Параметры искусственной вентиляции легких

Аппарат искусственной вентиляции лёгких (аппарат ИВЛ) — это медицинское оборудование, которое предназначено для принудительной подачи газовой смеси (кислород и сжатый осушенный воздух) в лёгкие с целью насыщения крови кислородом и удаления из лёгких углекислого газа.

Рисунок 1 – Схема аппарата ИВЛ

Параметры:

• Поток (F) – это скорость изменения объёма, измеряется в литрах в минуту (л/мин) или в миллилитрах в минуту (мл/мин). Определяется при помощи датчика скорости потока.

• Давление(Р) – это давление газа в дыхательных путях, измеряется в сантиметрах водного столба (см H2O) или в миллибарах (mbar или мбар). 1 миллибар=0,9806379 см водного столба. Определяется при помощи манометра.

• Объем (V) – это объем вдыхаемого воздуха. Измеряется в литрах или миллилитрах. Вычисляется как интеграл от потока.

Рисунок 2 - Скалярные сигналы ИВЛ (поток, давление, объем)

Кривые при физиологическом дыхании:

Рисунок 3 – Скалярные сигналы потока, давления и объема (верхние графики), Петли «Поток-Давление» и «Поток-Объем»

Кривые при ИВЛ:

Рисунок 4 – Кривые при ИВЛ. Скалярные сигналы потока, давления и объема (верхние графики), Петли «Поток-Давление» и «Поток-Объем»

Режим ИВЛ с заданным объемом:

PEEP —Positive End Expiratory Pressure

ПДКВ —Положительное Давление в Конце Выдоха

Рисунок 5 – Режим ИВЛ с заданным объемом

Режим ИВЛ с управляемым давлением:

Рисунок 6 - Режим ИВЛ с управляемым давлением

ИВЛ при серьезной патологии:

Рисунок 7 - ИВЛ при серьезной патологии

Моделирование ИВЛ:

О сновные параметры ИВЛ:

• R– Резистанс (Resistance), сопротивление дыхательных путей

• C- Комплайенс (Compliance), растяжимость дыхательных путей

• τ – Постоянная времени

Основные соотношения:

• Связь между потоком, давлением и резистансом: R = Δ P/F

• Связь между объемом, давлением и комплайенсом: C = Δ V/ Δ P

• Постоянная времени: τ = R × C

• Эластичность (Elastance): E=1/C

Расчет R и C при наличии инспираторной паузы (режим с заданным объемом):

Рисунок 8 - ИВЛ при наличии инспираторной паузы (режим с заданным объемом)

Формулы:

Динамическое определение параметров:

Растяжимость (комплайенс) определяется как способность к изменению объема на единицу изменения давления:

Где и – соответственно приращения объёма газа и давления за некоторый промежуток времени.

Сопротивление (резистанс) определяется величиной давления, которое необходимо приложить для проведения по дыхательным путям единицы газового объема в единицу времени:

Где F – величина потока газа.

Известно, что общее давление представляет собой сумму давления в дыхательных путях и давления в легких:

Тогда для двух моментов времени t1 и t2 имеем сумму из двух уравнений:

Измерив поток, давление и объем в моменты времени t1 и t2 м решив данную систему уравнений, можно вычислить комплайенс и резистанс R.

Реальные сигналы в режиме с управляемым давлением:

Рисунок 9 – Графики реальных сигналов в режиме с управляемым давлением

Сложность устранения помех:

Рисунок 10 – Графики исходного сигнала, и результатов разных типов сглаживания

Результат использования ФНЧ:

Рисунок 11 – Результат использования ФНЧ

• Пунктир – расчет по исходному сигналу

• Сплошная линия – расчет по сигналу после ФНЧ

Применение усреднения и интерполяции полиномом:

Рисунок 12 – Применение усреднения и интерполяции полиномом

• Пунктир – расчет по усредненному сигналу

• Сплошная линия – расчет по сигналу, интерполированному полиномом 2-ой степени

Определение постоянной времени по кривым изменения объема:

Постоянная времени – время убывания экспоненциально спадающего процесса в «е» раз:

1/e ~ 36.8%