睡眠无创呼吸机发展及其新技术

睡眠无创呼吸机发展及其新技术 121陈正龙，李 淼，胡兆燕，谢海明1 ,1. ， 海 200093,2. 学 ， 海 200093, 上海医疗器械高等专科学校上上海理工大机械工程学院上 摘要对睡眠呼吸暂停综合症及其危害进行了简要地介绍 ，阐述了睡眠无创呼吸机的发展和分类 、其治疗阻塞性睡 [] 眠呼吸暂停的原理 ，对目前市场上比较流行的 种机型的主要技术性能指标进行了对比 ，最后介绍了睡眠无创 呼 吸3 机发展的一些新技术 。 关 键 词 , , , 睡眠呼吸暂停综合症睡眠无创呼吸机持续正压通气双水平正压通气[] 中 图 分 类 号文 献 标 志 码文 章 编 号,,TH777 [] [] A [] 1003)8868200902-0034-03 Development and New Technology of SleepNon -invasive Ventilator 1211CHEN Zheng-lon,g LI Miao, HU Zhao-yan, XIE Hai-ming (1.Shanghai Medical Instrumentation College,Shangha i 200093, China;2 .Mechanical Engineering College, University of Shanghai for Science and Technology,Shangha i 200093, China) Abstract Sleep apnea syndrome(SAS) and its harm to the health are briefly introduced, the review on history and classification of sleep non -invasive ventilator is presented, and therapy mechanism of CPAP on SAS is described. Furthermore， the specificationsof three popular CPAPin the market are compared and some new technologies of CPAP are discussedC.[hinese Medical EquipmenJot urnal，2009，30,2,3,4-36] Key words SAS; SleepNon -invasive Ventilation; CPAP; BiPAP 介 绍第 二 代 出 现 在 年 前 后 ，其增加了压力传感器 ，呼 气 时 电1 SAS CPAP 2000 动 机 转 速 降 低 ，治疗压力相对恒定 ，舒 适 度 有 所 提 高 ，但 是 患 者 呼 睡眠呼吸暂停综合症 ,Sleep ApneaS yndrome，SAS,是 一 种 常 见 且 日益受到重视的睡眠呼吸障碍疾病。 我国 SAS患者 在 2 000 万以上气 时仍需较大的肺部做功 。第 三 代 CPAP大 约 出 现 在 2004年 ，其 [14]-， 具 备 了呼气阻力主动释放功能 ，使 用 舒 适 度 高 。 其在成人中的发病率很高，男性约为 4%，女性约为 2%，老年人的发病 1994年 ，澳大利亚瑞思迈公司 ,Resmed,首 次 推 出 CPAP平 台 指 率为 50%左右。 SAS临床表现为睡眠时打鼾 ，反复发作的呼吸浅慢或呼 数 滴 定 法 ，同 年 推 出 了 第 一 代 AUTOSET自动压力调节呼吸 机 ,Auto 吸暂停。 SAS 严重影响患者和他人的睡眠质量，严重者可导致心脑肺和 CPAP,，它能够根据患者有无呼吸暂 停、低 通气情况及上呼吸道阻 力肾脏等重要生命器官的并发。症 根据呼吸暂停事件发生时胸腹呼吸 运的大小等自动调整正压通气的压 。力B PAP 呼 吸 机 在 20世 纪 90 年 i 代初由美国伟康公司 ,Respironics,率 先 推 出 ，其较好地解决 了 无 创 动 的 有 无 ，将 SAS分 为 阻 塞 型 ,OSA,中、 枢 型 ,CSA,和 混 合 型 ,MSA,3 通气条件下人机同步和漏气补偿问 。题 双水平气道正压和智能型 自种，其中 70%以上的 SAS患者为阻塞型睡 眠呼吸暂停。 对 SAS的治 疗 动 CPAP滴定压力诊疗系统的问世为临床广泛应 C用PAP治 疗 阻 塞 可以采用行为治疗、持续气道正压、手术治疗和药物治疗等方法，其中性睡眠呼吸暂停低通气综合 症,OSAHS,及 其 并 发症提供了更为有 持 效 、简便的治疗手段 ，使 CPAP治 疗 OSAHS的方法得到 了 更 大 发 展 和进一步推广应用 。 续气道正压治疗已经成为公认 的OSA治疗最为有效和安全 的方法。 美 国是开展 SAS治疗最早的国家之一 ，2005 年该国治疗用呼吸机的需求 总量接近 100万台 。 十多年来的年需求增长率 为20%左右，近 2 a 由于 3 睡眠无创呼吸机的原理 睡眠呼吸暂停发生的关键在于上气道的狭窄或阻 ，塞因 此 治 疗 大量心脏病患者的有效使用，年增长率提升到 30%~40%。 西欧 2005 年 治疗用呼吸机需求量约为 70万台 ，年增长率为 20%左右。 自 2003 年的各种无创通气机均基于这样一种基本原, 理在患者睡眠时提供OSA 开 始，日本 OSA 诊疗进入保险，治疗用呼吸机的需求量急速增，加2005 适当的气道正压，撑开气道以保证呼吸气流畅，通达到消除呼吸暂停事 [611]-年 件的目的。 尽管目前市场上睡眠无创呼吸机的种类繁，但从其通多气 年需求量已达 20多万台 。 在我国，目前人们对 OSA的危害认知度很低 ， 模式来看，基本上不外乎单水平,CPAP,和双水平,BiPAP,两种。 治疗的普及速度十分缓慢。 3,1 CPAP和 BiPAP波 形 2 睡眠无创呼吸机的发展 ,1,双水平气道正压 ,Bilevel Positive Airway Pressure， BiPAP, - BiPAP 是一种比较灵活的通气模 式，如图 1 中 a 所示。 它能够通 1981年 ，澳 大 利 亚 沙 利 文 ,Sulilvan,教 授 首 次 用 CPAP方 法 治 疗 过软件程序设置两个不 同 水 平 的 CPAP—吸 气 正 压 ,IPAP,P或 —1 [5]OSA，取得了良好的效果。 之后其在其他医学中心应 用，证 实 了 利 用 者 呼气正压,EPAP,P及其执行时间 T和 T，一般将 P和 P的压力2 21 2 lCPAP治 疗 OSA不 仅 短 期 有 效 ，长期治疗还可防止 OSA并 发 症 的 发 差称 为 压 力 支 持 ，患者可在设置的时间内 ，在两个不同水平的 CPAP 上 进 行自主呼吸。 BiPAP 呼吸机一般有两种工作模 式，S/T 模式和生 ，同时由于轻型鼻罩或口鼻面罩 成的 功 研 制 ，使 得 CPAP治 疗 仪 得 SPONT+ APNEAV entilation,自主呼吸+窒息通气 ,模式。 每种呼吸机收 稿 日 期 ,2008-06-30 修 回 日 期 ,20080731 --以 迅 速 推 广 。第 一 代 商 业 化 CPAP大 约 出 现 在 1982年 ，电 动 机 转 切换方式 的设置可能有所不同，但大致上类似。 患者有自主呼吸时为 S 基 金 项 目 ,2007 年度上海市教委重点课题项目 ,A26000703,J 速 恒 定 ，治疗压力波动较大 ，呼气时患者感到呼气费力 ，有 憋 闷 的 感 模式，如 作 者 简 介 ,陈 正 龙 ,,，男 ，湖 南 长 沙 人 ，硕 士 ，助 教 ，主要从事医疗器 1979-觉 。 械工程教学研究方面的研究工作 ，,。Emailchenzl,smic,edu ,cn 医疗卫生装备?2009 年 2 月第 30 卷第 2 期 34 Chinese Medical Equipment Journal?Vol,30 No,2 February 2009 综述General Review 空 气 果患者自主呼吸停止 ，则切换成 模式。 和 之间可以直接设 置 时T S T 空 气电 源 风 机 过 滤 至 患 者 器 间 ,相当于窒息通气时间 ,患者触发间隔超过这一时， 间，呼 吸 机 就 启 [12-13] 动 T 模式，或设置备用呼吸频率 f，以 60/f作为窒息通气时 间。 电 源 输 入 模 块 接 口 压 力 传 感 器 ,2,持 续 气 道 正 压 ,Continuous Positive AirwayPressur ， eCPAP, 微 处 理 器 气道压力在吸气相和呼气相都保持一定 正的 压 水 平 即 为 流 量 传 感 器 电 磁 阀 CPAP，如 图 1 中 b 所 示 。当患者吸气使气道压低 于 CPAP水 平 时 ，电 电 源 选 择 存 储 器 开 关 动机增速使输出压力升高 ，维 持 气 道 压 在 CPAP水 平 ,当 呼 气 使 气 道 主 控 板PC 接 键 压 高 于 CPAP时 ，电 动 机 减 速 ，仍使气道压维持在 CPAP水 平 。因 此 ， 口 盘 CPAP实际上是一 种 自 主 呼 吸 模 式 ，潮 气 量 与 CPAP水 平 、呼 吸 努 力 整 流 器 变 压 器 和呼吸力学状况有关 。 输 DC 图 2 CPAP 呼吸机原理框图 与 呼 吸 机 相 比 ，呼吸机由于需要检测患者的自 主CPAP BiPAP 呼 吸 ，产生吸气正压和呼吸正压两种不同的压 ，因此在结构上必力须 增加流量传感器 ，用来控制潮气量和 吸 气 呼 气 转 换 。 电 磁 阀 的 作 用 是通过提供气道的旁路泄放实现由 压到低压的快速转高换 ，减 轻 患 者呼气时的憋气感 ，提高呼吸机使用的舒适度 。 睡眠无创呼吸机的主要技术性 能4 4,1 各种睡眠无创呼吸机的评价指 标 我们可以从治疗压力范 围，是否带呼吸压力释放 ，机 器 噪 声 水 平，温 湿 化 器 ，是否戴面罩脱落报警 、自 动 海 拔 补 偿 、控制软件以及机 器的外观和尺寸等方面来衡量一 台CPAP， AutoCPAP或 者 BiPAP 图 1 BiPAP 和 CPAP 压 力 时 间 曲 线 呼吸治疗仪性能的优劣 。这里仅介绍几项重要的评价指 。标 4.1.1 噪 声 睡眠无创呼吸机的分类 3,2 要 求 噪 声 越 小 越 好 ，一 般 机 器 输 出 980.6Pa ,10 cmHO,的 治 疗 2从结构和使用功能来看 ，目 前 市场上流行的睡眠无创呼吸机 大压 力 时 ，噪 声 应 该 在 30 dB以 下 。 夜间过大的噪声会干扰患者和他 人致可以分为以下 3 类 , 的 睡 眠 。 ,1,持续正压呼吸机 ,Continuous Positive Airway PressureVent-i 4.1.2 湿 化 器 lato，r CPAP, 寒冷干燥的气流会刺激患者的上 吸呼 道 ，出 现 头 痛 、鼻 部 过 敏 、 CPAP呼 吸 机 又 称 为 “单 水 平 呼 吸 机 ”， 能 够 产 生 持 续 而 稳 定 咽喉干燥等症状 。湿 化 器 ，尤 其 是 加 热湿化器可以对呼吸机输入 的的 压 力 和 气 流 ，保持患者呼吸道通畅 。 是临床上用途比较广泛的呼空 气 加 温 加 湿 ，使治疗更为舒适和有效 。 吸 4.1.3 舒 适 度 机 ，适用于大部分呼吸暂停综合症的患 。者 这是衡量各类呼吸机性能优劣最重要的指 。标 舒适度的高低 直 ,2,自动持续正压呼吸机 ,Auto-CPAP, 接与治疗压力的稳定性和精确性有 ，关这又取决于电动机反应的 快 它又称为智能型呼吸机 ，与单水平呼吸机不同的是 ，它 能 自 动 探 慢和压力传感器的灵敏度 ，舒 适 度 好 的 CPAP呼吸机应具备呼吸 压 测出患者的呼吸暂停和气流降低 ，量根据患者气道的阻力 、睡 眠 时 相 力 释 放 功 能 。BiPAP 呼吸机同步性能 好 ，否 则会出现人机对抗 ， [8-10]和体位自动调整治疗压力，其 本 质 上 仍 是 CPAP。 患者很难配合通气治疗 ，甚至会加重呼吸困难或造成肺的气压 。伤 ,3,双水平正压呼吸机 ,Bi-level Positive Airway PressureVent-i 4,2 各类睡眠无创呼吸机性能对 ,比见 表 1, lato，r BiPAP, 5 睡眠无创呼吸机新技术 双水平正压呼吸机是双压力形式的呼吸 。 机 在患者吸气时提供 5,1 伟 康 Flex Family技 术 较高的吸气压力以保证气道的开 ，放呼气时提供较低的呼气压 力，以 ,1,C-Flex 压 力 释 放 技 术 保证患者呼气顺畅 。 先进的双水平 正 压呼吸机具有呼吸触发功 能， C-Flex 压力释放技术是在呼气开始时降低压 ，力而 在 一 开 始 吸 治疗时压力气流能够与患者的自主 吸呼 同 步 ，从而使治疗的舒适程 气的时候又返回到治疗压力 ，这就使得睡眠治疗更为舒 适，压 力 释 [14-17]度 大 大 提 高。 BiPAP呼吸机除了能够治疗阻塞性睡眠呼吸暂 停放 外 ，还可以用来治疗肺水肿 、哮 喘 、慢性阻塞性肺病等 ，是 目 前 功 能 最 水平基于患者的呼气气流和设置的压力水 ，C平-Flex 可 以 设 置 3 种 为全面的无创呼吸机 。 不同的呼气释放压力 。 C-Flex 是基于伟康公司的数字式自动追踪3,3 睡眠无创呼吸机的结构 灵 CPAP是 治 疗 OSA最 简 单 的 机 器 ，典 型 的 CPAP睡 眠 无 创 呼 吸 敏 度 专 利 。数字式自动追踪是一种 高 灵 敏 度 的 算 法 ，即 使 在 鼻 面 罩 机 结 构 如 图 2 所 示 。 它 由 风 机 、压 力 传 感 器 、驱动控制电路及电源 存在漏气的情况下 ，都能对患者的每一次呼吸进行追 ，踪探 测 吸 气 和 4 呼 气 的 启 动 ，然 后 触 发 C-Flex，在患者刚好需要时提供一个自适 应部 分 组 成 。外界空气经空气过滤器 过 滤后被吸入风机加压 ，然 后 经 [18]的 压 力 释 放 ，使得治疗更为自然和舒适。 过患者回路将治疗压力输送到患者气 。道风机是呼吸机的关键部件 ， ,2,Bi-Flex誖双水平压力释放技术 由 1 个无刷直流电动机和微涡轮叶片组 ，要求电动机响应迅成速 、使 Bi-Flex誖压力释放技术在吸气相和呼气相进行压力释 ，使放 得 用 寿 命 长 、噪 声 小 、转 速 高 。 医疗卫生装备?2009 年 2 月第 30 卷第 2 期 35 Chinese Medical Equipment JournalVol,30 No,2 February 2009 ? 综述 General Review 1 CPAP 表典型呼吸机性能比较中 ，患者均可方便地采取卧位或坐位使用 。 由于其外形接近于颈 托 ， CPAP用户将不再需要带 有 152.4m m,6 in,长软管的床边呼吸机了 ， 大大提高了治疗的舒适度和依从性 。 众多呼吸机厂家的涌现直接 导 品 牌 Remstar Pro2 C-Flex 420S S8 Elite 参 数 致呼吸机价格的下降 ，使睡眠无创呼吸机将步入更多的家庭 ，有 更 多 的人将会享受到这项技术所带来的益 处。 制 造 商 Respironics PuritanBennet t Resmed 392.2~1961.2 PaYes Yes Yes ,4:20 cmHO,2 呼 吸 压 力 释 放 Yes (C-Flex) Yes (EPR) No 参 考 文 献[] 自 动 海 拔 补 偿 Yes Yes Yes [1] 黄 席 珍. 阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综 合症的历史现状和未来 自 动 升 压 Yes Yes Yes [J]. ，2003，26,5,259., 中华结核和呼吸杂志 可 选 软 件 EncoreViewer SilverLining AutoScan5.7 Only [2] 王 鸿 庆 ， 席 . 睡 眠 呼 吸 障 碍 ,SAS, [J]. 中 黄珍与相关诊疗仪器国 医 疗 器 械 信 息 ，2001，7,5,14,-18. 漏 气 补 偿 Yes Yes Yes 黄 席 珍 . 睡 眠 呼 吸 暂 停 /低通气综合症与 无创正压通气治疗 [J]. [3] 加 热 湿 化 器 Remstar Heated H3i GKHO/H/HC15022 中 国 全 科 医 学 ，2002，5,3,182,-183. GoodKnight Passover湿 化 器 Remstar Passover Sullivan Passover [4] 张 希 龙 ，缪 东 生 ， 殷 凯 生 ， 等 . 现代睡眠呼吸障碍学的基础与临 Passover 床[M]. 北 京 ,科 学 出 版 社 ，2007. 数 据 卡 No Yes Yes [5] Sullivan C E，Issa F G，Berthon -Jones M，et a1. Reversal of ob- 面 罩 脱 落 报 警 Yes Yes No structive sleep apneaby continuous positive airway pressurea p- 4.6 4.55 总 质 量/lb 5.86 plied through the nares[LJa]n. cet，1981，18,862-865, 330.2×177.8×139.7 317.5×127.0×101.6 266.7×152.4×120.7 SchwartsA R，Thut D C，Brower R G，et al. Modulation of maximal 尺 寸/mm [6] ,,,,,,13"×7"×5.5" 10.5"×6"×4.75" 12.5"×5"×4" nspiratory airflow by neuromusculaarc tivity, effect of CO[J]. Ap- 2i30 31 31 噪 声 水 平/dB pl Physiol，1993，74,1 597-1 605. Shepard WJ ，Thawley S E. 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TM [11] 是 迈 思 瑞 S8series 呼 吸治疗仪所独有的技术 。E PR降 低 了 患 者 每 CondosR ，Norman R C. Flow limitation as a noninvasive assess- ment ofr esidual upper -airway resistance during continuousposi- 次 呼 气 时 的 压 力 ，提 高 了 CPAP治疗期间的舒适 性 ，确 保 了 CPAP tive airway pressure therapy oobsf tructive sleep apnea [J]A. m J 的 RespirCrit CareM ed，1994，150,475-480. 滴 定 期 、延迟升压期和整晚治疗的依从性 。E PR有 低 、中 、高 三 档 可 [12] 周 新 ，陈 宇 清. 机械通气波形分析与 临 床 应 用 [M]. 上 海 ,世 界 图 供 选 择 ， 分 别 对 应 减 压 98.1 Pa ,1 cmHO,196、.1 Pa , 2 cmHO, 和 22书 出 版 公 司 ，2002. 294.2P a,3 cmHO, 。EPR由患者的呼气触发并在吸气开始结 束 。另 2[13] 解 立 新 ，刘 又 宁. 回复孙凤春医师关于 BiPAP 和 BIPAP 的 概 念 外 ，EPR 还 有 自 动 “超 时 ”功 能 ,在测定了平均呼吸 流 量 基 线 后 ，如 问 题[J]. 中华结核和呼吸杂志 ，2005，28,3,208., 果 [14] Melanie K Means. CPAP o mplCiance in Sleep Apnean Pa tients 患者的呼吸流量下降 75%的 时 间 超 过 10 s，EPR 停 止 ,当 呼 吸 事 件 结 with and with out Laboratory CPAP Titr ation [J]. Sleep and [19]Breathing， 2004，8,1,7,-14. 束 ，流量返回到正常范围时 ，EPR 恢 复。 Meurice J C. 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