呼吸机技术和市场现状
用辅助呼吸的机械抢救呼吸衰竭患者已成为现代医院不可缺少的手段。近几十年来,呼吸机技术发展极为迅速,处于技术领先地位的世界知名厂商就多达20余家。其中有些是具有20年以上生产历史的老厂,如美国Bird公司;有些是近10年来的后起之秀,如美国Puritan Bennett公司和Newport公司、德国Siemens公司、法国Teama公司等。他们的产品各有特色,也都占有一定市场。
任何一个呼吸机的工作原理都在于建立一个大气2肺泡压差,达到肺的通气。呼吸机经呼吸道开口以气体直接加压,超过肺泡压产生压力差,气体进入肺部-吸气状态;释去压力,肺泡压高于大气压,肺泡气体排出体外-呼气状态。为达到最好的通气治疗效果,医生要根据病人病情选择适当的通气模式。呼吸机常用的通气模式有:间歇性正压通气(IPPV),同步间歇性强制通气(SIMV),压力支持通气(PSV),压力控制通气(PCV),呼气末正压(PEEP),持续气道正压(CPAP)等。新的通气模式有:适应性肺通气(ALV),均衡辅助通气(PAV),压力预置通气(PPV),高频呼吸(HFA)等。
呼吸机的基本结构主要有气路和电子控制二
大部分组成。气路部分主要是一个气体传送系统,包括气体供应(气体储存、压力支持)、气体传输、压力流量监测和校正。压缩空气、氧气按设置所需的比例混合后,通过管道及相关伺服阀门以设置的气压、流速送到病人端。流量传感器将测量到的实际值馈送到电子控制部分与面板设置值比较,利用两者间的误差通过控制伺服阀门来调节吸入和呼出气体。电子控制部分的主要功能是控制呼吸机以一定的频率、潮气量进行通气,同时监测相应传感器的反馈数据,超过限定范围时报警提示。
呼吸机技术从诞生至今已经发展到比较成熟的阶段,其主要应用技术及理论有:(1)从呼气相到吸气相转化的四种触发模式(定压、定容、时间、流量)已普及用于各类呼吸机;(2)多达十几种通气模式可满足临床的不同要求;(3)电子计算机的应用大大提高了机器运行的灵活性、可靠性和智能性,并使呼吸机的小型化成为可能。其技术特点可归纳为以下几个方面:
一、舍弃压力切换方式,改用容量切换方式或时间切换方式。在时间切换方式下,有的对潮气量加以限定,有的对气道压力加以限定。容量切换方式中,也加有气道压力限定。总之,这些措施的目的是保证气道压力不超过某一上限,以防止气道压力过高。压力切换方式的缺点是潮气量往往过低,不能满足肺泡气体交换要求。但是,有的厂商生产的呼吸机仍然采用压力切换方式,因为这对新生儿和婴儿是一种较安全、有效的方式。
二、保留IPPV及SIMV两种最基本的通气方式。对于容量切换及时间切换两种方式孰优孰劣,医学界及工程界尚无定论,仍呈发展趋势。
三、加强微机作用。以前的呼吸机多采用电子线路控制,而目前几乎已完全微机替代,有的厂商还采用多CPU技术,以加强功能。新型呼吸机都设有自动检验、自动校正、数据通讯、多参数监测及显示、通气气流及压力实时波形显示、多参数监测及显示、通气气流及压力实时波形显示、多参数自动报警等功能。而且功能的改进,基本上只需更新软件。
四、为了有效防止“呼吸机肺”,而且又能保证临床各种需要,各厂商相继采用PS(压力支持)、MMV(强制瞬间通气)、MSV(主从通气)、CF(连续气流)、APRV(气道压变化通气)、BUV(备用气道)等技术。已被临床证实有效的首推PS方式,MMV及APRV也有较好的效果。
五、同样,为了防止“呼吸机肺”,有的厂商推出高频呼吸机,如Acuttronic公司的AMS21000型呼吸机是一种高频喷射式呼吸机,喷射作用使送入气管的氧气附加一定的速度,以改善气体交换功能。这一方式有其潜力,但临床效果并不理想,所以商品问世后,占有市场不大,有待发展。
目前,各大厂商仍着眼于以上第四条所述内容,特别是PS、MMV、APRV等,这类呼吸机约占有95%的市场,其共同特点是在解决“呼吸机肺”问题上各有所长。
PS是SIMV的原则性改进。基本原理是在患者自主吸气时,启动机器供气,供气流量开始时迅速增大到PS所设定的最大值,随气道压升高,流量逐渐下降,当流量下降为最大流量75%时,停止送气,进入呼气相,并等待下次患者自主吸气。其主要特点是:潮气量可以按需获得;人机和谐,特别是在呼气相;呼吸功可减至最低,患者舒适;脱机过程自然、易行。
MMV是PS的一种改进方案。它以每分钟总潮气量为基础,在患者自主呼吸能力增强后,PS自动减低,但保持每分钟总潮气量不变,直至脱机。其主要优点是除具有PS的优点外,脱机过程可以自动完成。
APRV也是PS的一种改进。它通过呼气阀控制PEEP,以形成与自主呼吸同步的变量。通常设定为每2～3次自主呼吸,PEEP变化一次。当PEEP由高变低时,潮气量自动成倍增加,PEEP由低变高时,潮气量恢复常态。其主要特点是能更好地改善肺顺应性,同时保留PS的特点。
呼吸机的技术发展将朝着更好的完成通气效果,以及令病人舒适、可靠的方向发展。例如:(1)更先进的传感器的研制和采用,以便采取非侵入式测量方法获得准确、可靠的测量结果。(2)呼吸机引入智能控制,代表了呼吸机发展的一个重要方向。智能控制是指驱动职能机器自主地实现其目标的过程,是一种无人为直接干预就能独立地驱动职能机器实现其目标的自动控制。(3)在便携化的同时增强呼吸机的呼吸功能,以便满足尽可能多类型的病人使用等。
我国呼吸机市场年销售量估计为2500台,其中1/5为进口机。2003年SARS流行,市场一下扩容近千台。为了改变我国呼吸机技术长期落后的状态,应对适合国情的先进机型考虑如何引进、消化、吸收、逐步改变高档呼吸机完全依赖进口的局面。呼吸机是一种高技术机电产品,其技术难点是精密机械加工、耐磨合金、压力及流量传感器,亦即在机械加工领域。Siemens公司的设计思想是值得借鉴的,他们把改进重点放在气流控制阀上,并以此提高可靠性,延长平均无故障工作时间。呼吸机
是三班制工作设备,又是抢救设备,可靠性是极为重要的。进口机并非越贵越好,因为临床抢救90%以上是使用CMV、SIMV、PS、PS+PEEP等方式,高档机的性能只对极少数病例适用。因此,盲目购置高档机是极大浪费。在考虑购置或生产呼吸机时,中档机较适合国情,有科研任务的重点医院可少量购置高档机。
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