監(jiān)護(hù)儀原理.doc

多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的基本原理作者：夏黎明 夏立揚(yáng) 張宜川 劉寒春 錢湧 江蘇省醫(yī)療器械檢驗(yàn)所（南京，210037）摘要：多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文簡(jiǎn)述了多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的分類，并著重闡述了心電、血壓、血氧、呼吸、體溫、呼吸末二氧化碳監(jiān)護(hù)的原理。關(guān)鍵詞：多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀，原理The basic principle of Multi-parameter monitorAuthor: Xia liming,Xia liyang,Zhang yichuan,Liu hanchun,Qianyong Jiangsu Province Institute for Medical Equipment Testing(Nanjing,210037)Abstract: Nowadays, Multi-parameter monitor has been more and more widely used in modern medicine.In this composition we simply characterize the classification of Multi-parameter monitor,and emphasized on the principle of ECG,NIBP,Sp02,Resp,Temp,PetC02.Key Words: Multi-parameter monitor, principle監(jiān)護(hù)儀是醫(yī)院的不可缺少的重要設(shè)備，通過(guò)24小時(shí)對(duì)各種生理參數(shù)的監(jiān)測(cè)及分析，在病人的生理機(jī)能參數(shù)超出某一數(shù)值時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒醫(yī)護(hù)人員或病人家屬進(jìn)行搶救的一種監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，是醫(yī)護(hù)人員診斷和治療及創(chuàng)救的重要參考指標(biāo)。監(jiān)護(hù)儀技術(shù)正在不斷發(fā)展和更新?lián)Q代，可用于醫(yī)院的多種病房，如手術(shù)病房，精神病房，冠心病房，兒科與嬰兒護(hù)理病房，外傷護(hù)理病房，放射治療機(jī)護(hù)理病房等?；驹肀O(jiān)護(hù)儀功能各異， 其具體工作原理也不同，但一般都是通過(guò)傳感器感應(yīng)各種生理變化，然后放大器會(huì)把信息強(qiáng)化，再轉(zhuǎn)換成電信息，這時(shí)數(shù)據(jù)分析軟件就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分析和編輯，最后在顯示屏中的各個(gè)功能模塊顯示出來(lái)，或根據(jù)需要記錄，打印下來(lái)，當(dāng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)超出設(shè)定的指標(biāo)時(shí)，就會(huì)激發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，發(fā)出信號(hào)引起醫(yī)護(hù)人員的注意。硬件構(gòu)成測(cè)量服務(wù)器（包括生理感受器（即傳感器），信號(hào)放大器，數(shù)據(jù)模擬處理，數(shù)據(jù)分析處理，數(shù)據(jù)輸出接口等。）數(shù)據(jù)分析及記錄和警報(bào)系統(tǒng) 1 監(jiān)護(hù)儀的基本結(jié)構(gòu) 1.1 監(jiān)護(hù)儀的物理結(jié)構(gòu) 監(jiān)護(hù)儀是由各種傳感器的物理模塊和內(nèi)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的。各種生理信號(hào)由傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)前置放大處理后送人計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)果的顯示，存儲(chǔ)和管理。按其物理結(jié)構(gòu)大致可劃分為三種。 1.1.1 單參數(shù)監(jiān)護(hù)儀：如血壓監(jiān)護(hù)儀、血氧飽和度監(jiān)護(hù)儀、心電監(jiān)護(hù)儀等。 1.1.2 多功能、多參數(shù)綜合監(jiān)護(hù)儀：可同時(shí)監(jiān)護(hù)心電、呼吸、體溫、血壓、血氧等參數(shù)。 1.1.3 插件式組合監(jiān)護(hù)儀：它是由各個(gè)方面分立可拆卸的生理參數(shù)模塊和一臺(tái)監(jiān)護(hù)儀主機(jī)構(gòu)成，用戶可按照自己的要求選購(gòu)不同的插件模塊組成一個(gè)適合自己特殊要求的監(jiān)護(hù)儀。 1.2 監(jiān)護(hù)儀中的顯示技術(shù) 包括：數(shù)碼管，主要用于單參數(shù)監(jiān)護(hù)；CRT顯示器；LCD顯示器；EL顯示器；真彩色TFT顯示器；目前多功能監(jiān)護(hù)儀所采用的主要是TFT等離子顯示器，顯示模式一般為VGA模式，分辨率為640480像素。2 多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀 2.1 心電（ECG）的監(jiān)護(hù) 心肌中的可興奮細(xì)胞的電化學(xué)活動(dòng)會(huì)使心肌發(fā)生電激動(dòng)，進(jìn)而使心臟發(fā)生機(jī)械性收縮。心臟的這種激動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的閉合動(dòng)作電流，在人體容積導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)，并傳播到全身各個(gè)部位，從而使人體不同表面部位產(chǎn)生了電位差變化。心電圖（ECG）就是把體表變動(dòng)著的電位差實(shí)時(shí)記錄下來(lái)。 導(dǎo)聯(lián)的概念是指人體兩個(gè)或兩個(gè)以上體表部位之間的電位差隨心動(dòng)周期變化的波形圖。 目前，臨床上所使用的標(biāo)準(zhǔn)心電圖機(jī)在測(cè)量ECG時(shí)，其肢體電極是安放在手腕和腳腕處，而作為心電監(jiān)護(hù)中的電極則等效地安放在病人的胸腹區(qū)域。雖然安放位置不同，但它們是等效的，其定義也是相同的。因此，監(jiān)護(hù)儀中的心電導(dǎo)聯(lián)與心電圖機(jī)中的導(dǎo)聯(lián)是對(duì)應(yīng)的，它們具有相同極性和波形。 監(jiān)護(hù)儀一般都能監(jiān)護(hù)3或6個(gè)導(dǎo)聯(lián)，可同時(shí)顯示其中一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)聯(lián)的波形，并可直接顯示心率，功能強(qiáng)大的監(jiān)護(hù)儀可監(jiān)護(hù)12導(dǎo)聯(lián)ECG；可對(duì)波形做進(jìn)一步分析，提取出ST段波形和心率失常事件。 監(jiān)護(hù)儀ECG并不能完全替代標(biāo)準(zhǔn)心電圖機(jī)，因?yàn)槟壳暗亩鄥?shù)監(jiān)護(hù)的ECG波形一般不能提供ECG波形更細(xì)微的波形圖，細(xì)微結(jié)構(gòu)診斷能力還不很強(qiáng)，這主要是由于兩者的目的不同，監(jiān)護(hù)的目的主要是長(zhǎng)時(shí)間、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)病人的心率情況，而心電圖機(jī)的結(jié)果是在特定條件下，短時(shí)間的結(jié)果。前者的測(cè)量條件是十分惡劣的，而后者在測(cè)量時(shí)有較好的條件。所以兩種儀器的測(cè)量電路中放大器的通帶度不一樣，心電圖機(jī)至少要求0.05Hz80Hz，而監(jiān)護(hù)儀一般在1Hz25Hz。 心電信號(hào)是一種很微弱的電信號(hào)，很容易受到外界的干擾。監(jiān)護(hù)儀的生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮并采取了一些抗干擾措施，但有些干擾仍舊不可克服。 2.1.1 肌電干擾。粘貼在心電極片下的肌肉收縮時(shí)，產(chǎn)生肌電信號(hào)對(duì)心電信號(hào)產(chǎn)生干擾，因?yàn)檫@類干擾和ECG信號(hào)的頻譜帶寬相同。 2.1.2 運(yùn)動(dòng)干擾。病人的活動(dòng)會(huì)引起ECG信號(hào)的變化，影響程度要視活動(dòng)的幅度和頻率，如在心電放大器帶寬內(nèi)，儀器很難克服。 2.1.3 電極接觸干擾。從人體到ECG放大器的通路上任何干擾都會(huì)造成強(qiáng)烈的噪聲，可能會(huì)使ECG波形變的模糊不清，主要原因是電極與病人的皮膚接觸不良。儀器應(yīng)有良好接地，這樣可抗干擾又能保護(hù)病人和操作者的安全。 2.1.4 高頻電刀的干擾。當(dāng)手術(shù)中使用高頻電刀或電凝時(shí)，加在病人身體上的電能量所產(chǎn)生的電信號(hào)幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于心電信號(hào)，頻率成分十分豐富，使心電放大器到達(dá)飽和無(wú)法觀察正常的ECG波形。在監(jiān)護(hù)儀標(biāo)準(zhǔn)中的抗高頻電刀干擾部分中要求，高頻電刀撤消后5s內(nèi)，監(jiān)護(hù)儀恢復(fù)正常狀態(tài)。 2.2 無(wú)創(chuàng)血壓（NIBP）監(jiān)護(hù) 監(jiān)護(hù)儀在測(cè)量血壓時(shí)一般分手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)量，可以根據(jù)需要設(shè)定。血壓就是指血液對(duì)血管壁的壓力，心臟每一次收縮與舒張過(guò)程中，血流對(duì)血管的壓力也隨之變化，而且動(dòng)脈血管與靜脈血管內(nèi)的壓力也不相同，不同部位的血管壓力也不同。臨床上以人體上臂與心臟同高度處的動(dòng)脈血管內(nèi)對(duì)應(yīng)心臟收縮期和舒張期的壓力值表征人體血壓，分別稱為收縮壓（高壓）和舒張壓（低壓）。人體的動(dòng)脈血壓是一個(gè)易變化的生理參數(shù)，與人的心理狀態(tài)、情緒狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)和體位有很大關(guān)系。 振動(dòng)法是測(cè)量血壓的方法。它的原理是利用袖帶充氣到一定壓力時(shí)完全壓迫動(dòng)脈血管并阻斷動(dòng)脈血流，然后隨著袖帶壓力減小，動(dòng)脈血管將出現(xiàn)：完全阻閉-漸開(kāi)-全放開(kāi)的變化過(guò)程。在全過(guò)程中，動(dòng)脈血管壁的搏動(dòng)將在袖帶內(nèi)的氣體中產(chǎn)生氣體振蕩，這種振蕩與動(dòng)脈收縮壓、舒張壓和平均壓存在確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此通過(guò)測(cè)量、記錄和分析放氣過(guò)程中袖帶內(nèi)的壓力振動(dòng)波即可獲得被測(cè)部位的收縮壓、平均壓和舒張壓。 振動(dòng)法消除了人為因素，其測(cè)量更具客觀性和可復(fù)性，如果保證測(cè)量條件，也有很高的一致性。 振蕩法的前提是要找到規(guī)則的動(dòng)脈壓力脈動(dòng)。如果測(cè)量的條件使這種檢波方式發(fā)生困難的情況下，測(cè)量值就可能變得不可靠，測(cè)量時(shí)間也會(huì)增加，甚至測(cè)量不出來(lái)。如：在測(cè)量中，由于病人的運(yùn)動(dòng)或外界干擾影響袖帶內(nèi)的壓力變化時(shí)，儀器將無(wú)法測(cè)到規(guī)則的動(dòng)脈波動(dòng)，因此就可能導(dǎo)致測(cè)量失敗。 現(xiàn)在，有些監(jiān)護(hù)儀已采用了抗干擾措施，如采用階梯放氣法，由軟件來(lái)自動(dòng)判斷干擾與正常的動(dòng)脈脈動(dòng)波，從而在一定程度上具有抗干擾能力，但是若干擾太嚴(yán)重或持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)，這種抗干擾措施也無(wú)能為力。 所以，在無(wú)創(chuàng)血壓監(jiān)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)盡量保證有良好條件，同時(shí)注意袖帶尺寸的選擇，放置的部位和捆綁的松緊度。 2.3 動(dòng)脈血氧飽和度（Sp02）監(jiān)護(hù) 氧是人生存的第一生存條件，血液中的有效氧分子是通過(guò)與血紅蛋白（Hb）結(jié)合形成氧合血紅蛋白（Hb02）而被輸送到全身各組織中。用來(lái)表征血液中氧合血紅蛋白比例的數(shù)值稱為氧飽和度。定義式為：HbO2/（HbO2+Hb）。血氧飽和度探頭類似于右圖所示， 使用時(shí)探頭夾在手指上。測(cè)量是根據(jù)血液中血紅蛋白和氧合血紅蛋白對(duì)光的吸收特性不同，通過(guò)采用兩種不同波長(zhǎng)的紅光（660nm）和紅外光（940nm）分別透過(guò)組織后再由光電接收器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。上壁固定了兩個(gè)并列放置的發(fā)光二極管（LED），發(fā)出波長(zhǎng)為660nm的紅光和940nm的紅外光。下壁有一個(gè)光電檢測(cè)器，將透射過(guò)手指動(dòng)脈血管的紅光和紅外光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，它所檢測(cè)到的光電信號(hào)越弱，表示光信號(hào)穿透探頭部位時(shí)，被那里的組織，骨頭和血液等吸收掉的越多。而皮膚、肌肉、脂肪、靜脈血，色素和骨頭等對(duì)這兩種光的吸收系數(shù)是恒定的，因此它們只對(duì)光電信號(hào)中的直流分量大小發(fā)生影響。但是血液中的HbO2和Hb濃度隨著血液的脈動(dòng)作周期性改變，因此它們對(duì)光的吸收也在脈動(dòng)地變化，由此引出光電檢測(cè)器輸出的信號(hào)強(qiáng)度隨血液中的HbO2和Hb濃度比脈動(dòng)地改變，即可得出SPO2值。光電信號(hào)的脈動(dòng)規(guī)律是和心臟的搏動(dòng)一致，因此檢測(cè)出信號(hào)的重復(fù)周期，還能確定出脈率。該方法能測(cè)量動(dòng)脈血中的血氧飽和度，測(cè)量的必要條件是要有脈動(dòng)的動(dòng)脈血流，臨床上采用有動(dòng)脈血流而且組織厚度較薄的位置安放傳感器，如手指、腳趾、耳垂等部位。測(cè)量中會(huì)受到限制測(cè)量的原因：如被測(cè)部位出現(xiàn)劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，將會(huì)影響規(guī)則脈動(dòng)信號(hào)的提取，而無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，病人的末梢循環(huán)嚴(yán)重不暢時(shí)，會(huì)導(dǎo)致被測(cè)部位的動(dòng)脈血流減小，將使測(cè)量不準(zhǔn)或無(wú)法測(cè)量；嚴(yán)重失血病人，測(cè)量部位體溫較低時(shí)，外界強(qiáng)光照射到探頭上，可能會(huì)使光電接收器的工作偏離正常范圍，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，應(yīng)盡量避免強(qiáng)光對(duì)探頭的照射。2.4 呼吸（Resp）監(jiān)護(hù)多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀中呼吸測(cè)量大多是采用胸阻抗法。人在呼吸過(guò)程中的胸廓運(yùn)動(dòng)會(huì)造成人體體電阻的變化，變化量約為0.13，稱為呼吸阻抗。監(jiān)護(hù)儀一般是通過(guò)ECG導(dǎo)聯(lián)的兩上電極，用10kHz100kHz的載頻正弦波恒流向人體注入0.5mA5mA的安全電流，從而在相同的電極上拾取呼吸阻抗變化的電信號(hào)，這種呼吸阻抗的變化圖就描述了呼吸的動(dòng)態(tài)波形，并可提取呼吸頻率參數(shù)。胸廓的運(yùn)動(dòng)、身體的非呼吸運(yùn)動(dòng)都會(huì)造成人體電阻的變化。當(dāng)這種變化頻率與呼吸通道的放大器的頻帶同寬時(shí)，監(jiān)護(hù)儀就很難判斷哪是正常的呼吸信號(hào)，哪是干擾信號(hào)。當(dāng)病人出現(xiàn)嚴(yán)重持續(xù)身體活動(dòng)時(shí)，呼吸率的測(cè)量就會(huì)不準(zhǔn)。2.5 體溫（Temp）監(jiān)護(hù)多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀體溫的測(cè)量一般多采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作為溫度傳感器，根據(jù)熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化的特性而獲得的。監(jiān)護(hù)儀一般提供單道體溫，高檔監(jiān)護(hù)儀可提供雙道體溫。體溫探頭有體表探頭和腔內(nèi)探頭兩種。在給病人測(cè)量體溫時(shí)，被測(cè)部位與探頭存在一個(gè)熱平衡。開(kāi)始安放時(shí)，由于傳感器還沒(méi)有完全與人體溫度達(dá)到熱平衡，此時(shí)顯示的溫度不準(zhǔn)確，必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(3min5min)達(dá)到熱平衡之后，才能真正反映實(shí)際溫度。在進(jìn)行體表溫度測(cè)量時(shí)，注意保持傳感器與病人體表接觸良好，如不粘貼牢或病人活動(dòng)使傳感器與皮膚之間有間隙，則可能造成測(cè)量值偏低。2.6 呼吸末二氧化碳（PetC02）監(jiān)護(hù)呼吸末二氧化碳是麻醉患者和呼吸代謝系統(tǒng)疾病患者的重要監(jiān)護(hù)指標(biāo)。C02的主要測(cè)量方法是紅外吸收法，主要是根據(jù)不同濃度的C02對(duì)特定紅外線光的吸收程序不同。C02監(jiān)護(hù)主要有主流式(main-stream)和旁流式(side-stream)兩種。主流式是直接將氣體探頭放置在病人呼吸氣路導(dǎo)管中，直接對(duì)呼吸氣體中的C02進(jìn)行濃度轉(zhuǎn)換，后將電信號(hào)送人監(jiān)護(hù)儀中進(jìn)行分析處理，得到PetC02參數(shù)。旁流式的光學(xué)傳感器是置于監(jiān)護(hù)儀器內(nèi)，由氣體采樣管實(shí)時(shí)抽取病人呼