实验一--监护仪的使用

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date实验一-监护仪的使用实验一 监护仪的使用实验一 监护仪的原理及使用实验目的 1、了解监护仪的电源、传感器的连接，面板旋钮及监护议系统操作菜单2、了解心电、呼吸、血压、血氧饱和度的检测原理3、掌握心电、呼吸、血压、血氧饱和度的监护方法及报警值的设置。实验仪器 PM5000 多参数监护议（深圳迈瑞公司）实验方式 演示实验分组 15人1组、1班分为2组实验内容及原理 “监护”是指对病人生理及病理状态的生物信号进行测量和特性化，并及时转变成可视信息，对潜在危及生命的事件自动报警。其优点是用仪器时刻监护病人，有利于医生及时掌握病情和提供治疗并对治疗方案和药物作出评价，同时集中使用监护仪器组成监护病房，可以在大大降低护士/病员的比例的同时提高护理质量。监护仪可以分为中央监护仪和床边监护仪。一台中央监护仪通常可以通过电缆或无线连接6-8 台床边监护仪，病人的各种生命信号由床边监护仪器监护，中央监护仪一般放在护士工作站内，通常能多道显示各床边监护仪送来的信号，在发生报警时能自动储存该时刻前后一段时间内的相关信号，在需要的时候可在打印机上打印出来，中央监护仪也能对各床边监护仪的监护项目进行设置。床边监护仪直接与病人相连，通过电极、传感器获得各种感兴趣的生理信息。监护仪所监护的信号现在常有心电、血压、呼吸、体温（T）、心输出量、血氧浓度、呼气末二氧化碳等，具体监护什么，不同的监护仪可有不同的配置。1、 心电的测量与监护心电是最基本的监护参数，几乎所有的监护仪都有心电监护，心电监护的项目有心率显示、心率上下限报警、心电波形的实时显示。这是最基本的。再进一步，心电监护仪还应有心律不齐检测、S-T 段分析、回忆波形显示、趋势图分析、电极脱落报警、电源故障处理、数据储存和传送等功能，可以有多个通道同时记录多个导联。心电信号的获取方法与心电图机可以说是相同的，但为了便于监护，胸部监护导联采用得比较多。图1-1 监护仪中的心电放大模块监护仪中的心电放大模块如图1-1 所示，通常做成一个插件，插入母板作为监护仪的一部分。其中信号调理电路包括放大及增益调节、滤波、脉冲抑制、电极脱落检测等电路。经前置放大器初步放大后的心电信号还需进一步放大到足够大以便于作A/D 转换，一般要将信号放大到伏特级。由于在监护过程中病人会有些活动，电极安放的时间较长等原因，较易引起基线漂移和受到工频干扰，因此，作监护时的频率响应常选择为0.5-40Hz 范围,在很多监护仪上的频率响应设有“监护”和“诊断”供选择。由于在监护过程中有时会使用除颤器等设备，所以需要脉冲抑制电路来防止高压脉冲对电路产生影响。目前一般都是将心电信号放大后作A/D 转换，变成数字信号后由计算机软件进行分析处理的。这些处理包括数字滤波以提高信噪比、R 波检测、心率测算、报警阈值的设置、心律不齐的识别和报警以及心电各标志点的识别和在此基础上的各种分析。这些工作可以部分或全部在微处理器（P）中完成。除此以外，微处理器还必须完成对信号调理电路的控制和与主计算机之间的数据通讯（上传心电信号和有关检测数据，接受各种控制信号）。2. 血压的测量和监护血压（Blood Pressure, BP）是一个重要的生命参数，是指血液对血管壁的侧压，这是一种压强（即单位面积上的压力），而且，通常是指相对大气压的相对压强。当我们说血压100mmHg时，是指血压比大气压高100mmHg，测量血压时则是以大气压作为0mmHg。动脉血压测量的单位常用mmHg，而静脉血压常用cmH2O。动脉血压信号的主要频率成分集中在低频区域，而直流成分是一个非常重要的量。血压测量的方法有直接测量法和间接测量法。间接测压法是一种非创伤性检测法，可以测得收缩压、舒张压，并估算出平均压：平均压=舒张压+（收缩压舒张压）3。水银血压计是临床上常用的测压器具，它有一个充气袖带，用听诊器听柯氏音的方法进行测压，水银柱的高度指示的是气袖内的压力，气袖压能传递到动脉壁。给气袖加压直到使动脉壁闭合，然后将气袖逐步降压，当气袖压刚好等于收缩压时，血管被冲开，听诊器能听到柯氏音，此时的气袖压就是收缩压。气袖压继续下降，直到刚好低于舒张压时柯氏音消失，这样也就测得了舒张压。如用程序控制气泵给袖带充气和控制气阀逐步放气，用传感器测压，并显示血压数值就构成了自动测压系统。柯氏音法的原理明了，但易受外界声音的干扰，而搏动法则无此忧：当收缩压使血液冲开动脉血管时，除产生柯氏音外，也会使袖带内的气压产生一个搏动，这个搏动随着袖带内压下降而增大，当达到平均压时气压搏动最大，以后逐步减小，最终在低于舒张压以后消失，根据气压搏动的出现、消失及最大值时气袖内的平均压，可以测出相应的收缩压、舒张压和平均压。但当手臂运动时，对测量还是有影响，这需要对信号作处理才行。 图1-2 间接测压法原理 图1-3 搏动法间接测压仪原理框图 3.血氧饱和度的检测血氧饱和度是血液中与氧结合的氧合血红蛋白（HbO2）的容量占全部可结合的血红蛋白（HbO2+Hb）的百分比，即血液中血氧的浓度。是呼吸循环的重要生理参数。脉动式光谱定量分析方法（这种仪器称脉搏血氧仪，Pulse Oximeter）由于其灵敏度、精度、准确性和可靠性较高，已广泛应用于临床，成为无损检测的重要手段。脉搏血氧仪根据郎伯一比尔定律(LambertBeer Law)采用光电技术进行血氧饱和度的测量。当一束光打在某物质的溶液上时，透射光强I 与发射光强I0之间有以下关系：I= I0e kcLI 和I0 的比值的对数称为光密度L，因此上式也可表示成：D=In(II0)=kcL这里， C 是溶液(例如血液)的浓度， d 为光穿过血液的路径， k 是血液的光吸收系数。若保持路径 L 不变，血液的浓度便与光密度 D 成正比。 图1-4 氧合血红蛋白（HbO2）和血红蛋白（Hb）的光吸收曲线 图1-5 光电检测器获得的信号的成分图1-6 脉搏血氧仪及其夹在手指上的光电探头血液中的HbO2 和Hb 对不同波长的光的吸收系数不一样，在波长为600-700nm 的红光(RED)区， Hb 的吸收系数远比HbO2 的大；但在波长为8001000nm 的红外光(IR)区，Hb 的吸收系数要比HbO2 的小；在805nm 附近是等吸收点。脉搏血氧仪所用的探头使用时是套在手指上的。 上壁固定了两个并列放置的发光二极管(LED) ，发出波长为 660nm 的红光和940nm 的红外光。下壁有个光电检测器，将透射过手指动脉血管的红光和红外光转换成电信号，它所检测到的光电信号越弱，表示光信号穿透探头部位时，被那里的组织、骨头和血液等吸收掉的越多。皮肤、肌肉、脂肪、静脉血、色素和骨头等对这两种光的吸收系数是恒定的，因此它们只对光电信号中的直流分量大小发生影响。但是血液中的HbO2 和Hb 浓度随着血液的脉动作周期性的改变，因此它们对光的吸收也在脉动地变化，由此引起光电检测器输出的信号强度随血液中的HbO2 和Hb 浓度比脉动地改变。如果用光吸收来表示，红光和红外光作用时，信号的变化规律大致一样，但脉动分量的幅度可能不同，设法让上述两种波长的红光和红外光轮流通过检测部位，并将这两个信号中的脉动成分分离出来，经过放大和滤波后，分别由模数转换器转换成数字量，便可以根据下式计算出血氧饱和度：SaO2= KlR2 + K2R + K3此式中的 K1、K2、K3是经验常数，而R 是在某个很小的时间间隔上，两种光电信号的幅度变化量之比，即：R = RED/IR光电信号的脉动规律是和心脏的搏动一致的，因此检测出信号的重复周期，还能确定出脉率。习惯上将脉搏血氧仪测得的血氧饱和度称为 SpO2，以区别于用其他类型的血氧计所测得的结果。脉搏血氧仪的电子学结构如图所示。探头中的光电检测器是一个光电管，能产生正比于透射到它上面的红光和红外光强度的电流，但是它不能区分这两种光。为此，用一个定时电路来控制两个LED 的发光次序，即： (1)红光LED 点燃； (2)红光 IED 熄灭，红外光LED 点燃；(3)两个IED 均熄灭；这个发光时序以480 次秒(对于60Hz交流电源的地区)或400 次秒(5OH7 交流电)的频率重复出现，这种设计能增强对环境光的抑制能力。图17 脉搏血氧仪的电子学结构框图当接通电源，看到探头中的红光LED 在闪烁时，便说明仪器开始工作了。在两个IED 均熄灭的周期里，检测到的是环境光和干扰信号，从红光和红外光信号中减去它们，可以提高信噪比。光电流信号被转换成电压信号，并经放大、滤波、信号基线电平变换和去直流分量等信号调理过程后，加到一个具有自动增益调整功能的电压电流转换电路，然后由积分电路对信号电流积分，其输出被一个模数转换器转换成数字信号。为保证精度，通常用12 位分辨率的模数转换器。微处理器对数字量进行复杂的处理，例如数字滤波，计算两种光电信号的幅度，并根据公式求出SaO2。为进一步减小病人移动的影响和提高读数的稳定性，通常还对所测得的一系列SaO2值多为当前6s 结果)进行加权移动平均。从脉动信号中还能计算出脉率。最后将血氧饱和度和脉率值送到相应的显示器显示出来。用户可以通过键盘控制仪器，设定报警限和完成其他操作。应该注意到的是，血氧饱和度的测量是基于小动脉内血流的脉动的测量，在低血压，低体温以及外周组织低灌注时，将使测量不准确，甚至无法测量。当血液有染色剂时，也会影响测量精度。存在贫血性缺氧时，却可误测量显示正常。若环境中有较强的光源时，会使探头的光电池接收值偏离正常范围。因此，判断测定值的准确性时，应首先排除上述干扰因素。4. 呼吸监护呼吸监护包括监测呼气容量、气道压力和呼吸频率。很多现代监护仪还监护呼气末二氧化碳分压。4.1 呼吸容量呼吸容量以风叶为传感器，呼吸气流通过推动风叶转动，用红外线发射和接收元件探测风叶转速，经电子系统处理后显示潮气量和分钟通气量。4.2 气道压力气道压力检测将压电传感器置入和连通到气道，气流通过气道压迫传感器而产生相应的电信号，经电子系统处理以数字和图形显示。很多监护仪都监护监护病人的呼吸频率，即呼吸率。4.3 呼吸频率呼吸频率是病人在单位时间内呼吸的次数，单位是分。平静呼吸时，新生儿60-70 次/分，成人12-18 次/分。呼吸频率在监护中有热敏式和阻抗式两种测量方法。热敏式呼吸测量用热敏电阻放在鼻孔处。当鼻孔中气流通过热敏电阻时，热敏电阻受到流动气流的热交换，电阻值发生改变。对于换热表面积为A，温度为T 的热敏电阻，当感受到鼻孔内温度为Tf 的呼吸气流的流动，热敏电阻上的对流换热量为Q (T-Tf)A是对流换热系数，它受呼吸流速、粘性等多种因素的影响。Tf 与人体温度接近，若呼吸流速大，热交换Q 就大。因此，热敏电阻温度T 变化也较大。热敏电阻多数用半导体材料，一般有金属氧化物(如Ni、Mn、Co、F、Cu、Mg、Ti 的氧化物)和单晶掺杂半导体(SiC)等。热敏电阻具有负阻特性。温度越高，热敏电阻阻抗就越小。当鼻孔气流周期性地流过热敏电阻时，热敏电阻值也周期性地改变。根据这个原理，将热敏电阻接在惠斯通电桥的一个桥臂上，就可以得到周期性变化的电压信号，电压周期就是呼吸周期。因此，经过放大处理后可以得到呼吸率。阻抗式呼吸测量图2-12 阻抗式呼吸测量原理人体呼吸运动时，胸壁肌肉交变弛张，胸廓也交替变形，肌体组织的电阻抗也交替变化。呼吸阻抗(肺阻抗)与肺容量存在一定的关系，肺阻抗随肺容量的增大而增大。阻抗式呼吸测量就是根据肺阻抗的变化而设计的。监护测量中，呼吸阻抗电极与心电电极合用，即用心电电极同时检测心电信号和呼吸阻抗，电极利用RL 和RF 两个电极。两电极之间的阻抗作为待测阻抗，Zx 接在惠斯通电桥的一个桥臂上。电桥的供电电源（V）采用20-100kHz 的高频电源，这种电源的频率不会引起心脏的刺激作用这种电源的频率不会引起心脏的刺激作用。呼吸阻抗是容性的，对电桥静态平衡调节较困难，而呼吸阻抗随时间经常变化，平衡调节要经常进行，这样对长时间稳定不太方便。恒流源法就是输出高频恒定的电流，通过电极直接加到病人的胸壁上。由于呼吸阻抗的周期变化，两电极之间的电压也周期性地变化，经滤波、放大后可描记呼吸曲线，呼吸曲线不但反应呼吸频率和深度，还可分析潮气量等。4.4 呼气末二氧化碳分压检测生物氧化产生的体内二氧化碳和肺通气量决定肺泡气二氧化碳分压。因CO2 能吸收4.3m波长的红外线，用红外线透照测试气样后，就能用数字和图形显示CO2 浓度。但应注意低血压和高体温等情况下都可干扰二氧化碳分压的测定数值。5体温监护体温反应了机体新陈代谢的结果，是机体进行正常功能活动的条件之一。身体内部的温度称“体核温度(body core temperature)，体核温度反映了头部或躯干状况，一般从口、腋、直肠测量， 对中国人统计表明， 口腔温36.7-37.4，腋下温36.9-37.4，直肠温36.9-37.9。监护用体温测量多数用热敏电阻作为传感器。热敏电阻用珠状玻璃封装，玻璃外壳使敏感元件免受对身体不利的环境影响。热敏电阻尺寸小，可以放在导管顶部或注射针管内测量器官温度，同时，尺寸小可以减小热响应时间，具有良好的动态特性。体温测量的测量线路是惠斯登电桥，将热敏电阻接在电桥的一个桥臂上，通过测量电桥的不平衡输出，可以测定体温的大小。仪器面板与仪器功能试验报告要求 试验报告内容包括 实验目的 实验仪器 实验内容及原理 实验记录（记录自己的脉率、心率、血氧饱和度）-