医用呼吸机模拟控制软件设计文献综述

 2022-10-16 02:10

文献综述(或调研报告):

  1. 呼吸机及其发展历程

呼吸机作为各大医院必备的医疗器械之一,在临床急救和辅助治疗中发挥着极其重要的作用[1]。呼吸机的概念出现在现代临床医学中。它作为替代自主呼吸的有效手段,在现代医学中发挥着重要作用[2]。呼吸机现在广泛用于麻醉呼吸管理,呼吸衰竭,呼吸支持治疗,麻醉呼吸管理和急救复苏。呼吸机的使用减少了呼吸衰竭,并发症的可能性,并挽救了无数患者的生命[3]

早期呼吸机出现在20世纪30年代以前,当时呼吸机为手动机械控制的呼吸机,如1907年Drager设计出的Pulmotor急救呼吸机。这种呼吸机需要手动摇晃工作,费力,不能长时间工作,疗效差,只有IPPV模式,无监测功能。

中期呼吸机出现在20世纪40年代到50年代。40年代以后,电动和气动应用的呼吸机在临床上逐渐得到推广。气动呼吸机以压缩气体为动力,其所有控制系统的启动也依靠压缩气体;电动呼吸机则单靠电力来驱动和控制通气。代表为1940年Crafoord设计的气动压力限制和机械控制型呼吸机,Morch设计的电动机械控制型呼吸机,以及1946年Bennett生产的气动,压力限制和机械控制型呼吸机等。模式主要为IPPV。50年代,研制出了容量转换型和定容型通气模式的机械控制呼吸机。当时呼吸机带有极少的监测功能,如气道压力监测。

近期呼吸机发展从20世纪60年代至今。60年代后,呼吸机出现了电动,气动和电-气动三种动力形式,比较复杂的多功能定容型呼吸机大多采用电-气动的驱动方式。随着物理学的发展,呼吸机的电子控制技术代替了机械控制技术。潮气量由电位计控制,并有复杂的报警系统和一些监测功能(比如呼出潮气量、呼气末正压、每分通气量、呼吸频率和气道压力等)。通气模式也有了很大发展,如1967年PEEP模式和 HFPPV模式的产生。70年代,呼吸机动力形式同前,以气动式最多,均采用电子控制技术。开发了CPAPHFV、IMV和MMV等模式。80年代以后,呼吸机中电动式呼吸机又有了回升的趋势,这是由于电动、微机控制的小型、便携式呼吸机相继应用于临床。另外,各种气动或混合动力、微机控制、多功能呼吸机间世,并产生了PSV、反比通气(IRV)、BiPAP、PRVCV、ASV、VSV、PAV等模式。呼吸机的监测功能有了很大的开发。从以往的通气监测扩展到呼吸力学的监测、呼吸运动监测和波形显示监测等[4]

  1. 呼吸机的技术参数

呼吸机的技术参数一般由呼吸模式、呼吸频率、呼吸周期、供气压力、氧浓度、呼吸比、潮气量、流速等构成[5]

呼吸模式即通气模式,包含控制呼吸模式和辅助呼吸模式。呼吸频率指每分钟呼吸次数。它的倒数是呼吸周期。供气压力是呼吸机在吸气时产生的正压,作用是将气体压入肺部。氧浓度是提供给病人吸入的氧气浓度。呼吸比是吸气时间和呼气时间的比值。潮气量是每次吸气时进入肺腔的通气量,可以分为吸气潮气量和呼气潮气量。流速是每分钟吸入气体的总量。

近年来自动化的脱机模式悄然升起,呼吸机又整合了患者的重要参数、体重及理想通气参数、提高了机械通气的水平,缩短了待机时间[6]

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