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机械呼吸机的演变

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-07-15  浏览次数:0
核心提示:  使用机械工具辅助通气的历史可以追溯到19世纪末,当时可以通过在患者周围施加低于大气压的交替压力的设备来扩大患者的胸壁来
   使用机械工具辅助通气的历史可以追溯到19世纪末,当时可以通过在患者周围施加低于大气压的交替压力的设备来扩大患者的胸壁来恢复通气[ 2 ]。然而,直到1950年代小儿麻痹症再次出现期间引入正压通气后,比约恩·易卜生(Bjorn Ibsen)证明通过气管切开术手动通气的患者的死亡率显着降低后,呼吸机才开始普及[ 3 ]。
 
  第一台正压机械呼吸机于1940年问世。尽管具有很高的复杂性,但它们只能以给定的呼吸频率(音量控制通气模式)输送预设的潮气量,而没有或非常有限监测通风变量的能力(图1a)。
机械呼吸机的演变
 
  图1

  机械通风概念的演变。a)第一台机械呼吸机未配备传感器。b)机械呼吸机监视所有通风参数,既可以对生成的波形进行闭环控制,也可以向临床医生提供信息。c)机械呼吸机监视患者的状况,并根据患者的需要自动调整呼吸参数。
 
  那时,呼吸生理学已经奠定了基础,并且正在迅速发展。D ixon和B Rodie引入了应用数学模型来描述流量与压力之间的关系(今天被认为是生物医学工程方法的一个很好的例子),标志着呼吸力学的曙光 [ 4 ]。在1903年,他将肺部建模为阻力和顺应性。? ohrer [ 5 ]通过考虑在1915年跨过肺只有一个压力和一个横跨胸壁介绍了相关的简化(造型由M证实EAD 等人 [ 6(1970年),提高了我们在生理和人工呼吸中描述和理解呼吸系统力学的能力。? 安 等。[ 7 ]在1946年介绍了肺和胸腔的压力-容积图以及松弛曲线的概念,为呼吸能量学的发展创造了背景。这些研究和其他研究构成了将正压通气引入临床实践的生理背景。
 
  呼吸机的主要目的最初集中于恢复患者的通气。随着人们理解决定气体交换的其他变量,这一概念得到了扩展。甲shbaugh 等。[ 8 ]于1967年首次描述了急性呼吸窘迫综合征(ARDS),并确定呼气末正压(PEEP)为“最有效的抗肺不张和低氧血症”。在同一时期,动物研究显示,当使用较高的吸氧分数(F IO 2)时会产生氧中毒,建议增加通气量而不是F IO 2来治疗低氧血症,从而导致(滥用)增加的潮气量(V T) 。
 
  从1970年代初开始,呼吸机受益于电子技术的进步,并开始采用更先进的流量和压力变量监控功能(图1b)。监视方面的改进还允许使用实时变量来控制机器的动作,间歇性强制性通气模式开启了辅助呼吸机的发展,从而可以从容积控制通气期间管理患者的断奶[ 9 ]。
 
  同时,由于Fry,Hyatt和他的同事在强迫呼气期间引入了气道动态压缩的概念,我们对呼吸力学的理解得到了进一步的提高[ 10 ]。的压力三维分析,流量和体积曲线[ 10,  11 ]; 并通过Campbell的图来更好地理解胸壁力学,以划分弹性和阻力功[ 12 ],以及用K onno和M ead [ 13 ] 划分胸壁的两室模型。
 
  1974年,W ebb和T ierney [ 14 ]在动物模型中证明,高膨胀压力的通气本身是领先的重症甚至致命性肺水肿,标志着数十年来旨在了解呼吸机的不良反应及其所涉及机制的研究工作的开始,并确定了预防通气性肺损伤(VILI)的适当策略,尽管迄今为止取得的巨大进展,仍然是一个悬而未决的问题。从那时起,人们就一直致力于确定最佳的通气策略,以权衡血气正常化和避免VILI的发展,从而引入了改进的通气和肺部状况监测技术,并引入了新的先进通气模式。
 
  自1980年代初开始,由于在机械呼吸机中引入了微处理器,这种进步也是可能的。微处理器是能够执行程序的硅电子电路。因此,它们可以提供非常复杂的功能,可以通过选择不同的程序轻松地对其进行更改,从而使现代机械呼吸机能够快速改变其行为(例如只需通过选择设备执行的不同控制算法,即可从音量控制更改为压力控制或压力辅助通风模式)。另外,微处理器允许对传感器提供的测量结果进行复杂的信号处理,不仅导致更好的测量精度以及对噪声和伪像的更好抑制,而且还可以通过适当地计算和整合多个变量来生成新信息。此外,呼吸机本身可以使用此扩展信息来根据患者需求优化呼吸参数,从而创建所谓的“闭环”呼吸策略或智能或智能呼吸模式(图1c)。
 
 
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