文摘
本研究的目的是确定不同设计的口罩的影响和不同的无创呼吸机模式将会在总动态死腔。
使用自主呼吸模型,动态总死腔测量当使用19商用面罩和呼吸器的范围不同通风模式。
总动态死腔在自然通风是高于生理死腔从32%上升到42%的潮汐卷使用口罩。使用无创通气模式,如上下两层的和持续正压通气,连续在呼气相的压力,减少总动态死腔与大多数口罩接近生理死腔。协助和压力支持通气压力减少总动态死空间从一个较小的程度上,从42%到39%的潮汐卷。口罩在鼻呼气港口桥导致有益的面罩内的流动特性和鼻腔,以减少总动态死空间小于生理死腔体积从42%到28.5%的潮汐。
排气港口在口罩鼻桥影响重要的减少动态死腔提供正压在呼气阶段使用。
本研究支持的资助人的圣托马斯医院的慈善基金会,国家卫生服务和卫生部门新的和新兴的应用技术项目。
的主要目标之一的无创性通气(NIV)慢性阻塞性肺疾病(COPD)是改善气体交换。但是,不可避免的生理死腔(VD、phy)和动态装置死亡空间(VD,美联社第二次)包括肺泡气体吸入到肺泡间,侵犯肺泡通风。这影响肺力学和呼吸模式1- - - - - -4。流经面具似乎对动态死腔(造成重大影响VD)5。VD已经定义6。流量和流型影响等因素之间的接口的位置空气和肺泡气体。因此,VD、phy是受吸气流量,呼气流量和潮汐卷(VT)6- - - - - -8。作为VD、phy变化与VT,好有意义表达休息或通风的一小部分VT(VD、phy/VT)。
不同的测量方法可能适用于测量VD、phy在临床实践中。它们包括标准参考技术的“次呼吸二氧化碳”弗莱彻等等。6Arborelius multiple-breath氮”et al。9威廉姆斯的“振荡激发了氩”et al。10威廉姆斯,“振荡激发氧”et al。11。虽然决心VD、phy研究文献中,没有研究,测量吗VD,美联社和合。然而,使用口罩有潜力的影响VD,美联社1。在这项研究中,VD,美联社被定义为VD超过VD、phy。影响价值的因素VD,美联社包括通风设备之间的接口和病人的脸包括流量模式和压力波形。尽管一些制造商提供静态体积测量在口罩,面罩结合的各种不同的通风模式可能会影响VD在没有定义方法。此外,不同的具有类似通风通风模式可能会有不同的影响VD。因此,本研究的目的是确定不同设计的口罩的影响和不同的无创呼吸机模式动态死腔(总VD/VT)。肺模型开发了测量的动态价值总死亡空间(VD),VD、phy+VD,美联社的分数VD/VT所有商用和合口罩与各种通风模式。
材料和方法
研究设计
在这项研究中,一个先前设计的肺模型修改(图。1⇓)。波纹管以来,B1和B2似乎占据了肺部的位置如图1所示⇓,不要让错误的尝试理解模型作为一个尝试模仿生理肺。肺模型设计的原则已经被报道12。肺模型是用来测试设备的性能测量的具体目标VD/VT在预期的临床条件下相关设备。它不是被设计来模仿任何条件或生理学的肺。这是它的特殊的优势;有针对性的目标,不被任何临床条件。在本质上,肺模型提供VT呼气的天然气(100%氧化亚氮(N2O)代表肺泡气体)排入和合面罩通风系统。相同的VT面罩内的混合物,然后吸入的模型。由于气体在大气中或从一个无创呼吸机包含0 N2O, N的浓度2O所吸入的模型将会是一个精确测量的部分再呼吸呼出肺泡气体的体积。
简单地说,一个机械测试肺(大急流城,密歇根州仪器公司,美国)既有波纹管连接,这样他们移动由电机驱动的燕八哥泵安排。燕八哥泵呈现正弦和同样动作都测试肺的隔间以模拟自主呼吸。VT和呼吸速率可以精确调节的行程控制机制和变速箱。
电磁阀(SMC气动有限公司米尔顿凯恩斯,英国)和单向阀门(汉斯·鲁道夫Inc .,密苏里州堪萨斯城,美国)被用来分离呼气(100% N2从吸气(的N O)2O和空气)气体。100% N2O是提供通过呼气的流量计的模型。在灵感,波纹管B1充满N2O通过单向阀V1,波纹管B2吸入吸入气体通过一个电子控制电磁阀SV1开放。在过期,单向阀V2允许风箱B1空到气管模型的广告,而电磁阀SV1是关闭的。同时,波纹管B2迫使空气混合物的取样装置通过打开电磁阀SV2。
电磁阀用于模型因为吸入气道正压(IPAP)创建一个正压在年底B2灵感,可能产生不需要的气体流量抽样方面如果被动单向阀门单独使用。吸入的放电气体混合物的取样装置从而限制在呼气相。这是通过开关装置安装在轴的燕八哥泵触发吸气和呼气阶段。计算机和数据采集系统(虚拟仪器;美国国家仪器公司,奥斯汀,TX)收集开关信号和控制相应的电磁阀。Resusci安妮Laerdal头部(Laerdal医疗公司,挪威斯塔万格)被删除修改气道阻塞机制和一个合适的波纹管(解剖死腔)插入附件的肺模型如图1所示⇓。
为了方便可靠的采样,断断续续的VTsexpelled通过SV2被转换为一个更稳定的流的插入一个1 L水库包b .此外,水库袋导致混合,完成室包含一个球迷。电脑风扇被放置在一个2 L室混合气体。电脑风扇有一个轴流叶轮,集中安装搅拌器时,优秀的全面运动是导致良好的混合。N2O浓度测量使用气体监测(Datex-Ohmeda,天涯;部门Instrumentarium Corp .)、芬兰赫尔辛基),结果存储在计算机使用数据采集系统。
死腔系统(人体模型的头和气管)的测量和调整来实现VD、phy/VT0.3213模仿的预期VD、phy在病人。VD、phy因此141毫升,因为VT是440毫升。在这个模型中,N的分级浓度2O =VD/VT。VT使用校准空速测量流量传感器(D量lite;Datex-Ohmeda天涯)插入B2和SV2之间。N2O传感与100% N校准2O, N2由Datex-Ohmeda O校准混合物(40%)。泵的行程是一个自发的调整来实现VT440毫升。口罩进行了测试与操作员盲随机顺序测试期间的结果。
肺模型,用于测量VD,这是唯一一个提供了一个直接的价值VD/VT即。等于分数N的浓度2o .各自使用一个非常大的死腔,超过了VT很多次,零死角给N2O值的100%和0%。在自然通风,当系统中的压力很低,不需要电磁阀的压力变化装置确保精确的开启和关闭。然而,使用正压与不同通风模式可能导致气体流经SV2和采样系统在呼吸周期中一个不受欢迎的时候。这将导致一个值VD这是过度大如果电磁阀的时机是不精确的。为了检查电磁阀执行根据预期的可靠性模型,使用相同的正压装置获得的结果进行比较,发现与那些获得类似的自然通风。
静态的口罩
让我们检查之间的关系中的静态和动态卷口罩,静态卷之间的空间面对人体模特和口罩被两种不同的方法测量。空间充满了细干颗粒盐和软柔软物质(面团)已知常数的密度为1.41 g·毫升−1在所有18和合面具和一个总面罩(图。2⇓)。记录值的意思是四个测量。
自主呼吸
十八和合面具和一个总面罩在头部(表1进行测试⇓)。这项研究是利用进行口罩按照约定的,即。没有孔口罩的闭塞。口罩是应用的方式足以防止任何泄漏期间,为了获得最大的呼吸VD值。肺模型设置19次·分钟−1和440毫升VT。每个面具都申请了5分钟的头部和N2O浓度记录。这个值是基于90年代最后5分钟的记录值采样at30样本·s−1,这些是最稳定的。其中包括2700个读数的平均值和se计算。
无创通气
评估不同的无创性通风的影响,五个常见的机器被使用(表2⇓)。面具被连接到通风通过他们建议患者电路(图。3⇓)。这包括与排气波纹管和连接器端口清教徒贝内特Knightstar 335(美国清教徒的班尼特,而CA), Respironics BIPAP S / T(美国Murrysville Respironics Inc ., PA)和沙利文ResMed区内S / T (ResMed有限公司北方莱德,新南威尔士,澳大利亚)。401年沥青(布瑞亚医疗AB, Molnlycke,瑞典)和刺骨的1 (B&D Electromedical,斯特拉特福德在雅芳,英国),这包括波纹管、排气阀门、呼气阀线和压力线。自主呼吸模式保持不变。所有通风都设置为最敏感的触发水平对吸气和呼气都适用。清教徒贝内特Knightstar 335采用上下两层的和持续气道正压(CPAP)模式。
结果
图2⇓显示VD,美联社口罩与静态体积测量当面具被应用于Resusci安妮Laerdal人体模型的头。
图4⇓显示了VD/VT分数在自主呼吸与所有的面具。所有口罩增加了VD从0.32到0.42,平均增长33.82%。
和合模式的使用,如上下两层的(图5所示⇓)和CPAP(图。6⇓),连续在呼气相的压力,减少了VD/VT意味着与大多数口罩0.33和0.34的值,一个近似的价值VD、phy。一些口罩安排导致有益的流动特性降低VD/VT不到VD、phy(图5⇓;ResMed全脸系列2)。口罩在鼻呼气港口桥导致有益的面罩内的流动特性和鼻腔,减少VD/VT不到VD、phy从42%到28.5%VT。排气港口在其他网站没有那么有益港口位于面罩的脸颊,表现略优于排气港口位于mask-connector网站。
压力控制和pressure-supportventilation下降VD/VT一个较小的程度上,0.39,平均增长22.8%(0.6)以上VD、phy。
的Respironics BIPAP S / T和IPAP 16而言不啻2O给值VD/VT0.26 - -0.39之间变化,(各自的口罩包括ResMed全脸系列2(尺寸小)和古全面罩系统;图5⇓)。
沥青401压力支持通气器和刺骨的1 pressure-assist通风机了几乎相同的值VD/VT0.34 - -0.44之间变化(各自的面具使用Respironics光谱(尺寸小)和Respironics总面罩)沥青401和0.33 - -0.44之间(therespective口罩使用B&D Electromedical Hebden(尺寸小)和Respironics总面罩)刺骨1(图7所示⇓)。
班纳特与清教徒Knightstar 335(上下两层的模式),的值VD/VT0.26 - -0.39之间变化(各自的面具使用ResMed面部整体系列2(大号)和古全面罩系统;图5⇓)。当清教徒贝内特Knightstar 335年用于CPAP模式,的值VD/VT没有不同于其在上下两层的使用模式(图6⇓)。
与区内ResMed沙利文S / T的值VD/VT0.26 - -0.40之间变化(各自的面具是使用B&D Electromedical Fleximask(尺寸小)和古全面罩系统;图5⇓)。
所有的差异,可观测到的数据是真实的地理差异和p值非常小的报告等于零,即使小如0.22%的差异。
讨论
使肺模型VD/VT分数直接测量的精度,平均se 0.0018或0.5%的平均值。在实验室研究中,精度是这样,就连小不重要的差异指出在数据统计上来说明显不同。所有数据可以观察到的差异p值等于零为每个应承担的阅读是基于2700个读数。这些统计数据所反映的精度与测量设备的准确性和肺模型安排。结果之间的差异可能会影响应用程序在更大程度上的面罩的人体模特或同步呼吸机。
VD/VT在自然通风是增加了使用口罩VD、phy从32%到42%VT。和合模式的使用,如上下两层的CPAP,连续在呼气相的压力,减少了VD/VT到接近VD、phy与大多数口罩。Pressure-assist和压力支持通气呼气末正压通气(偷看)下降VD/VT一个较小的程度上,从42%到39%VT。口罩在鼻呼气港口桥导致有益的面罩内的流动特性和鼻腔,这降低了VD/VT不到VD、phy从42%到28.5%VT。
毫不奇怪,在自然通风,VD增加了VD、phy0.5 (33.8)%。之间的相关性在口罩和静态体积测量VD尺寸只有0.36(图2所示⇓)。这意味着,卷在口罩没什么关系VD(图4⇓)。Respironics口罩总被认为是大死腔,因为它覆盖整个脸,和有一个静态死腔量∼967毫升。然而,目前的数据表明,即使有自主呼吸,VD是比大多数其他口罩。这个意想不到的结果可能解释为通过面罩流气体的影响。
消除“点”在呼吸系统以外的点呼出肺泡气体不归还,病人的肺泡间隔,因此,不能做出贡献VD。呼吸自然的人在正常情况下,消除口中。VD在这种情况下就等于VD、phy,VD,美联社等于零。在上下两层的和CPAP,因为在呼气阶段正压,消除点移动在面罩内,接近病人,几乎相同的通常的消除,在嘴里。虽然有一个呼出港口patient-breathing系统以及周边地定位孔的口罩,呼出气体在上下两层的和CPAP,因而同自主呼吸,不能通过呼气港口呼吸系统,否则更大VD,美联社会被记录在这项研究。这有效地使呼出港口的位置,呼气阀门位于任何位置以外的地方连接到面罩,冗余如果一个适当的正压维持在呼气阶段。这种说法是不正确的,如果呼气压力等于环境压力。这是如图7所示⇓观察到的相同的压力支持条件下口罩和pressure-assist通风不执行近。这一发现已被证明在临床设置4,5。在这项研究中,它是在呼气阶段流动和流动途径被认为低VD,美联社。
在图5中⇓与排气港口或穿孔,口罩鼻桥效果最好减少死腔。排气港口在其他网站没有那么好港口位于面罩在脸颊表现略优于排气港口位于mask-connector网站。可能把ResMed系列2区别于其他口罩包含排气港口吗?它是穿孔的鼻桥这一事实可能导致不对称气流在面罩内吗?如果这是原因,汉斯·鲁道夫面罩与排气口在一个脸颊会表现明显优于口罩与港口覆盖双颊如Respironics总面罩。差异指出边际说这里太有偏见的面罩内流是解释。获得更好的理解影响的因素VD使用工程工具在口罩,流体动力学的研究将有助于定义和指导未来设计的口罩。
相比之下,在自然通风,这是令人惊讶的找到最小影响死亡空间使用排气港口口罩(汉斯·鲁道夫面罩,ResMed全脸系列2、Respironics光谱和总面罩)。可以预见,排气港口口罩可以帮助过期流排放有利流流,因此减少死腔13。然而,如果压力低的面具在呼气阶段,它似乎限制气体消除的有效性通过面罩的漏洞,从而没有提供流流特征,被认为在更高的压力。
由于本研究的目的之一是展示不同的和合通风模式的影响VD,美联社,最常用的和合通风模式进行:上下两层的,CPAP、压力支持通气、pressure-assist通风(无花果5 - 7⇓⇓⇓)。结果表明,口罩,VD/VT大大减少在使用二层或CPAP(分别从0.42到0.33和0.34)和压力支持或pressure-assist通风(0.39)。要指出的是,VD/VT分数是减少更多的上下两层的和CPAP比压力支持和pressure-assist通风。上下两层的,CPAP的共同点和压力支持和pressure-assist通风相比,是恒压在呼气阶段。减少死亡空间的原因是正压在过期部队呼出气体的主流,从而消除移动点靠近病人。换句话说,在过期新鲜气体流量的影响直接相关的好冲洗面罩。
没有重要的区别VD/VT分数与上下两层的CPAP,也没有区别的不同使上下两层的通风。的结果,不知道其他呼吸机参数,如吸气流型,吸气和呼气触发或响应时间的影响很重要VD/VT分数。尽管它可能是他们几乎没有影响,需要进一步的研究来描述详细通风机触发特性的影响。
比较与pressure-assist压力支持通气,没有差异VD测量。随着呼气阶段确定的关键VD,难怪没有这些模式之间的区别是零流从通风机在两性过期。
面具之间的差异是次要的。最大的VD测量是辜氏完整的面罩系统和最小的是ResMed全脸系列2在上下两层的。这是记录为小于VD、phy。这可能是解释从面罩内的流动特性设计。ResMed面部整体系列2面罩有开口的鼻梁。在CPAP和上下两层的,流循环的面罩内当前的模型会导致空气流通通过嘴巴打开和鼻腔,减少解剖死空间转移消除鼻咽的水平。
从图5⇓可能观察到类似的结果发生使用B&D Electromedical中小fleximask口罩ResMed沙利文区内S / T通风机与ResMed系列2使用二层或CPAP模式。来解释这一发现,必须假定类似面罩冲洗鼻腔参与机制必须在操作。导致的问题是为什么它不会发生与其他上下两层的通风?总是存在的可能性,当使用B&D Electromedical中小fleximask口罩,持有一个可靠的密封能力的鼻子这些特定的设计和尺寸的面罩可能没有那么好人体模型作为一个真正的脸上。实际上,鼻子的泄漏可能产生同样的效果作为专用鼻排气港口ResMed系列2口罩。结果瞎了,所以没有办法知道什么才是真正的机制是在这个实例中。
模型的局限性是泄漏有时出现在头部和口罩。泄漏是最小化通过应用面具紧密但没有任何形状和体积变形。然而,一些面具可能有轻微泄漏由于拟合问题。因为通风补偿轻微泄漏和通风模式是常数pressure-based相比,任何错误可能是不重要的。任何此类错误的后果很可能是偏见减少死腔的方向,因为它已被证明,口罩减少不合身VD13。遇到的第二个问题是,一些通风未能触发的每一次呼吸。凛冽的1触发下降到66%,而30 BIPAP S / T ResMed沙利文S / T触发了100%与所有面具。
最后,它已经表明,无创性呼吸器和病人之间的界面可能是更重要的比的通风方式14。的接口,它还表明口罩生产最好的血气结果。一个非常重要的组件,即VD,研究了在这个最常用的接口。新和合本面罩增加VD、phy0.5(33.82)%的自然通风。有一个贫穷的关系在口罩和静态体积VD,美联社测量。虽然,使用呼吸器时,口罩强调,之间的区别VD减少他们所有人。的数量VD减少取决于这两种通风方式和面罩本身。上下两层的和CPAP模式更有效的减少VD比压力支持和pressure-assist通风(没有偷看在和合通风的情况下),因为在呼气阶段应用正压。
排气港口的鼻桥口罩鼓励有益的流路径,减少死亡空间,但只有与通风模式结合使用,采用正压在呼气阶段。
确认
作者要感谢d光为技术支持,和莱恩。福克斯的圣托马斯医院请贷款的非侵入式呼吸器和圣詹姆斯·m·莱瑟姆的大学医院,利兹,英国,借给他们的面具。
脚注
↵社论评论见第7页。
- 收到了2003年4月8日。
- 接受2003年7月23日。
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