現代醫學(yīxué)電子儀器原理與設計楊榮騫rqyang@華南理工大學生物醫學工程系B6-134第一頁，共五十六頁。編輯課件第六章醫用監護(jiānhù)儀器6.1醫用監護儀器概述6.2臨床常用的監護參數及測量原理6.3床邊監護儀6.4中央監護系統(xìtǒng)6.5動態監護6.6醫用監護儀發展動態第二頁，共五十六頁。編輯課件6.1醫用監護儀概述(ɡàishù)病人監護儀是一種用以測量和控制病人生理參數、并可與已知設定值進行比較，如果出現超差可發出報警的裝置和系統。病人監護(jiānhù)系統，它能進行晝夜連續監視，迅速準確地掌握病人情況，以便醫生及時搶救，使死亡率大幅度下降。

監護儀與臨床診斷儀器不同，它必須24小時連續監護病人的生理參量，檢出變化趨勢，指出臨危情況，供醫生作為應急處理和進行治療的依據，使并發癥減到最少，最后達到緩解并消除病情的目的。第三頁，共五十六頁。編輯課件第四頁，共五十六頁。編輯課件第五頁，共五十六頁。編輯課件醫用監護儀的臨床(línchuánɡ)應用護理監護：手術中和手術后的監護；產婦生產過程(guòchéng)中和其前后的分娩監護和胎兒監護；危重病人的監護；恢復期病人的監護；治療病人的監護；長期監護等。監護系統：危重病人監護、冠心病監護、新生兒和早產兒監護等。疾病診斷、治療、搶救等。第六頁，共五十六頁。編輯課件按檢測參數分：單參數監護儀、多參數監護儀按使用范圍分：床邊監護儀、中央監護儀、離院監護儀按功能分：通用監護儀、專用醫用監護儀按儀器接收(jiēshōu)方式分：有線監護儀、無限遙測監護儀按監護儀作用分：純監護儀、搶救和治療用監護儀按儀器構造功能分：一體式監護儀、插件式監護儀醫用監護儀的分類(fēnlèi)第七頁，共五十六頁。編輯課件醫用監護儀的結構(jiégòu)第八頁，共五十六頁。編輯課件安全性能(xìngnéng)與國際標準接軌功能更強大、性能更卓越專用監護儀發展迅速遠程監護和家庭監護日益普及醫用監護儀的特點(tèdiǎn)第九頁，共五十六頁。編輯課件主要監護參數一、心電圖導聯:3個或6個,最多12個電極(diànjí):肢體導聯3個或4個;

胸導聯3個(R、L、RF）監護肢體導聯和胸導聯則至少5個6.2臨床常用的監護參數以及(yǐjí)測量原理第十頁，共五十六頁。編輯課件第十一頁，共五十六頁。編輯課件心電圖機和心電監護的區別(qūbié)儀器類別通頻帶時間常數測量目的放大器性能要求心電圖機0.05~80Hz≥3.2S心電的細微結構(短時間)高心電監護1~25Hz≥0.3S心率(長時間)低第十二頁，共五十六頁。編輯課件二、心率：

指心臟每分鐘搏動(bódòng)的次數瞬時心率：心電圖兩個相鄰R-R間期的倒數F=1/T（次/秒）=60/T（次/分鐘）平均心率：在一定計數時間內的R波的個數第十三頁，共五十六頁。編輯課件心率(xīnlǜ)變異性分析數據分析法建模心率變異性（heartratevariablity,HRV）是指逐次(zhúcì)心動周期之間的微小時間變異數。HRV一般用R-R間期來描述，也可以用瞬時心率來描述。HRV分析就是通過對心率微小漲落的變換和處理以獲取心血管系統、自主神經系統等有關信息的信號分析過程，對于大多數心血管疾病及其他相關疾病的早期診斷、治療及預后評價具有重要意義。第十四頁，共五十六頁。編輯課件線性分析法——統計學分析(fēnxī)(時域分析法)、譜分析和傳遞函數分析(頻域分析法)。非線性分析法——Poincare映射圖、分數維法、復雜度分析和非線性動力學分析。心率(xīnlǜ)變異性分析方法第十五頁，共五十六頁。編輯課件時域分析法基于統計學方法和幾何學方法短時統計學分析指標平均心率、平均R-R間期、極差、標準差（SDNN）、相鄰(xiānɡlín)間期差的標準差（SDSD）、相鄰間期差的均方根（rMSSD）、相鄰間期差大于50ms的個數（NN50）和NN50占總間期數的百分比第十六頁，共五十六頁。編輯課件幾何學分析R-R間期直方圖、三角指數時域分析法特點:計算簡單、指標(zhǐbiāo)意義明確第十七頁，共五十六頁。編輯課件頻域分析法可以把復雜的心率波動信號按照不同的頻段來描述其能量分布，將各種生理因素的作用適量分離進行(jìnxíng)分析。Welch法和自回歸（AR）模型頻域分析法主要計算參數:總功率（TP）、低頻功率（LF）、高頻功率（HF）、兩個頻率范圍內總功率的比值（LF/HF）、歸一化的LF和HF頻域分析法特點:具有更高的準確性和靈敏度第十八頁，共五十六頁。編輯課件自回歸(huíguī)（AR）模型按照最小均方準則(zhǔnzé)估計參數的全極點模型傳遞函數隨機序列x(n)的AR模型功率譜函數第十九頁，共五十六頁。編輯課件AR模型(móxíng)分析法步驟記錄心電信號識別R波（斜率閾值法），計算逐次心跳的R-R間期，以心跳次數為橫坐標、心電圖中R-R間期大小為縱坐標，得到心率圖心率圖中R-R間期隨心跳次數的變化可被看作一種隨機信號，對這種隨機信號進行譜分析，可得HRV譜進行譜分解(fēnjiě)，分組歸類計算各個組分的功率并比較并根據得到的心率圖進行時域分析第二十頁，共五十六頁。編輯課件分析系統(xìtǒng)設計第二十一頁，共五十六頁。編輯課件三、呼吸

呼吸監護指監護病人的呼吸頻率，即呼吸率。呼吸頻率是病人在單位時間(shíjiān)內呼吸的次數，單位是次/分。第二十二頁，共五十六頁。編輯課件1、熱敏式呼吸(hūxī)測量用熱敏電阻放在鼻孔處，當鼻孔中氣流通過熱敏電阻時，熱敏電阻受到流動氣流的熱交換，電阻值發生改變。對于換熱表面積為A，溫度為T的熱敏電阻，當感受到鼻孔內溫度為Tf的呼吸氣流的流動，熱敏電阻上的對流換熱量為

是對流換熱系數，Tf與人體溫度接近，且恒溫。若呼吸流速大，熱交換Q就大,因此(yīncǐ)，熱敏電阻溫度T變化也較大第二十三頁，共五十六頁。編輯課件當鼻孔氣流周期性地流過熱敏電阻時，熱敏電阻值也周期性地改變．根據(gēnjù)這個原理，將熱敏電阻接在惠斯通電橋的一個橋臂上，就可以得到周期性變化的電壓信號，電壓周期就是呼吸周期，因此，經過放大處理后可以得到呼吸率。第二十四頁，共五十六頁。編輯課件2、阻抗(zǔkàng)式呼吸測量人體呼吸運動時，胸壁肌肉交變弛張，胸廓也交替變形，肌體組織(zǔzhī)的電阻抗也交替變化，變化量為0.1~3,稱為呼吸阻抗（肺阻抗）。第二十五頁，共五十六頁。編輯課件特點：呼吸(hūxī)阻抗電極與心電電極合用電橋激勵電源采用20~100kHz的高頻電源激勵源為恒流源第二十六頁，共五十六頁。編輯課件腦電頭皮(tóupí)電極電阻測試電路第二十七頁，共五十六頁。編輯課件四、有創血壓五、無創血壓六、心輸出量**七、體溫(tǐwēn)

八、脈搏**九、血氣**第二十八頁，共五十六頁。編輯課件心輸出量血流量

(BloodflowVolume)：單位時間內流過血管某一截面積的血量（mL/minorL/min）。心輸出量(CardiacOutput)：是心臟(xīnzàng)每分鐘射出的血量(L/min)。一般用肺動脈或主動脈中的血流量作為心輸出量。每搏輸出量(StrokeVolume)：每次心搏的血液輸出量。

心輸出量=每搏輸出量心率第二十九頁，共五十六頁。編輯課件心輸出量測量方法:連續輸注指示劑—稀釋(xīshì)法稀釋技術:把已知濃度的一些示蹤物質注進心臟之前的靜脈血流中,指示劑通過心臟之后,在其下游測出稀釋后的濃度,由此算出心輸出量。第三十頁，共五十六頁。編輯課件質量傳輸原理:

含有某種指示劑的血液流過機體時,機體向血液吸收或排除該指示劑,于是(yúshì)血液中指示劑濃度將發生變化:第三十一頁，共五十六頁。編輯課件1、Fick法在開放血液循環中，以氧作為指示劑，由于肺毛細管與肺泡(fèipào)之間的氧交換量與肺血流量成正比，因此可以通過測量肺動脈和肺靜脈的氧濃度測量心輸出量。

Q為血流量(mL/min)；Ca為動脈血氧濃度(mL/L)；Cv為靜脈血氧濃度(mL/L)；dV/dt為單位時間內氧消耗量(mL/min)第三十二頁，共五十六頁。編輯課件Fick法測量(cèliáng)心輸出量原理圖第三十三頁，共五十六頁。編輯課件dV／dt是肺氧消耗量，它等于(děngyú)吸入氣氧含量與呼出氣氧含量之差，用肺活量計測定，Ca用動脈心導管測定。Fick法測量精度高，是心輸出量測定標準方法。第三十四頁，共五十六頁。編輯課件2．熱稀釋(xīshì)法熱稀釋(xīshì)采用冷生理鹽水作為指示劑，具有熱敏電阻的Swan－Ganz漂浮導管作為心導管。熱敏電阻置于肺動脈，向右心房注人冷生理鹽水。心輸出量可由Stewart－Hamilton方程確定：第三十五頁，共五十六頁。編輯課件1.08是由注人冷生理鹽水和血液比熱及密度有關的常數(chángshù)，b0是單位換算系數，CT是相關系數，Vi和Ti是冷生理鹽水的注入量和溫度，Tb和Tb是血液溫度和變化量。冷生理鹽水可以用0～4C的冰水液，也可用19～25C的室溫液。第三十六頁，共五十六頁。編輯課件脈搏(màibó)

脈搏是動脈血管隨心臟舒縮而周期性搏動的現象(xiànxiàng)，脈博包含血管內壓、容積、位移和管壁張力等多種物理量的變化。光電容積式脈搏(màibó)測量第三十七頁，共五十六頁。編輯課件

光電容積式脈搏測量是監護測量中最普遍(pǔbiàn)的，傳感器由光源和光電變換器兩部分組成，它夾在病人指尖或耳廓上。光源選擇對動脈血中氧合血紅蛋白有選擇性的一定波長的光，最好用發光二極管，其光譜在610-7~710-7m。這束光透過人體外周血管，當動脈搏動充血容積變化時，改變了這束光的透光率，由光電變換器接收經組織透射或反射的光，轉變為電信號送放大器放大和輸出由此反映動脈血管的容積變化。第三十八頁，共五十六頁。編輯課件血氣(xuèqì)PO2是度量動脈血管中的含氧量，PCO2是度量靜脈血管中二氧化碳含量(hánliàng)

M是含氧量或含二氧化碳量，是溶解系數，p是PO2或PCO2，P是大氣壓第三十九頁，共五十六頁。編輯課件氧和二氧化碳(èryǎnghuàtàn)在血液中以物理溶解和化學結合兩種狀態存在，正是由于化學結合的存在，才使血液運輸O2和CO2的能力大為提高。血液中Po2高時，血液呈鮮紅色，Po2低時血液呈暗紅色。當光線透過不同Po2的血液時，光線通過光電變換器有不同的靈敏度。通過測量光電變換器的靈敏度，即可測定Po2。

第四十頁，共五十六頁。編輯課件呼吸(hūxī)末二氧化碳（PetCO2）監護呼吸(hūxī)末二氧化碳（PetCO2）是麻醉患者和呼吸代謝系統疾病患者的重要檢測指標。監測呼氣末二氧化碳濃度，不僅可監測通氣而且能反映肺血流，具有無創及連續監測的優點，從而減少血氣分析的次數。第四十一頁，共五十六頁。編輯課件CO2測量主要采用紅外吸收法，即不同濃度的CO2對特定紅外光的吸收程度不同。因CO2能吸收4.3μm紅外線，用紅外線透照測試(cèshì)氣樣后，光電換能元件能探測到紅外線的衰減程度，所獲取信號與參比氣信號比較，就能得到CO2濃度。第四十二頁，共五十六頁。編輯課件CO2監護由主流式和旁流式兩種。主流式直接(zhíjiē)將氣體傳感器放置在病人呼吸氣路導管中，直接(zhíjiē)對呼吸氣體中的CO2進行濃度轉換，然后將電信號送入監護儀進行分析處理，得到PetCO2參數。旁流式的光學傳感器置于監護儀內，由氣體采樣管實時抽取病人呼吸氣體樣品，經氣水分離器，去除呼吸氣體中的水分，送入監護儀中進行CO2分析。第四十三頁，共五十六頁。編輯課件血氧飽和度

在O2運輸中，O2主要(zhǔyào)與血紅蛋白以結合形式存在于紅細胞內，溶解的量極微，故每100ml血中，血紅蛋白結合氧的最大量稱氧容量（oxygencapacity，OCP），血紅蛋白實際結合的氧量稱氧含量（oxygencontent，OCN）。血氧飽和度為兩者之比第四十四頁，共五十六頁。編輯課件

正常血液中存在四種血紅蛋白：即氧合血紅蛋白(HbO2)、還原血紅蛋白(Hb)、碳氧血紅蛋白COHb、高鐵血紅蛋白(MetHb)，其中Hb與氧作可逆性結合(jiéhé)，而COHb和MetHb不與氧結合，所以第四十五頁，共五十六頁。編輯課件測量(cèliáng)原理

透射(tòushè)法:根據郎伯-比爾定律，當一束光照射到某種物質的溶液上時，物質對光有一定的吸收衰減，透射光強I與入射光強I0之間有以下關系：

I=I0e-cd

式中，為物質的吸光系數，c為溶液的濃度，d為光穿過的路徑。第四十六頁，共五十六頁。編輯課件I0/I比值的對數稱為吸光度D，因此上式可表示為：D=ln（I0/I）=cd若保持光的路徑不變，吸光度便與物質(wùzhì)的吸光系數和溶液的濃度成正比。第四十七頁，共五十六頁。編輯課件血液中氧合血紅蛋白（HbO2）和還原血紅蛋白（Hb）對不同(bùtónɡ)波長的光的吸收系數不同(bùtónɡ)，在波長為600nm~700nm的紅光區，Hb的吸收系數比HbO2的大；而在波長為800nm~1000nm的近紅外區，HbO2的吸收系數比Hb的大；在805nm附近是等吸收點。第四十八頁，共五十六頁。編輯課件HbO2與HbR對紅光與近紅外光的吸收系數曲線(qūxiàn)第四十九頁，共五十六頁。編輯課件測量方法

氧合血紅蛋白和非氧合血紅蛋白對不同波長紅光和紅外光的吸收存在差異，且每次脈搏搏動時，動脈血容量變化導致對不