醫(yī)學儀器原理與設計-血氣分析儀.ppt

1、,醫(yī)學儀器原理與設計 血氣分析儀,血氣分析儀廣泛應用于昏迷、休克、嚴重外傷等危急病人的臨床搶救、外科大手術的監(jiān)控、臨床效果的觀察和研究等。它是肺心病、肺氣腫、氣管炎、糖尿病、嘔吐、中毒等病癥的治療和診斷中必備的儀器。由于該儀器分析快速、準確、可靠，已成為現代化醫(yī)院中不可缺少的重要醫(yī)療檢測設備之一。,血氣分析儀,血氣分析儀是50年代末發(fā)展起來的一種現代醫(yī)學檢驗儀器，經過60年代的完善和發(fā)展，到70年代，血氣分析儀已達到數字化和自動化程度。 我國于70年代初開始研制血氣分析儀，到80年代中后期，國產的血氣分析儀基本上只有南京的DX-200型。90年代引進了美國1302型全套生產制造技術，包括關鍵樣

2、品箱、電極、試劑的制造技術，結合我國國情，設計制造了1300系列產品(1324/1326/ 1312)，使我國在血氣分析儀研制生產方面前進了一大步。,一、血氣分析儀分發(fā)展,近幾年新型儀器的性能進一步完善。由于計算機的普遍使用，血氣分析儀的數據處理能力已大大提高，只需將少量的血樣注入儀器，就可在極短的時間內自動顯示并打印出pH值，血氧分壓、血二氧化碳分壓及其它十幾項相關數據。有些新型號的儀器還增加了測量電解質、血紅素或血細胞比容的功能。此外，目前的血氣分析儀大多使用了電極帽，將電極體與其敏感膜分開，維修保養(yǎng)時只需將經過處理的電極帽換上即可，使電極的保養(yǎng)變得更為簡便。,血氣分析儀還常與電解質分析儀

3、、血氧儀等聯為一體，并與醫(yī)院的計算機系統(tǒng)聯機，使其功能更全面。目前還有可在床邊測試的移動式血氣分析儀，它使用了電極帽，電極無需保養(yǎng)，只需每隔72小時更換一次電極帽即可?？傊獨夥治鰞x將向全功能、小型化、連續(xù)測量等方面發(fā)展。,血氣分析儀（blood gas analyzer）電極對血樣中的酸堿度（pH）、二氧化碳分壓（PCO2）和氧分壓（PO2）進行測定的儀器。,血氣分析儀,測量樣品中的指標： pH、PCO2、PO2、AB、SB、BB、TCO2、BE blood、BEECF、SO2等。,根據所測得的pH、PCO2、PO2參數及輸入的血紅蛋白值，血氣分析儀可進行計算而求出血液中的其它參數，如：,實

4、際碳酸氫根濃度（AB） 標準碳酸氫根濃度（SB） 血液緩沖堿（BB） 血漿二氧化碳總量（T-CO2） 血液堿剩余（BEblood） 細胞外液堿剩余（BEECF） 血氧飽和度（SO2）,人體血氣酸堿生理指標常用參數,二、工作原理,電極系統(tǒng) 管路系統(tǒng) 電路系統(tǒng),血氣分析儀種類型號很多，其基本結構均可分為三大部分：,血氣分析儀的工作原理圖,測量室必須是一個恒溫系統(tǒng)。通常測量室的溫度被恒定在370.1。,在血氣分析儀中，為了完成對樣品的自動定標、自動測量和自動沖洗等功能，裝有一套比較復雜的管路系統(tǒng)以及配合管路工作的泵體和電磁閥。,泵和電磁閥的轉、停、開、閉、溫度的高低；定標氣及定標液的有、無、供、停等

5、，均由微機進行控制或監(jiān)測。,血氣分析方法是一種相對測量方法。在測量樣品之前，需用標準液及標準氣體確定pH、PCO2和PO2三套電極的工作曲線。,通常把確定電極系統(tǒng)工作曲線的過程叫做定標或校準（Calibration）。,每種電極都要有兩種標準物質來進行定標，以便確定建立工作曲線最少需要的兩個工作點。,使用7.383和6.840兩種標準緩沖液進行定標。,pH系統(tǒng)：,氧和二氧化碳系統(tǒng)：,用兩種混合氣體來進行定標。,5 CO2和20 O2,10 CO2,定 標,三、儀器結構,（一）電極系統(tǒng),電極是血氣分析儀的電化學傳感器。,離子極-主要有K+、Na+、Li+、Ca2+、 Cl-、pH和pCO2 電極

6、 伏安型傳感器-主要是PO2 電極,電化學傳感器主要包括兩大類：,一般的血氣分析儀使用四支電極： pH 電極 PCO2 電極 PO2 電極 pH 參比電極。,1pH電極和pH參比電極,血氣分析儀使用毛細管pH玻璃電極和甘汞電極測量溶液的酸堿度。,pH 測量系統(tǒng)示意圖,毛細管玻璃pH電極與甘汞電極結構示意圖,此種電極的標本用量為2l，pH測定范圍為010。,羅氏公司使用的參比電極,1958年使用的第一個三功能血氣分析儀及其電極。,2PCO2電極,PCO2電極是根據J.Severinghaus原理設計的，故也稱為“Severinghaus”電極。,PCO2 測量系統(tǒng)示意圖,PCO2電極的基本組成部

7、分-玻璃電極。,pH敏感的薄層玻璃膜-厚約0.1mm,電極內充溶液-含有KCl的磷酸鹽緩沖液， 其中浸有桿狀Ag/AgCl電極,內參比電極-環(huán)狀Ag/AgCl電極，位于玻璃 電極桿的近側端。,玻璃電極與參比電極外面充滿PCO2電極外緩沖液，它的pH值隨血液的PCO2而改變。,玻璃電極膜與其有機玻璃外套一端的滲透膜之間放一片尼龍網或擦鏡紙，使兩者之間保證有一薄層電極溶液間隔。,作用原理：它將測量室內的血液與玻璃電極及其外面的HCO3-溶液分隔開，血液與玻璃電極及其外面的HCO3-溶液分隔開，只允許血液樣品中CO2分子通過，讓其溶解、水化，并建立電離平衡，使溶液中氫離子（H+）增加，因而使膜內溶液

8、pH值下降。由二氧化碳分壓電極的工作原理可知，待測溶液中pH值的變化與lgPCO2有線性關系。由pH電極測得pH值的變化量，經反對數放大器轉換為PCO2，再用數字顯示。,滲透膜,-聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜或硅橡膠膜,3PO2電極,PO2 電極是一種氣敏電極。O2 滲透膜用約20m的聚丙烯膜或聚四氟乙烯膜，也有用聚乙烯、聚酯作電極膜。,PO2電極測量系統(tǒng)示意圖,電流的大小通常只有幾十納安（10-9A），故PO2電極所配的放大器為高輸入阻抗、低噪聲的微電流放大器。,當PO2的值為零時，電路中電流并不為零，存在一個微小的電流值，通常稱其為基流。在校準PO2電極時，需采用兩種氣體。先用不含氧的純CO2氣

9、體通過測量管，將電路中的基流調為零；用第二種標準氣體去測定PO2，便可得出PO2和電流的標準曲線。,（二）管路系統(tǒng),血氣分析儀的管路系統(tǒng)比較復雜，是血氣分析儀很重要的組成部分。 功能有完成自動定標、自動測量、自動沖洗等。,管路系統(tǒng)結構，通常由氣瓶、溶液瓶、連接管道、電磁閥、正壓泵、負壓泵和轉換裝置等部分組成。,血氣分析儀的管路系統(tǒng)示意圖,1氣路系統(tǒng),氣路系統(tǒng)用來提供PCO2和PO2兩種電極定標時所用的兩種氣體。每種氣體中含有不同比例的氧和二氧化碳。,壓縮氣瓶供氣方式，又叫外配氣方式 氣體混合器供氣方式，又叫內配氣方式,氣路系統(tǒng)的類型,（1）壓縮氣瓶供氣方式,由兩個壓縮氣瓶供氣，一個含有5的二氧

10、化碳和20的氧；另一個含10的二氧化碳，不含氧。,經過減壓后輸出的氣體，首先經過濕化器飽和濕化后，再經閥或轉換裝置送到測量室中，對PCO2和PO2電極進行定標。,濕化器是用水蒸氣將定標氣體飽和濕化的裝置。,經飽和濕化后的水蒸氣產生的壓力為恒定值。,（2）氣體混合器供氣方式,這種供氣系統(tǒng)用儀器本身的氣體混合器產生定標氣。,加到氣體混合器上來的空氣壓縮機產生的壓縮空氣和氣瓶送來的純二氧化碳氣體，二氧化碳的純度要求大于99.5，氣體混合器將上述兩種氣體進行配比、混合，最后產生類似于上述氣瓶內氣體比例的兩種不同濃度的氣體。同氣瓶預混的供氣方式一樣，這兩種氣體也要經濕化器后，才送給測量毛細管。,氣體混合

11、器工作原理示意圖,2液路系統(tǒng),液路系統(tǒng)具有兩種功能，一是提供pH值電極系統(tǒng)定標用的兩種緩沖液，二是自動將定標和測量時停留在測量毛細管中的緩沖液或血液沖洗干凈。,需要四個盛放液體的瓶子，其中兩個盛放緩沖液1和緩沖液2，第三個盛裝沖洗液，第四個盛放廢液。,血氣分析儀內部具有兩個泵，一為真空泵，另一為蠕動泵。利用這兩個泵來完成儀器的定標、測量和沖洗。,真空泵用來產生負壓，使廢液瓶內維持負壓，靠此負壓去吸引沖洗液和干燥空氣，用于沖洗和干燥測量毛細管。真空泵還用于濕化器的快速充液。,蠕動泵用于抽吸樣品和定標液。在定標時用來抽取緩沖液到測量室。在測血樣時用來抽樣品。,（三）電路系統(tǒng),將儀器測量信號進行放大

12、和模數轉換、對儀器實行有效控制、顯示和打印出結果，并通過鍵盤輸入指令。,作用：,某一血氣分析儀的電路系統(tǒng)原理如下圖所示：,血氣分析儀電路原理框圖,電極測量系統(tǒng)有選擇地檢測各種樣品成分，并轉化成相應的電極信號，這些信號經各種的頻道被放大，再經模數轉換后變成數字信號，經微機處理、運算后，由熒光屏顯示出來或從打印機打印出結果。,四、血氣分析儀的維護、保養(yǎng)與故障排除,血氣分析儀作為一種精密的分析儀器，操作比較簡單，關鍵是日常的維護和出現問題后故障的排除。,（一）電極的保養(yǎng),電極是一種十分貴重的部件，應注意保養(yǎng)，盡量延長其壽命。,電極的保養(yǎng)一般是儀器自動進行。,1.參比電極保養(yǎng),參比電極套需要定期更換。

13、如果一天作100個樣品，每周應更換一次；一般情況下兩周可更換一次；在樣品較少時，可視具體情況延長更換時間。當發(fā)現電極不再滲參比液，或滲漏孔處變成黃色或棕色時，應隨時更換。,更換鹽橋或電極內的KCl溶液時，除加入飽和的KCl溶液外，還需加入少許的KCl結晶，使其在37 恒溫條件下也達到飽和。,2.pH電極的保養(yǎng),不管是否使用pH電極，其使用壽命一般都為12年。,如果pH電極在空氣中暴露2h以上，應將其放在緩沖液中浸泡6h24h才能使用。, 按血液緩沖液（或生理鹽水）水空氣的順序進行清洗。,蛋白質粘附在電極表面：, 或用隨機附送的含蛋白水解酶的清洗液或自配的0.1%胃蛋白酶鹽酸溶液浸泡30分鐘以上

14、，用生理緩沖液洗凈后浸泡備用。,3.PCO2電極保養(yǎng),電極要經常用專用清潔劑清洗，如果經清洗、更換緩沖液后仍不能正常工作時，應更換半透膜。,電極用久后，陰極端的磨砂玻璃上會有Ag或AgCl沉積?？捎玫斡型饩彌_液的細砂紙磨去沉積物，再用外緩沖液洗干凈。,清洗沉積物、半透膜和電極的更換應定期進行。,4.PO2電極的保養(yǎng),PO2電極中干凈的內電極端部和四個鉑絲點應該明凈發(fā)亮。,每次清洗時，都應該用電極膏對PO2電極進行研磨保養(yǎng)。,(二)儀器的日常保養(yǎng),1.每天檢查大氣壓力、鋼瓶氣體壓力； 2.每天檢查定標液、沖洗液是否過期，檢查氣泡室是否有蒸餾水； 3.每周更換一次內電極液，定期更換電極膜； 4.每

15、周至少沖洗一次管道系統(tǒng)，擦洗分析室； 5.若電極使用時間過長，電極反應變慢，可用電極活化液對pH、PCO2電極活化，對PO2電極進行輕輕打磨，除去電極表面氧化層； 6.儀器避免測定強酸強堿樣品，以免損壞電極。若偏酸或偏堿液測定時，可對儀器進行幾次一點校正； 7.保持環(huán)境溫度恒定，避免高溫，以免影響儀器準確性和電極穩(wěn)定性。,（三）常見故障及其排除方法,蠕動泵管老化、漏氣或泵壞。需要更換管道或維修蠕動泵。,1樣品吸入不良,2樣品輸入通道堵塞,一般用強力沖洗程序將血塊沖出排除。如沖不走，可換上假電極，使轉換盤處于進樣位置，用注射器向進樣口中注蒸餾水，便可將血塊沖走。,（1）血塊堵塞,如毛細管斷在進樣口內等，可將樣品進樣口取下來，將玻璃碎片捅出即可。,（2）玻璃碎片堵塞,3. pH定標不正確,pH定標液過期 兩種定標液接反 儀器接地不好。,原因,4. PCO2定標不正確, PCO2電極老化或損壞，應更換電極。, 鋼瓶中氣體壓力過低，應更換氣瓶；, 氣體管道破裂、脫落或氣路連接錯