山东大学：《医学电子仪器原理与技术》课程电子教案（PPT课件）第五章 生理功能辅助仪器

第五章 生理功能辅助仪器 生理功能辅助仪器有呼吸机、麻醉机、 心脏起搏器、人工心肺机和血液透析机等。 这类仪器在人的某种生理功能衰竭或丧失 时，起到辅助完成这种生理功能及治疗的 作用，又被称为生命支持系统。其中人工 心肺机又称人工肺，血液透析机又称人工 肾。本章只介绍上述前三种仪器

第五章 生理功能辅助仪器 生理功能辅助仪器有呼吸机、麻醉机、 心脏起搏器、人工心肺机和血液透析机等。 这类仪器在人的某种生理功能衰竭或丧失 时，起到辅助完成这种生理功能及治疗的 作用，又被称为生命支持系统。其中人工 心肺机又称人工肺，血液透析机又称人工 肾。本章只介绍上述前三种仪器

生理功能辅助仪器 呼吸机 麻醉机 心脏起搏器 (Pacemaker)

生理功能辅助仪器 呼吸机 麻醉机 心脏起搏器 （Pacemaker）

5.1呼吸机 呼吸机是一种用于抢救呼吸衰竭患者的装置，常 置于危重病人监护中心(ICU),对术后患者进行 辅助呼吸。 现代呼吸机的发展，最早始于1915年哥本哈根的 Mol-gaard和Lund,以及1916年斯德哥尔摩的外科 医师Giertz。l934年Frenkner研制出第一台气动限 压呼吸机 “Spiropulsator',它的气源来自钢筒， 气体经两只减压阀，产生50cm水柱的压力。呼气时 通过平衡器取得足够的气流，吸气时间由开关来控 制，气流经吸入管入肺，当内压力升至预计要求时， 阀门关闭，呼吸停止

5.1 呼吸机 呼吸机是一种用于抢救呼吸衰竭患者的装置，常 置于危重病人监护中心（ICU），对术后患者进行 辅助呼吸。 现代呼吸机的发展，最早始于1915年哥本哈根的 Mol-gaard和Lund，以及1916年斯德哥尔摩的外科 医师Giertz。1934年Frenkner研制出第一台气动限 压呼吸机——“Spiropulsator”，它的气源来自钢筒， 气体经两只减压阀，产生50cm水柱的压力。呼气时 通过平衡器取得足够的气流，吸气时间由开关来控 制，气流经吸入管入肺，当内压力升至预计要求时， 阀门关闭，呼吸停止

1940年，Frenkner和Crafoord合作，在 “Spiropulsator'的基础上进行改进，使之能与 环丙烷同时使用，成为第一台麻醉呼吸机。 1948年美国工程师Bennett研制成功间歇正 压呼吸机TV-2P,以治疗急、慢性呼吸衰竭 1951年瑞典的Engstrom Medical公司生产出第 一台定容呼吸机Engstrom100,取代了当时的 “铁肺”，救治了大量的由流行性小儿麻痹引 起的呼吸衰竭病人。许多工程师、医师等投入 呼吸机的研究，欧洲各国纷纷生产出代表呼吸 机达到10种类型

1940年，Frenkner和Crafoord合作，在 “Spiropulsator”的基础上进行改进，使之能与 环丙烷同时使用，成为第一台麻醉呼吸机。 1948年美国工程师Bennett研制成功间歇正 压呼吸机TV-2P，以治疗急、慢性呼吸衰竭。 1951年瑞典的Engstrom Medical公司生产出第 一台定容呼吸机Engstrom100，取代了当时的 “铁肺”，救治了大量的由流行性小儿麻痹引 起的呼吸衰竭病人。许多工程师、医师等投入 呼吸机的研究，欧洲各国纷纷生产出代表呼吸 机达到10种类型

进入60年代，呼吸机的应用更为广泛，1964年 Emerson的术后呼吸机，是二台电动控制呼吸机， 呼吸时间能随意调节，配备压缩空气泵，各种功能 均由电子调节，根本改变过去呼吸机纯属简单的机 械运动的时代而跨入精密的电子时代。 1970年利用射流原理的射流控制的气动呼吸机研 制成功，它是气流控制的呼吸机。全部传感器、逻 辑元件、放大器和调节功能都是采用射流原理， 而 无任何活动的部件，但具有与电路相同的效应。 年代后计算机技术的迅猛发展，使新一代多功能电 脑型呼吸机具备了以往不可能实现的功能，如监测 报警、记录等。进入90年代，呼吸机不断向智能化 发展，计算机技术的应用使呼吸机的性能更臻完善

进入60年代，呼吸机的应用更为广泛，1964年 Emerson的术后呼吸机，是一台电动控制呼吸机， 呼吸时间能随意调节，配备压缩空气泵，各种功能 均由电子调节，根本改变过去呼吸机纯属简单的机 械运动的时代而跨入精密的电子时代。 1970年利用射流原理的射流控制的气动呼吸机研 制成功，它是气流控制的呼吸机。全部传感器、逻 辑元件、放大器和调节功能都是采用射流原理，而 无任何活动的部件，但具有与电路相同的效应。80 年代后计算机技术的迅猛发展，使新一代多功能电 脑型呼吸机具备了以往不可能实现的功能，如监测、 报警、记录等。进入90年代，呼吸机不断向智能化 发展，计算机技术的应用使呼吸机的性能更臻完善

我国呼吸机的研制起步较晚，1958年 在上海制成钟罩式正负压呼吸机。1971年 制成电动时间切换定容呼吸机 呼吸机按其工作方式可分为气动手 动、电动一电控（电子控制或计算机控 制)、气动一电控等，现代呼吸机大都采 用气动一电控方式。按其应用范围又可分 为成人、小儿及新生儿呼吸机，最先进的 呼吸机可一机多用，适合各种不同的患者

我国呼吸机的研制起步较晚，1958年 在上海制成钟罩式正负压呼吸机。1971年 制成电动时间切换定容呼吸机。 呼吸机按其工作方式可分为气动—手 动、电动—电控（电子控制或计算机控 制）、气动—电控等，现代呼吸机大都采 用气动—电控方式。按其应用范围又可分 为成人、小儿及新生儿呼吸机，最先进的 呼吸机可一机多用，适合各种不同的患者

呼吸机的组成可分为气路系统和电路系统两大 部分。呼吸气体用的是空气压缩机压缩的空气（即 所谓气动方式)，有的呼吸机还可将氧气通过氧气 管道与压缩空气混合。储气室中的压缩空气经调节 阀进入脉动缓冲室，调节阀的出口压力一般调节在 20磅/平方英寸。当吸气时，吸气单向阀自动打开， 脉动缓冲室中的压缩空气经过气流量控制阀、吸气 流量传感器和吸气单向阀进入患者气道。患者气道 出口是一个三通管，一路是吸气通道，一路是气道 压力测量通道，一路是呼气通道。当呼气时，吸气 单向阀自动关闭，呼气单向阀自动打开， 呼出的气 体经呼气控制阀、呼气流量传感器及呼气单向阀排 入大气

呼吸机的组成可分为气路系统和电路系统两大 部分。呼吸气体用的是空气压缩机压缩的空气（即 所谓气动方式），有的呼吸机还可将氧气通过氧气 管道与压缩空气混合。储气室中的压缩空气经调节 阀进入脉动缓冲室，调节阀的出口压力一般调节在 20磅/平方英寸。当吸气时，吸气单向阀自动打开， 脉动缓冲室中的压缩空气经过气流量控制阀、吸气 流量传感器和吸气单向阀进入患者气道。患者气道 出口是一个三通管，一路是吸气通道，一路是气道 压力测量通道，一路是呼气通道。当呼气时，吸气 单向阀自动关闭，呼气单向阀自动打开，呼出的气 体经呼气控制阀、呼气流量传感器及呼气单向阀排 入大气

呼吸机气路系统组成框图 SCS SCS SCS 系统压力传感器 缓冲室 流量阀 吸气流量传感器 单向阀 空气过滤器 储气室 气道压力传感器 病人气道 空气压缩机 大气 单向阀 呼气流量传感器 呼气控制电磁阀 SCS SCS (SCS:单片机控制系统)

呼吸机气路系统组成框图 SCS 系统压力传感器 空气过滤器 空气压缩机 吸气流量传感器 呼气流量传感器 气道压力传感器 呼气控制电磁阀 缓冲室 储气室 流量阀 单向阀 单向阀 SCS SCS SCS SCS SCS 大气 病 人 气 道 （SCS：单片机控制系统）

气路系统是由电路系统（计算机控制、监测、 显示及报警系统)控制的。控制对象有：2个控制 阀门（进气流量控制阀，控制范围为6毫升~180升/ 分；呼气控制阀，进行开关动作控制)，2个流量 测量传感器（吸气流量传感器和呼气流量传感器， 测量范围6毫升~180升分)，3个压力测量传感器 ( 系统压力传$CS感器(0~30磅平方英寸)、进气 压力传感器(0~40厘米水柱)和气道压力传感器 (-20~140厘米水柱)) 各种传感器的输出经放大后到AD转换器，经 AD数字化后进行计算机处理。计算机通过接口控 制驱动电路，从而控制吸气流量控制阀的开启程度 及呼气控制阀的通断。计算机一般采用1~2个单片 机芯片

气路系统是由电路系统（计算机控制、监测、 显示及报警系统）控制的。控制对象有：2个控制 阀门（进气流量控制阀，控制范围为6毫升～180升/ 分；呼气控制阀，进行开关动作控制），2个流量 测量传感器（吸气流量传感器和呼气流量传感器， 测量范围6毫升～180升/分），3个压力测量传感器 （系统压力传SCS感器（0～30磅/平方英寸）、进气 压力传感器（0～40厘米水柱）和气道压力传感器 （-20～140厘米水柱））。 各种传感器的输出经放大后到A/D转换器，经 A/D数字化后进行计算机处理。计算机通过接口控 制驱动电路，从而控制吸气流量控制阀的开启程度 及呼气控制阀的通断。计算机一般采用1～2个单片 机芯片

呼吸机能根据设定值，由微机自动检测 及自动控制。老式的呼吸机多采用开环控 制，现代呼吸机则采用闭环控制。主要控 制的通气方式有以下4种： (I)间歇式正压通气方式(IPPV) (2)同步间歇式强制通气方式 (SIMV) (③)潮气量支持通气方式(PSV) (4)可调压潮气量控制通气方式(PCV)

呼吸机能根据设定值，由微机自动检测 及自动控制。老式的呼吸机多采用开环控 制，现代呼吸机则采用闭环控制。主要控 制的通气方式有以下4种： ⑴ 间歇式正压通气方式（IPPV）。 ⑵ 同步间歇式强制通气方式（SIMV）。 ⑶ 潮气量支持通气方式（PSV）。 ⑷ 可调压潮气量控制通气方式（PCV）