多參數監護儀的基本原理

監護儀功能各異， 其具體工作原理也不同，但一般都是通過(guò)傳感器感應各種生理變化，然后放大器會(huì )把信息強化，再轉換成電信息，這時(shí)數據分析軟件就會(huì )對數據進(jìn)行計算，分析和編輯，*后在顯示屏中的各個(gè)功能模塊顯示出來(lái)，或根據需要記錄，打印下來(lái)，當監測的數據超出設定的指標時(shí)，就會(huì )激發(fā)警報系統，發(fā)出信號引起醫護人員的注意。

硬件構成

測量服務(wù)器（包括生理感受器（即傳感器），信號放大器，數據模擬處理，數據分析處理，數據輸出接口等。）

數據分析及記錄和警報系統 

1  監護儀的基本結構

    1.1  監護儀的物理結構

    監護儀是由各種傳感器的物理模塊和內置計算機系統構成的。各種生理信號由傳感器轉換成電信號，經(jīng)前置放大處理后送人計算機進(jìn)行結果的顯示，存儲和管理。按其物理結構大致可劃分為三種。

    1.1.1  單參數監護儀：如血壓監護儀、血氧飽和度監護儀、心電監護儀等。

    1.1.2  多功能、多參數綜合監護儀：可同時(shí)監護心電、呼吸、體溫、血壓、血氧等參數。

    1.1.3  插件式組合監護儀：它是由各個(gè)方面分立可拆卸的生理參數模塊和一臺監護儀主機構成，用戶(hù)可按照自己的要求選購不同的插件模塊組成一個(gè)適合自己特殊要求的監護儀。

    1.2  監護儀中的顯示技術(shù)

    包括：數碼管，主要用于單參數監護；CRT顯示器；LCD顯示器；EL顯示器；真彩色TFT顯示器；目前多功能監護儀所采用的主要是TFT等離子顯示器，顯示模式一般為VGA模式，分辨率為640×480像素。

 2  多參數監護儀

    2.1  心電（ECG）的監護

    心肌中的可興奮細胞的電化學(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，在人體容積導體內流動(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(zhù)的電位差實(shí)時(shí)記錄下來(lái)。

    導聯(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，臨床上所使用的標準心電圖機在測量ECG時(shí)，其肢體電極是安放在手腕和腳腕處，而作為心電監護中的電極則等效地安放在病人的胸腹區域。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，監護儀中的心電導聯(lián)與心電圖機中的導聯(lián)是對應的，它們具有相同極性和波形。

    監護儀一般都能監護3或6個(gè)導聯(lián)，可同時(shí)顯示其中一個(gè)或兩個(gè)導聯(lián)的波形，并可直接顯示心率，功能強大的監護儀可監護12導聯(lián)ECG；可對波形做進(jìn)一步分析，提取出ST段波形和心率失常事件。

    監護儀ECG并不能完全替代標準心電圖機，因為目前的多參數監護的ECG波形一般不能提供ECG波形更細微的波形圖，細微結構診斷能力還不很強，這主要是由于兩者的目的不同，監護的目的主要是長(cháng)時(shí)間、實(shí)時(shí)地監測病人的心率情況，而心電圖機的結果是在特定條件下，短時(shí)間的結果。前者的測量條件是十分惡劣的，而后者在測量時(shí)有較好的條件。所以?xún)煞N儀器的測量電路中放大器的通帶度不一樣，心電圖機至少要求0.05Hz~80Hz，而監護儀一般在1Hz~25Hz。

    心電信號是一種很微弱的電信號，很容易受到外界的干擾。監護儀的生產(chǎn)廠(chǎng)家在產(chǎn)品設計時(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)生肌電信號對心電信號產(chǎn)生干擾，因為這類(lèi)干擾和ECG信號的頻譜帶寬相同。

    2.1.2  運動(dòng)干擾。病人的活動(dòng)會(huì )引起ECG信號的變化，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，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**。儀器應有良好接地，這樣可抗干擾又能保護病人和操作者的**。 

    2.1.4  高頻電刀的干擾。當手術(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)生的電信號幅值遠遠大于心電信號，頻率成分十分豐富，使心電放大器到達飽和無(wú)法觀(guān)察正常的ECG波形。在監護儀標準中的抗高頻電刀干擾部分中要求，高頻電刀撤消后5s內，監護儀恢復正常狀態(tài)。

    2.2  無(wú)創(chuàng )血壓（NIBP）監護

    監護儀在測量血壓時(shí)一般分手動(dòng)和自動(dòng)測量，可以根據需要設定。血壓就是指血液對血管壁的壓力，心臟每一次收縮與舒張過(guò)程中，血流對血管的壓力也隨之變化，而且動(dòng)脈血管與靜脈血管內的壓力也不相同，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)脈血管內對應心臟收縮期和舒張期的壓力值表征人體血壓，分別稱(chēng)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，與人的心理狀態(tài)、情緒狀態(tài)、運動(dòng)的姿態(tài)和體位有很大關(guān)系。

    振動(dòng)法是測量血壓的方法。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(zhù)袖帶壓力減小，動(dòng)脈血管將出現：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應關(guān)系。因此通過(guò)測量、記錄和分析放氣過(guò)程中袖帶內的壓力振動(dòng)波即可獲得被測部位的收縮壓、平均壓和舒張壓。

    振動(dòng)法消除了人為因素，其測量更具客觀(guān)性和可復性，如果保證測量條件，也有很高的一致性。

    振蕩法的前提是要找到規則的動(dòng)脈壓力脈動(dòng)。如果測量的條件使這種檢波方式發(fā)生困難的情況下，測量值就可能變得不可靠，測量時(shí)間也會(huì )增加，甚至測量不出來(lái)。如：在測量中，由于病人的運動(dòng)或外界干擾影響袖帶內的壓力變化時(shí)，儀器將無(wú)法測到規則的動(dòng)脈波動(dòng)，因此就可能導致測量失敗。

    現在，有些監護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，但是若干擾太嚴重或持續時(shí)間太長(cháng)，這種抗干擾措施也無(wú)能為力。

    所以，在無(wú)創(chuàng )血壓監護過(guò)程中，應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）監護

    氧是人生存的**生存條件，血液中的有效氧分子是通過(guò)與血紅蛋白（Hb）結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值稱(chēng)為氧飽和度。定義式為：HbO2/（HbO2+Hb）。

血氧飽和度探頭類(lèi)似于右圖所示， 使用時(shí)探頭夾在手指上。測量是根據血液中血紅蛋白和氧合血紅蛋白對光的吸收特性不同，通過(guò)采用兩種不同波長(cháng)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換成電信號。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(cháng)為660nm的紅光和940nm的紅外光。下壁有一個(gè)光電檢測器，將透射過(guò)手指動(dòng)脈血管的紅光和紅外光轉換成電信號，它所檢測到的光電信號越弱，表示光信號穿透探頭部位時(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，色素和骨頭等對這兩種光的吸收系數是恒定的，因此它們只對光電信號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(zhù)血液的脈動(dòng)作周期性改變，因此它們對光的吸收也在脈動(dòng)地變化，由此引出光電檢測器輸出的信號強度隨血液中的HbO2和Hb濃度比脈動(dòng)地改變，即可得出SPO2值。

光電信號的脈動(dòng)規律是和心臟的搏動(dòng)一致，因此檢測出信號的重復周期，還能確定出脈率。

該方法能測量動(dòng)脈血中的血氧飽和度，測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。

測量中會(huì )受到限制測量的原因：如被測部位出現劇烈運動(dòng)時(shí)，將會(huì )影響規則脈動(dòng)信號的提取，而無(wú)法進(jìn)行測量，病人的末梢循環(huán)嚴重不暢時(shí)，會(huì )導致被測部位的動(dòng)脈血流減小，將使測量不準或無(wú)法測量；嚴重失血病人，測量部位體溫較低時(shí)，外界強光照射到探頭上，可能會(huì )使光電接收器的工作偏離正常范圍，導致測量不準確，應盡量避免強光對探頭的照射。

2.4  呼吸（Resp）監護

多參數監護儀中呼吸測量大多是采用胸阻抗法。人在呼吸過(guò)程中的胸廓運動(dòng)會(huì )造**體體電阻的變化，變化量約為0.1Ω～3Ω，稱(chēng)為呼吸阻抗。監護儀一般是通過(guò)ECG導聯(lián)的兩上電極，用10kHz～100kHz的載頻正弦波恒流向人體注入0.5mA～5mA的**電流，從而在相同的電極上拾取呼吸阻抗變化的電信號，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。胸廓的運動(dòng)、身體的非呼吸運動(dòng)都會(huì )造**體電阻的變化。當這種變化頻率與呼吸通道的放大器的頻帶同寬時(shí)，監護儀就很難判斷哪是正常的呼吸信號，哪是干擾信號。當病人出現嚴重持續身體活動(dòng)時(shí)，呼吸率的測量就會(huì )不準。

2.5  體溫（Temp）監護

多參數監護儀體溫的測量一般多采用負溫度系數的熱敏電阻作為溫度傳感器，根據熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化的特性而獲得的。監護儀一般提供單道體溫，**監護儀可提供雙道體溫。體溫探頭有體表探頭和腔內探頭兩種。

在給病人測量體溫時(shí)，被測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到熱平衡，此時(shí)顯示的溫度不準確，必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(3min～5min)達到熱平衡之后，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，則可能造成測量值偏低。

2.6  呼吸末二氧化碳（PetC02）監護

呼吸末二氧化碳是麻醉患者和呼吸代謝系統**患者的重要監護指標。C02的主要測量方法是紅外吸收法，主要是根據不同濃度的C02對特定紅外線(xiàn)光的吸收程序不同。C02監護主要有主流式(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管中，直接對呼吸氣體中的C02進(jìn)行濃度轉換，后將電信號送人監護儀中進(jìn)行分析處理，得到PetC02參數。旁流式的光學(xué)傳感器是置于監護儀器內，由氣體采樣管實(shí)時(shí)抽取病人呼吸氣體進(jìn)入監護儀中進(jìn)行濃度分析。

直流式C02監護時(shí)，應注意的問(wèn)題：因C02傳感器是一種光學(xué)器件，在使用中應注意避免病人分泌物等對傳感器的嚴重污染。

旁流式C02監護儀一般帶有氣水分離器，可將呼吸氣體中的水分去掉。注意經(jīng)常檢查氣水分離器是否有效工作，否則氣體中的水分會(huì )影響測量的準確度。