内置直接呼吸监测系统的气道阻力分析

　　1引言

　　研制内置呼吸监测系统对呼吸力学参数进行直接连续监测处于机械通气和重症监护中的呼吸疾病的诊断和治疗具有至关重要的意义。气道阻力是重要的呼吸监测指标之一，气道阻力的大小反应气道的阻塞程度，气道阻力过高会影响正常的通气功能，导致呼吸衰竭甚至危机生命，所以机械通气过程中必须监测气道阻力，采用适当的机械通气模式。

　　人体呼吸道结构复杂，对于不同的人来说，气道的阻力是不同的，气道流动阻力的大小与气体瞬时流速的大小和方向、气体的密度和粘性等都有关。机械通气情况下气道的总流动阻力为带有连接器和导管固定器的气管插管及其他各部分阻力之和，或少于各部分的阻力之和，约为1kPa左右。

　　在人体呼吸道直接内置呼吸监测机器人系统，则监测机器人系统也将会成为一个阻力件。因此研究机械通气情况下内置监测机器人系统时气道的总阻力对监测系统的实际应用具有重大意义。

　　2气道阻力计算模型

　　2.1线性模型

　　Rother最初提出了在R-V(气流阻力一流量)平面中的线性关系，此线性关系经常被应用。气道阻力可用气道阻力的压力降表示，气道阻力的线性模型可理解为气道阻力包含层流和湍流两部分，且湍流时的流动阻力比层流时高出40%左右。气道阻力的线性计算模型为:

　　式中:P为气道阻力压力降，K, , K2为常数，V为通过气道气体的体积流量。

　　2. 2气道阻力的能f分析法

　　应用能量守恒定律可得单位时间内流体在呼吸道任意两个截面上压力功的减少等于流体动能的增加与粘性引起的机械能损失之和[1]，表示为:

　　对于理想气体能量耗散 Φ为零，对于管长为L的Poiseuille流的能量耗散 Φp有:

　　2. 3内置监测机器人系统的附加阻力计算

　　设计机器人系统的结构参数[2]、气管及呼吸气流的特性参数如表1所示。按线性模型法和能量分析法得到监测系统的附加阻力压力降分别如图1、图2所示。

　　3结论

　　计算结果表明能量分析法计算得到的流动阻力较大，且相应的湍流流动时阻力最大。实际计算结果表明在呼吸流速范围内最可见所设计的监测系统在气管内的流动阻力值相对于气道的总的流动阻力来说非常小，可以忽略不计。因计算模型是基于刚性管道和定常流动的条件下得出的，所以实际附加阻力的大小还有待于实验验证。

　　参考文献

　　[1]陶祖莱.生物力学导论[M].天津:天津科技翻译出版社公司，2000.