CN110279924A - 肺共振频点高频辅助通气以及二氧化碳移除技术 - Google Patents

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Abstract

此发明就是利用肺脏在共振频点气道阻抗最低的条件下使用的肺共振频谱高频辅助机械通气技术和装置。使用特别的气动装置产生特定频率的振动波使肺脏产生共振,让患者在这个条件下进行自主呼吸达到增加氧合和移除二氧化碳的目的。

Description

肺共振频点高频辅助通气以及二氧化碳移除技术
技术领域
慢性阻塞性肺病以及肺气肿临床治疗以及家庭扩展康复治疗。
背景技术
慢性阻塞性肺病以及肺气肿是临床常见的慢性疾病,主要病因是吸烟(包括二手烟)、空气污染、职业性粉尘或化学试剂、哮喘以及反复肺病感染。30岁以上人口患病率大约在8.5%左右,其中中等到严重程度患者超过3%。慢性阻塞性肺病是一种进行性疾病,即随时间的推移病情越来越严重,虽然经过众多医学研究人员以及临床医生的长期尝试,造成这种疾病的进行性恶化现象的原因目前尚不清楚。虽然临床上提出多种假设,但都因为缺乏科学依据无法证实。这种结果就造成无法形成有针对性的治疗方案对这种疾病进行有效的治疗和控制。慢性阻塞性肺病的主要临床表现是气道阻力不断增加,残气、特别是无气体交换的封闭残气容量逐渐增加,最终发展到肺气肿、肺大泡。这种疾病的最大特点是气道逐渐狭窄和阻力增大、残气增加、气体交换效果变差、患者长期处于低血氧、二氧化碳潴留的呼吸性酸中毒状态,严重的呼吸性酸中毒可以引起血液的pH降低到7.00以下(正常血液pH值在7.35~7.45之间,高于7.00为碱性,低于7.00为酸性)。偏酸的血液或体液会对身体的多种器官和组织有一定的刺激作用,由于毛细血管和通往肺泡的细小气道有类似的生理构造,管壁组织中都包含有平滑肌,而平滑肌的一种生理特点就是非常容易收到酸性物质的影响。身体里面的酸性物质会同时刺激肺泡内的毛细血管和微小气道并使其收缩(管路直径缩小一半阻力增加4倍),其结果会同时减少肺泡的通气量、毛细血管血容量和血流量,最终造成进一步使通气和循环功能减退,使低血氧和二氧化碳潴留现象更加恶化,这些也许就是造成进行性恶化的原因之一。临床上矫正酸中毒的方法有多种,但呼吸性(呼源性)酸中毒只能使用呼吸的方法进行矫正,即增加有效通气、增加氧合、移除二氧化碳,实现升高体液pH值,降低体液酸度,减少酸性物质对毛细血管和毛细气管的刺激。临床上通常使用机械通气装置改善患者的病情,常用的方法有简单的持续气道正压、常频呼吸机、高频呼吸机以及高频振荡呼吸机,这几种呼吸机虽然对血氧饱和度有一定的改善作用,但对二氧化碳的移除效果不明显。在临床上被广泛使用测定气道阻力的强迫振荡技术(ForcedOscillation Technique FOT)中,有四个描述呼吸系统生理和呼吸系统病理特征的主要参数成为本发明的主要理论和应用依据。⑴描述纯阻力的粘性阻力R,R是一个始终大于零的阻力参数。⑵反映肺组织结构的弹性、惯性阻力X,X是一个随频率逐步升高从负值变为正值的参数,在低频区域X主要反映弹性阻力分量且以负值为主;在高频区域显示正值的惯性阻力分量,见图1。⑶R和X的矢量合成总阻力Z(Z2=R2+X2)。由于X是随频率的升高从负值逐步转变成正值,频率变化过程中一定会有一点使X=0,这一点是一个描述肺脏理论物理特性的参数:⑷肺共振频率Freq(Resonance Frequency)。在这个频点上,惯性阻力和弹性阻力大小相等、方向相反,两者相互抵消,测试结果显示气道合成总阻力最小,见图2,在这个条件下,呼吸气流可以以最小的气道阻力进出肺泡,血气交换效果达到最佳。
发明内容
此发明就是利用肺脏在共振频点气道阻抗最低的条件下使用的肺共振频谱高频辅助机械通气技术和装置。使用特别的气动装置产生特定频率的振动波使肺脏产生共振,让患者在这个条件下进行自主呼吸达到增加氧合和移除二氧化碳的目的。共振点高频通气系统有以下几个部分构成:⑴扫频振动压力发生器,由集成电路和电子元件构成,产生振动压力波形并在设定的共振频点中心以±2~5Hz扫频形成肺共振频谱。扫频的原因是在进行共振频点高频通气时患者的自主呼吸会造成共振频率的变化,同时肺脏的组织结构的非均匀性造成局部肺共振频点与测定值有一定偏差。强迫振荡测试系统FOT测定的共振频点只是肺脏共振频率肺主值或者频率平均值,以±2~5Hz扫频变化的频率可以更多地利用那些偏离共振频点的肺泡完成气体交换,所以此发明采用的是肺共振频谱。⑵放大器。波形发生器的输出信号经过振动压力放大器后产生足够的电功率推动喇叭产生气体波动压力,波动压力通过呼吸管路接入口腔并通过口腔通入气道传导到肺脏并使其以肺共振频谱频率发生振动,放大器的放大倍数可以调整以获得最佳肺共振推动功率。⑶大功率低音喇叭。放大器输出的电信号推动往复运动的大功率低音喇叭将电能量转化为物理性波动的气压。⑷压力混合器。为保证振动压力有效地传导到毛细气道,在呼吸管路内还施加了一定的持续压力,这个压力有两个作用,⑴提高呼吸管路以及气道内气体的密度以促进波动压力的传道以及⑵对毛细气道有一个支撑力提高气道的通畅程度降低气道阻力、提高气体传导率。此发明的应用方法是:⑴首先对患者的肺脏共振频率进行测定。由于气道压的不同,传统的FOT技术的测定方法已经不适合这种条件下的测试。传统测定过程中,测试呼吸管路是开放的,患者的气道压力相对大气压的压力差基本为0(患者的潮式呼吸可以引起气道压力微小变化,对于毛细气道的支撑力非常有限)。由于应用此技术时,患者的气道内有一个持续压力和一个波动压力,当气道压力升高后的肺脏共振频率会与压力为0时测定的共振频率有一定的差别,对一些患者可能会有很大的差别。所以使用本发明时肺共振频率的测定必须使用另外一种测定技术:“动态气道压力下气道阻力测定技术和装置”,专利申请号2018112394892。在这个装置中患者的肺共振频率可以在不同气道压力水平的背景条件下测得不同的频率中心值,并且在相应的共振频率下还有对应的气道阻力值。⑵将患者在“动态气道压下气道阻力测定技术和装置”上测得的背景气道压和肺共振频率的最佳数据输入到此发明的装置上。鉴于低频压力振动比高频的压力振动有更好的穿透和传道能力,振动频率还可以设置成共振频率的半频。⑶用鼻夹关闭患者鼻腔通道,将患者接在压力混合器输出口并指导患者尽量打开喉咙通过口腔进行呼吸。共用辅助呼吸系统在混合器出口要接入细菌过滤器后再与患者驳接。⑷调整振动压力幅度达到略低于患者最大耐受程度。⑸接驳适当监护仪器,如血氧饱和度测定仪、呼末二氧化碳浓度测定仪或者经皮血气测定仪,以保证患者的安全、确认机械通气的有效性以及观察患者的血气指标。⑹按需要调整持续气道压水平和共振频率以实现最佳血气交换效果。⑺应用时还可以在混合器中加入氧气增加氧合或者使用氧气/氦气混合气体以降低气体密度进一步减小气道阻力,除此之外,还可以通过混合器上预留口通入特别气体或者雾化装置同时完成辅助通气和临床治疗。⑻持续气道压力接入口还可以串接湿化器提高通气的舒适度。
附图说明
图1表示气道阻抗随频率变化的谱图
图2表示气道总阻抗随频率变化的谱图
图3表示共振点高频通气系统方框图。
参考文献
儿童肺功能系列指南(三):脉冲振荡
中华实用儿科临床杂志, 2016,31(11) : 821-825. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-428X.2016.11.006

Claims (2)

1.共振点高频通气系统有以下几个部分构成:⑴扫频振动压力发生器,由集成电路和电子元件构成,产生振动压力波形并在设定的共振频点中心以±2~5Hz扫频形成肺共振频谱。扫频的原因是在进行共振频点高频通气时患者的自主呼吸会造成共振频率的变化,同时肺脏的组织结构的非均匀性造成局部肺共振频点与测定值有一定偏差。强迫振荡测试系统FOT测定的共振频点只是肺脏共振频率肺主值或者频率平均值,以±2~5Hz扫频变化的频率可以更多地利用那些偏离共振频点的肺泡完成气体交换,所以此发明采用的是肺共振频谱。⑵放大器。波形发生器的输出信号经过振动压力放大器后产生足够的电功率推动喇叭产生气体波动压力,波动压力通过呼吸管路接入口腔并通过口腔通入气道传导到肺脏并使其以肺共振频谱频率发生振动,放大器的放大倍数可以调整以获得最佳肺共振推动功率。⑶大功率低音喇叭。放大器输出的电信号推动往复运动的大功率低音喇叭将电能量转化为物理性波动的气压。⑷压力混合器。为保证振动压力有效地传导到毛细气道,在呼吸管路内还施加了一定的持续压力,这个压力有两个作用,⑴提高呼吸管路以及气道内气体的密度以促进波动压力的传道以及⑵对毛细气道有一个支撑力提高气道的通畅程度降低气道阻力、提高气体传导率。
2.此发明的应用方法是:⑴首先对患者的肺脏共振频率进行测定。由于气道压的不同,传统的FOT技术的测定方法已经不适合这种条件下的测试。传统测定过程中,测试呼吸管路是开放的,患者的气道压力相对大气压的压力差基本为0(患者的潮式呼吸可以引起气道压力微小变化,对于毛细气道的支撑力非常有限)。由于应用此技术时,患者的气道内有一个持续压力和一个波动压力,当气道压力升高后的肺脏共振频率会与压力为0时测定的共振频率有一定的差别,对一些患者可能会有很大的差别。所以使用本发明时肺共振频率的测定必须使用另外一种测定技术:“动态气道压力下气道阻力测定技术和装置”,专利申请号2018112394892。在这个装置中患者的肺共振频率可以在不同气道压力水平的背景条件下测得不同的频率中心值,并且在相应的共振频率下还有对应的气道阻力值。⑵将患者在“动态气道压下气道阻力测定技术和装置”上测得的背景气道压和肺共振频率的最佳数据输入到此发明的装置上。鉴于低频压力振动比高频的压力振动有更好的穿透和传道能力,振动频率还可以设置成共振频率的半频。⑶用鼻夹关闭患者鼻腔通道,将患者接在压力混合器输出口并指导患者尽量打开喉咙通过口腔进行呼吸。共用辅助呼吸系统在混合器出口要接入细菌过滤器后再与患者驳接。⑷调整振动压力幅度达到略低于患者最大耐受程度。⑸接驳适当监护仪器,如血氧饱和度测定仪、呼末二氧化碳浓度测定仪或者经皮血气测定仪,以保证患者的安全、确认机械通气的有效性以及观察患者的血气指标。⑹按需要调整持续气道压水平和共振频率以实现最佳血气交换效果。⑺应用时还可以在混合器中加入氧气增加氧合或者使用氧气/氦气混合气体以降低气体密度进一步减小气道阻力,除此之外,还可以通过混合器上预留口通入特别气体或者雾化装置同时完成辅助通气和临床治疗。⑻持续气道压力接入口还可以串接湿化器提高通气的舒适度。
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