麻醉设备学--体温监测仪器

,*,Click to edit Master title style,第二章 体温监测仪器,麻醉设备学,安医大二附院,李加荣,第一节 医用电子监测仪器概述,医用诊断设备,医用治疗设备,心电图机、脑电图机、监护仪、睡眠监测仪等,医用电子监测仪器,呼吸机、麻醉机、输液泵、人工心肺机、高频电刀、,刀等,在医疗设备分类中，医用电子监测仪器所在的位置：,2,第一节 医用电子监测仪器概述,医用电子监测仪器的基本构成,信号采集,信号预处理,信号处理,记录,/,显示,数据存储,数据传输,信号校准,刺激,/,激励,反馈,/,控制,3,第一节 医用电子监测仪器概述,典型生理参数及其传感器和电极,生理参数举例,传感器或电极举例,医用电子仪器举例,体温,热敏电阻温度传感器,多参数监护仪,心电,表面电极,心电图仪,血压,压电传感器,血压监护仪,血氧饱和度,光电传感器,血氧饱和度监护仪,脑电,帽状、表面或针状状电极,脑电图仪,肌电,表面或针状电极,肌电图仪,血流量,超声换能器、光电传感器、电磁感应器、热敏电阻,血流量检测仪,动脉氧分压,Ag-AgCl,电极,血气分析仪,组织密度,超声换能器,超声诊断仪,麻醉药物浓度,红外光电传感器,麻醉监护仪,4,第一节 医用电子监测仪器概述,信号预处理,由于生理信息换能器的输出通常具有电量幅度小、频率低的特点，极易受外界和人体自身因素干扰。因此在转换、分析之前，必须进行预处理。常用信号预处理的方法：,采用差分放大电路，抑制输入干扰信号和电路噪声,采用滤波电路，滤除生理信号频谱范围之外的信息,采用非平衡电桥，提取和放大有用信号,5,第二节 温度检测的基本原理和方法,热量的概念：,热量是能量的一种形式。,热力学第一定律,：,封闭系统中总能量恒定。能量即不会增加，也不会消失。,热力学第二定律,：,封闭系统中，热量总是从温度较高的区域流向或传递到温度较低的区域，除非通过做功使其向反方向移动。,6,第二节 温度检测的基本原理和方法,热量的传递方式：,两个物体有温度差时或一个物体的温度改变，热量将会从温度较高的区域转移到温度较低的区域，直到达到热平衡状态。,传导,主要在固体中进行主要在固体中进行，有时也在流体中进行，较热的分子将能量直接传递给较冷的分子。,对流,在流体中进行在流体中进行。,辐射,通过电磁波在物体间传递能量，不需要传递介质的存在，真空中同样会有辐射。,7,第二节 温度检测的基本原理和方法,温度的定义：,温度是表征物体冷热程度的物理量。,是一个物体相对于某个参照物的冷热程度的量度。,温度,是大量分子热运动的集体表现，是物体,分子平均动能,的标志，含有统计意义。对于个别分子来说，温度是没有意义的。,两个物体温度相同，但所含热量可能不同。,加热一杯水和加热一桶水所需的热量一样吗？,烧开一锅水和烧开一锅油所需的能量一样吗？,8,第二节 温度检测的基本原理和方法,温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。用来量度物体温度数值的标尺叫温标，如华氏温标、摄氏温标、热力学温标。,-273.16,绝对零度,。是热力学温标的开始，是温度的极限。,假设达到这一温度，所有原子和分子的热量运动都将停止。这是一个只能逼近而不能达到的最低温度。,人类在,1926,年得到了,0.71K,的低温，目前，已得到了距绝对零度只差三千万分之一度的低温，但仍不可能得到绝对零度。,其实，绝对零度无法测量，是依靠计算得出来的。温度降低时，分子的活动就会变慢。那么依靠计算得出，当降到绝对零度时，分子是静止的。所以就得出了绝对零度的概念。,9,第二节 温度检测的基本原理和方法,温度的测量方法分类,按测量原理分,热膨胀式测温法,蒸汽压力式测温法,热敏电阻测温法,热电耦测温法,辐射测温法,化学测温法,声学测温法,压力测温法,按与被测物体的接触方式分,非接触式,优点：测温范围广，不受上限限制，不破坏被测物体的温度场，反应快。,缺点：受物体发射率、测量距离、烟尘水汽等外界因素影响，误差较大。,接触式,优点：简单、可靠、精度较高。,缺点：测温延迟，破坏被测物体的温度场。,10,第二节 温度检测的基本原理和方法,测温方式,-,接触式测温法,：,按照测量体是否与被测介质接触，可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。,接触式测温法：测温元件直接与被测对象接触。两者之间进行充分的热交换，达到热平衡状态。,优点：直观可靠直观可靠,缺点：,1,）感温元件影响被测温度场的分布；,2,）接触不良等会带来测量误差,3,）温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命不利,11,第二节 温度检测的基本原理和方法,测温方式,非接触式测温法,：,感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换射进行热交换。,优点：,1,）避免接触被测目标；,2,）具有较高的测温上限；,3,）反应速度快，便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。,缺点：,由于受物体的发射率、被测对象到仪表之间的离以及烟尘、水汽等其他介质的影响，测温误差相对较大。,12,第二节 温度检测的基本原理和方法,温度的测量方法,热膨胀测温法,热敏电阻测温法,辐射测温法,化学测温法,13,第二节 温度检测的基本原理和方法,14,第二节 温度检测的基本原理和方法,一、玻璃温度计测温法,利用液体热胀冷缩的原理制成。封闭在玻璃管中的液体受热时体积膨胀，液柱升高；温度降低，液柱下降。,贝克曼温度计,是精确测量温差的温度计，它的主要特点是,:,(1),它的最小刻度为,0.01,，用放大镜可以读准到,0.002,，测量精度较高,;,还有一种最小刻度为,0.002,，可以估计读准到,0.0004,。,(2),一般只有,5,量程，,0.002,刻度的贝克曼温度计量程只有,1,。,(3),其结构与普通温度计不同，在毛细管上端，加装了一个水银贮管，用来调节水银球中的水银量。因此虽然量程只有,5,，却可以在不同范围内使用。一般可以在,-6,120,使用。,15,第二节 温度检测的基本原理和方法,二、热敏电阻测温法,热敏电阻测温法是中低温区最常用的一种温度检测器，测量精度高、性能稳定。其中铂电阻是一种比较特殊的热敏电阻，由于它的温度范围宽，线性极佳，,(,在,-40125,度范围内非线性仅为,0.2%),，因此在工业上成为了一种标准，可以和仪表直接连接。,16,第二节 温度检测的基本原理和方法,热敏电阻测温原理及材料,任何物体的电阻都与温度有关，但是能满足要求的并不多。在实际应用中，不仅要求有较高的灵敏度，而且要求有较高的稳定性和重现性。按感温元件的材料来分有金属导体和半导体两大类。金属导体有铂、铜、镍、铁和铑铁合金。目前大量使用的材料为铂、铜。半导体有锗、碳和热敏电阻（氧化物）等。热敏电阻包括正温度系数（,PTC,）和负温度系数（,NTC,）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（,CTR,）。,17,第二节 温度检测的基本原理和方法,PTC,（,Positive Temperature Coeff1Cient,）是指在某一温度下电阻急剧增加、具有,正温度系数,的热敏电阻现象或材料。该材料是以,BaTiO,3,(,钛酸钡,),、,SrTiO,3,(,钛酸锶,),、,PbTiO,3,(,钛酸铅,),等为主要成分的烧结体，掺入微量的,Nb,、,Ta,、,Bi,、,Sb,、,Y,、,La,等氧化物进行原子价控制而使之半导体化，常将这种半导体化的,BaTiO,3,等材料简称为,半导,(,体,),瓷,；同时还添加增大其正电阻温度系数的,Mn,、,Fe,、,Cu,、,Cr,的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化，从而得到正特性的热敏电阻材料其温度系数随组分及烧结条件（尤其是冷却温度）不同而变化。,18,第二节 温度检测的基本原理和方法,NTC,（,Negative Temperature Coeff1Cient,）是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有,负温度系数,的热敏电阻现象和材料。该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数（,NTC,）的热敏电阻。其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化。现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系,NTC,热敏电阻材料。,19,第二节 温度检测的基本原理和方法,临界温度热敏电阻,CTR,（,Critical Temperature Resistor,）具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小，具有很大的负温度系数。构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体，也称,CTR,为,玻璃态热敏电阻,。骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变。这是由于不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的。若在适当的还原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒，则电阻急变温度变大；若进一步还原为三氧化二钒，则急变消失。产生电阻急变的温度对应于半玻璃半导体物性急变的位置，因此产生半导体,-,金属相移。,CTR,能够作为控温报警等应用。,20,第二节 温度检测的基本原理和方法,2.,热敏电阻测温系统的测温原理,热敏电阻测温的基本原理是将随温度变化的电阻转化为电压变量，一般由热敏电阻温度传感器、测温电路、连接导线和显示仪表等构成。,+,-,+,-,+,-,21,第二节 温度检测的基本原理和方法,随着集成电路制造技术的提高，大量的,集成温度传感器,应用于体温检测仪器中。,例，,MAX6611,型集成温度传感器，及其应用电路、输出特性如图所示：,22,第二节 温度检测的基本原理和方法,三、红外线测温法,1.,红外辐射的发现,1800,年，英国天文学家,William Herschel,用分光棱镜将太阳光分解成从红色到紫色的单色光，依次测量不同颜色光的热效应,热效。,他发现，当水银温度计移到红色光边界以外色光边界以外，人眼看不见任何光线的黑暗区的时候，温度反而比红光区更高。反复试验证明，在红光外侧在红光外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后称为“红外线”，也就是“红外辐射”。,23,第二节 温度检测的基本原理和方法,电磁波谱,电磁波谱是为了便于研究而给一系列辐射现象赋予的名称。,红外线,自然界任何物体，只要温度高于绝对零度,(-273.15C),，就会就会以电磁辐射的形式在非常宽的波长范围内发射能量，产生电磁波,(,辐射能,),。,红外线波长范围：,0.75m 1000m,。,24,第二节 温度检测的基本原理和方法,2.,红外测温法的原理,任何有一定温度的物体，都会以电磁波的形式向外界辐射出能量，所辐射能量的大小直接与该物体的温度有关。只要测出所发射的能量，就可得出物体温度。利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外辐射测温仪。这种测量不需要与被测对象接触，因此属于非接触式测量。它有很宽的测量范围，从,-50,直至高于,3000,。,25,第二节 温度检测的基本原理和方法,3.,红外热成像原理,光学器件将物体发出的红外辐射聚集到探测器上，探测器把入射的辐射转换成电信号，进而被处理成可见图像，即热图。,26,第二节 温度检测的基本原理和方法,四、化学测温法,化学测温法的原理不尽相同，但都是物体受热后发生一系列化学变化，导致检测物的分子结构改变，使得反射光的颜色发生变化。,例，变色测温贴片,27,第三节 体温监测仪器,一、人的体温,人体不同部位的温度是不同的。代表人体真实温度的是心脏和脑部的血液温度，称作中心温度。,按测量的部位，体温测量分为：,肺动脉中心测温,：是最准确的方法，缺点是有创、操作复杂,直肠测温,：是临床体温测量的标准。但滞后于中心温度的变化,前额测温,：简便、廉价、无创。但影响因素较多，准确率低。,腋下测温,：,(,同前额测温,),口腔测温,：简便，应用较广泛，但也不够准确，需要患者配合才能完成，不适合幼儿、有插管和镇静状态的患者。,耳鼓膜测温,：无创、快捷、准确。鼓膜的位置接近下丘脑，可以较为准确地反映下丘脑的血液温度。已成为中心温度的较好代表。,28,第三节 体温监测仪器,二、基于热敏电阻的电子体温监测仪,经口腔、直肠或皮肤表面的电子体温检测通常采用热敏电阻测温法。热敏电阻体温监测仪器一般由热敏电阻传感器、电阻矩阵、运算放大器、,A/D,转换电路以及报警和显示电路组成。,数值及报警显示,面板指令输入,温度传感器,运算放大器,参比电阻矩阵,低通滤波器,CPU,中央处理器,A/D,转换,温度定标,温度测量原理图,29,第三节 体温监测仪器,目前临床使用的绝大多数,多参数监护仪,，都有体温监测功能，需要配合,(,热敏电阻,),传感器使用。可以连续监测病人体温，减少护士工作量。但精确度低于玻璃体温计。,30,第三节 体温监测仪器,三、红外辐射体温测量仪,医用红外辐射体温测量仪有,皮肤红外体温计,、,红外耳鼓膜测温计,以及,红外热成像仪,三种类型。,红外测温法的优点：不接触、不传染，快速,缺点：准确度低，误差大，不稳定。造价高，操作复杂。,1.,测量皮肤表面温度的红外温度计,通常是测量额头,(,因为方便,),皮肤温度的测量受以下两个因素的很大影响：,皮下血流分布情况，以及皮肤附近的传热情况,(,风速、气温等,),皮肤的辐射率。,(,不同的人，同一人不同部位均不同,),31,第三节 体温监测仪器,2.,红外耳鼓膜测温计,专门用于测量耳道内鼓膜温度的红外辐射温度计，测量原理与皮肤表面红外温度计一样。,鼓膜温度接近人体基础温度；耳道壁和鼓膜形成的腔体，其辐射率十分接近于,1,，因此测量准确。,32,第三节 体温监测仪器,但所测得的耳温并不等于鼓膜温度，而是包括鼓膜和部分耳道壁的一个而的综合辐射能所对应的温度。,对测得的结果需要进行修正，修正方法有三种：,第一种，仪表自动修正，读数为口腔温度,第二种，不作修正，读数是耳温,第三种，仪表有模式选择，可选用不同的修正模式。,耳温,t,e,仪表修正值,鼓膜温度,t,c,生理温差,口腔温度,t,o,33,第三节 体温监测仪器,3.,红外热成像仪,是一种体表温度分布测量装置，是专门针对人体温度分布测量而设计的。仪器包括扫描系统、聚焦系统、参考黑体和红外检测器等部分。它测量的是广大视角内“面”的温度，即二维温度。它的检测元件不是单一的光,-,电转换元件，而是一个光,-,电转换阵列；信号处理单元复杂，需加入图像处理功能；显示单元是图像显示屏。,(,这方面的原理与数码相机相似,),在黑白屏幕中，以图像的明暗表示红外辐射的强弱；在彩色屏中，则用不同的颜色表示。,红外热成像仪的设计目的,是测量表面的温度分布，,而不是温度的值,。,34,第三节 体温监测仪器,左侧乳腺癌,电子电路故障,输电线路隐患,35,第四节 术中保暖设备,人类的中心体温一般维持在一个极其狭窄的范围内,(,小于,0.4),，但麻醉等因素改变了寒冷和受热反应,(,血管收缩、寒战和血管舒张、出汗,),的阈值，使得阈值的范围变宽。因此，术中患者可能在寒冷的环境中出现低体温，在温暖的环境中出现高体温。因现代化交货手术室中，环境温度普遍较低，使得患者的体温也降低。,一、术中常用的保温措施,通过减少经辐射、对流、蒸发、传导的热量丢失，维持患者体温。包括控制环境温度、被覆隔离、加热所有静脉输入液体以及作用手术患者保温设备。,36,第四节 术中保暖设备,二、红外辐射加温仪,红外辐射加温仪由辐射加热灯头、体温检测和显示以及装置构成。,加热头是产生红外辐射的部件，由陶瓷材料加涂层制成。医用红外辐射加温仪加热头产生的红外辐射的波长集中在,2,3m,之间，这段波长的红外辐射不会对人体造成危害。大部分辐射能量能穿透表层皮肤组织，被浅表血管中的血液吸收，经微循环将能量输送至全身各处。,加热头,体温监测,功率输出控制,主控制单元,面板输入及显示,报警单元,37,第四节 术中保暖设备,选择照射部位时，应选择靠近皮肤表面的、具有动静脉直捷通路和部位，如脸部、耳部、四肢等。当身体发热时，动静脉直捷通路就会扩张，动脉血直接流入静脉系统，这使得局部血流量大增加，从而快速地把能量带到身体其他部分。,为避免灼伤皮肤，辐射的能量须控制在,100mW/cm,2,以内。温度报警功能也可防止出现过热。,使用红外辐射加温仪应注意避开眼睛。,38,第四节 术中保暖设备,三、压缩空气热交换毯,由加热器、压缩机、鼓风机、输出热空气温度监测与保护、控制面板以及保温毯等基本结构组成。加热器加热空气，由鼓风机吹入保温毯。保温毯为中空的医用薄膜，与患者皮肤接触的一面有大量均匀分布的微孔，热空气从微孔中流出并围绕在患者身体周围，保持患者体温。,39,Thank You !,李加荣,2012,年,5,月,