吸环路有无异常的最简便方法。
U形管水柱压力计
最原始的测压设备，利 用水自重产生的压力与被测 压力相平衡的原理制成，测 量时，一端与气道连通，另 一端与大气相通，水柱的高 度差H即为气道压。其优点 是结构简单、使用方便、精 确可靠。缺点是由于水的惯 性，动态特性较差。现在常 用其校正其他气道压测量仪 器，故今天的气道压习惯单 位仍为cmH2O。
目前广泛应用于动态压强测量的传感器主 要有应变式、压阻式及电感式。
应变式压力传感器
又称可变电阻式压力传感器，其原理为弹 性元件在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在 它表面的电阻应变片也产生变形，电阻应变片 变形后，其阻值将发生变化，再经相应的测量 电路把这一电阻变化转换为电信号，从而完成 了将外力变换为电信号的过程。
呼吸功能的仪器监测项目包括通气 力学监测和生物学监测。通气力学监测 主要包括通气频率、气道压、通气量等 力学指标的监测，主要反映肺通气机制 和储备能力是否充分；生物学监测主要 包括呼吸气体或血中氧气、二氧化碳的 监测，主要反映肺换气的功能是否有效。
第一节 概述
流体的连续介质模型：我们在研究流体运 动时，需要将实际的由分子构成的结构用一种 假想的流体模型——流体微元来代替。流体微 元由足够量的分子组成，连续充满其所占的空 间，彼此无任何间隙，这就是连续介质模型。
机械压力表
常用的机械压力表 为膜盒压力表。测量时， 膜盒与气道连通，在被 测气体压力作用下，应 变膜发生弹性形变，产 生垂直位移，位移大小 与气体压力成正比。垂 直位移经杠杆系统转变 为圆周运动，再经齿轮 传动结构放大后，由指 针在刻度表盘上指示出 压强值。
压力传感器
电子压力测量技术能够显示波形，并能计 算相关力学参数，实现数字显示。是近代压力 监测技术的发展方向。为了更好地测量快速变 化的气道压，必须采用灵敏度高且惯性小的传 感器，压力传感器将瞬间变化的动态压强转换 成电信号，然后通过电信号的放大转换，输入 计算机分析处理后输出。
第一节 检测气体的采集
目前普遍采用的是旁流式采集技术。三种 方法比较，截流式气体采集检测结果最接近动 脉血气分析结果，但截流式采气只能间断进行， 不能连续监测。
第二节 气体检测技术
目前常见医用气体监测仪主要采用电化学、 红外线、顺磁三种气体分析技术。
第二节 气体检测技术
一、电化学分析技术 氧化还原反应存在着电子传递过程，
内源性呼气末正压监测
内源性呼气末正压（PEEPi）指在没有用 通气机预设呼气末正压情况下，肺泡压力在呼 气末保持正压。由于各种原因引起患者呼气不 畅或呼气时间不足，呼气不完全，至呼气末时 肺泡内残留气体相对较多，肺泡内压高于气道 开口处压力，仍有呼气气流，这一压力差即 PEEPi。PEEPi存在时可增加患者呼吸肌负荷， 降低呼吸肌耐力，影响静脉回心血量，因而 PEEPi监测日益受到重视。
第一节 检测气体的采集
2、旁流式气体 采集 检测传感器 位于气体监测仪内， 在患者气道出口处 接采气三通管，采 气泵持续采集患者 的呼吸气体送入监 测仪完成检测。
第一节 检测气体的采集
3、截流式气体 采集 在旁流式采 集技术的基础上， 于呼气末阻断麻醉 回路与患者气道的 联系，采集患者肺 泡气体完成检测。
第一节 概述
连续性方程：ν1/ν2=S2/S1 意义：不可压缩流体作稳定流动时，同一流管 内各横截面的流量都相等。截面大的地方流速 小，截面小的地方流速大，流速ν和管的横截 面积S成反比。
第一节 概述
伯努利方程：P+1/2ρν2+ρgh=常量 即总流机械能守恒方程，意义：理想流体作稳 定流动时，流管内任一截面处，单位体积流体 的动能、重力势能和该点的压强之和都相等。
在肺顺应性正常的患者，吸气时气道峰压约为1520cmH2O。气道压过低提示呼吸机和气管导管的连接脱 落、呼吸环路有漏气或潮气量过低。潮气量不变，气 道压过高则提示胸肺顺应性降低（麻醉深度不够、肌 松不足使呼吸肌紧张；肺充血、水肿；肺脏病变所致 的肺实变或纤维化；肥胖、俯卧位也可以使胸肺顺应 性下降等）或气道阻力升高（呼吸环路梗阻、气管导 管扭曲、导管过细、痰或血块堵塞，及各种原因引起 的支气管痉挛等）。