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呼吸机的一般结构及工作原理.doc

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呼吸机的一般结构及工作原理随着医学电子技术的发展,呼吸机的种类和形式越来越多,但它们一般的主要结构和原理基本相似,或者说,它们必须具备基本结构,现分述如下:一、机械呼吸机的动力机械呼吸机的动力来源于电力、压缩气体,或二者的结合。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. 气动机械呼吸机气动机械呼吸机的通气以压缩气体为动力来源,其所有控制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式而得到调节,从而提供适当的通气驱动压及操纵各控制机制的驱动压。2.电动机械呼吸机单靠电力来驱动并控制通气的呼吸机,称为电动机械呼吸机。电动机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,而不是作为动力来源。电可通过带动活塞往复运动的方式来产生机械通气,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-气动机械呼吸机电-气动机械呼吸机,只有在压缩气体及电力二者同时提供动力的情况下才能正常工作与运转。通常情况是,压缩空气及压缩氧气按不同比例混合后,既提供了适当氧浓度的吸入气体,也供给了产生机械通气的动力。但通气的控制、调节,及各种监测、警报系统的动力则来自电力,所以这类呼吸机又称为气动-电控制呼吸机。比较复杂的多功能定容呼吸机大多都采用这种动力提供方式。二、供气装置贮气囊或气缸供气装置:这种供气装置常用折叠贮气囊或气缸来输送气体,其外部装有驱动装置。供给病人的潮气量(V T)取决于贮气囊或气缸直径(D)和行程距离(L)VT=πD 2/4·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较为精确,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 年代以前,呼吸机的调控方式有两种形式:一种是直流电机驱动的呼吸机,通过电压的变化,使其转速发生改变,来控制 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,来控制吸气和呼气过程及其转换,现代呼吸机大多数采用各种传感器,来“感知”呼吸力学等情况的变化,并经过微电脑分析处理后,发出指令来自动调节 VT、P aw、E:I 等参数。同时,还装备各种监测和报警系统以各种形式显示其数值,显示呼吸机当前状态和调整参数情况。四、安全阀安全阀有两种:一种为呼气安全阀,其结构大多采用直动式溢流阀,其工作原理是将溢流阀与气道系统相连接,当后者的压力在规定范围内时,由于气压作用于阀板上的力小于弹簧的压力,阀门处于关闭状态。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,直至气道压降至规定范围之内,阀门重新关闭。因此,这种安全阀能保证病人气道压在一个安全范围之内。另一种安全阀为旁路吸入阀。在呼吸机正常工作时,该阀关闭。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,保证病人供气,避免窒息。五、呼气阀呼气阀在吸气相时关闭,在呼气相时开启且阻力较小,为病人提供通畅的呼气通道。目前较常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材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控制阀板的开启和关闭,该阀阻力很小,目前应用较广,先导式呼气阀采用预置压来调节呼气阀的开启和关闭。此外,PEEP 时,所采用的阀(亦称 PEEP 阀),目前多采用电磁比例阀,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、空氧混合器现代呼吸机都配置有精密的空氧混合器,可向病人提供不同氧浓度的气体。其可调范围为 21%~100%。空氧混合器一般由三部分构成:即平衡阀、配比阀、安全装置。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,经过配比阀达到不同的氧浓度而输出。安全装置的作用是当两种气体中的任何一种已耗尽,或已不符合使用要求,则由另一种气体立刻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。各种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的。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用机械的方式将水雾化。冷水湿化的优点是容易使用,有较低的内部顺应性,缺点是由于吸入温度过低,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改变。这种湿化方法较为常用,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,价格也贵一点。加热湿化目前有两种形式:一种是单伺服加热,即只有一个加热元件在容器中。另一种湿化器不但在容器中加热,而且在病人吸入管道中放置加热丝加热,利用容器和管道的温差来控制加热温度。双伺服型加湿器改进了单伺服型容易在管道中凝水的缺点,但这种方法只增加了绝对湿度,并不增加相对湿度。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多少,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,相对湿度才能增加到接近饱和度,我们都有这么一个体会,在潮湿闷热的屋子里,我们很容易感到口渴,这个道理很简单,屋子里的绝对湿度并没有改变,但由于温度增加后饱和度增加了,相对湿度反而降低了,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面。据 Willions 等人研究表明,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降低,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,而且在气道“Y”形管上的温度探头一定要接好,以免产生测温误差;如果发生传感器错误报警切不可继续使用。比较简便的方法是观察管道内(有加热丝的那种)有无凝水情况,如果特别干,就应仔细检查原因。3、雾化湿化雾化湿化是用超声晶体振动产生很细的水雾,常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,因而不能在呼吸机上长期使用,否则可能降低病人的体温。这种型式的加湿器效果好,但价格比较贵。4、热湿交换器(HME/HMEF)该交换器是一次性使用的,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换器进行湿化。这种交换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。
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