监护仪主要参数的电气分析
《临床医学工程》 2008年第06期作者单位：广州中医药大学第一附属医院， 广东 广州 510405
【摘要】随着电子技术、计算机技术及生物医学工程技术的快速发展，医用监护仪器在临床中的应用越来越广泛，不仅提高了医护人员的工作效率，更能在监护仪的监视帮助下随时了解病人的病情及病后发展趋势，对病情进行及时和有效的处理。正因为医用监护仪在临床中应用的广泛性和医学工程人员工作的专业性，医学工程人员有必要对监护仪进行比较透彻的了解。本文对监护仪较为常用的ecg、resp、nibp、spo2等生理参数进行电气分析。
【关键词】监护仪 电气 分析
前言
医用监护仪是一种以实时监视和测量病人的多项生理参数，并可与已知人体正常生理参数进行比较，出现实时测量值与人体正常值存在一定误差并发出警报的装置监视系统。监护仪检测的生理参数可以是单参数的，也可以是多参数的。监护仪不同于临床诊断仪器，它要求能连续24小时监视病人的多项生理参数，对某一特定事件的参数和波形能自动或按需手动记录，这样就能检测出人体特定生理参数变化趋势，利用计算机控制还能进行多种数据的分析和处理，供医生作为应急处理和治疗的依据。
监护仪供选择的生理参数有心电图监测、呼吸监测、无创血压监测、有创血压监测、气道二氧化碳监测、气道氧气监测、血液体积／辅助监测、血氧饱和度／血流体积监测、温度监测、ph值、血气监测等等，在此只是对较为常用的ecg、resp、nibp、spo2等生理参数进行电气分析，以供医学工程人员参考。
一、ecg／resp
１. ecg 心肌是由无数的心肌细胞组成，由窦房结发出的兴奋依次向心房和心室扩展，引起心脏循序兴奋，心脏各部分兴奋过程中出现的电位变化亦必然扩展到身体的表面。鉴于心脏有同一时间内产生大量电信号，因此安放在身体表面的导联电极将拾取心电信号输入监护仪中。
导联电极拾取的心电信号通过监护仪的输入连接接口，输送到保护电路及静电滤波电路，去除各种干扰和噪声后，送入信号输入驱动放大电路，可以更好的放大导联输入的心电信号，然后接入到导联选择开关，通过导联的选择，心电信号会更良好，同时在此电路中还加了ｒｌ驱动电路及反馈电路，可以更进一步的有效的排除各方面的干扰，接着信号加入到差动信号放大器，此放大器具有高阻抗性，保证心电信号更强的抗干扰性，心电信号再输入到高低通滤波电路，高低通滤波的选择模式，能选择监护仪提供的监护、诊断和手术三种模式，为临床医生提供多种治疗的需求，按须要经选择后的心电信号送入多路混合开关，再输入主信号放大电路，信号的进一步放大足以驱动心电的显示系统或打印电路系统，最后经过模／数转换，把心电数字信号送给ｃｐｕ中央控制系统，经过检测、处理之后通过反馈各种信号给前面各路电路进行再处理, 保证显示的心电信号更稳定更直观。
多路混合开关电路还连接到导联脱落检测电路，这个电路通过分析差动放大器输出信号的平均直流电平确定导联是否脱落。脱落的导联将会产生偏移使放大器处于饱和状态。fe的a/d转换器对选定的导联脱落通道进行转换然后以每秒128次的采样率载入cpu的存储空间。
２. resp 监护仪呼吸测量多采用胸阻抗法。人在呼吸过程中的胸廓运动会造成人体电阻的变化称为呼吸阻抗。监护仪通过ecg导联的两个电极、测量桥电路，把正弦波发生器产生10khz～100khz的载频正弦波恒流向人体注入0.5ma～5ma的安全电流，从而在相同的电极上拾取呼吸阻抗变化的电信号，这种呼吸阻抗的变化图就描述了呼吸的动态波形，并可提取呼吸频率参数。呼吸阻抗变化的电信号经拾取后进行交流放大，再与载频正弦波同步解调、低通滤波及阻抗解码之后进入差动放大电路，进行信号放大、再到多路混合开关电路、主放大电路、模／数转换及ｃｐｕ，直至监护仪能测量到人体肺的呼吸频率。
呼吸测量时胸廓的运动、身体的非呼吸运动都会造成人体电阻的变化。当这种变化频率与呼吸通道的放大器的频带同宽时，监护仪就很难判断哪是正常的呼吸信号，哪是干扰信号；病人出现严重持续身体活动时，呼吸率的测量也会不准的。
二、nibp
1. nibp测量原理
nibp测量多采用振动法，将袖带气压接入压力传感器，检测袖带的压力以及由于脉搏在袖带的压力下形成的振动信号。监护仪开始测量nibp时，气泵给袖带充气，在压力传感器检测到设定的初始值时，停止给袖带充气，充气了的袖带通过泄气阀缓慢放气，这时以一定的速率交替记录压力值和脉搏振动幅度，并不断进行计算，振幅由小到大，上升变化率最大时刻对应压力指数为收缩压，当振动幅度过最大点开始下降，下降变化率最大时刻对应的压力指数为舒张压，平均压则为振动幅度最大时的压力指数或为（2×舒张压＋收缩压）／3、收缩压（sp）＝平均压/0.55、舒张压（dp）＝平均压×0.85。
２. nibp方框图
压力传感器是利用 wheatstone 氏电桥的原理。由 4 个电阻组成， 都制成弹簧状，分别通过机械装置连至一弹性金属膜或塑料膜上。压力传感器由一穹隆形园盖盖住（dome）， dome 有两个开口，一个为排气孔，另一个开口与测压管相连（通过三路装置），测压管传至传感器金属膜上，金属膜受压变形，使电阻丝长度改变（其中两根电阻丝伸长，两根缩短），在wheatstone氏电桥上就会有电势差出现。
监护仪开始测量nibp时，cpu输出控制信号到气泵电机启动，气泵开始打气，袖带气压通过压力传感器传出电信号到信号放大器１，一路经过再次放大接入模／数转换到cpu，主要用于实时显示袖带气体压力值，当压力传感器检测到初始设定压力值时，cpu再次发出控制信号令泄放阀工作。另一路信进入０.8hz hpf（儿童）或１hz hpf（成人），通过cpu控制系统医护人员自主选择,然后进行信号放大,再经过10hz lpf到cpu。（注）在另一压力传感器中，通过检测到的压力信号经放大送入cpu1，当气泵加压给袖带压力到达一定极限值时，会马上发出控制信号到两安全阀，令其工作，让电机停止打气，泄气阀放气，保证了人体的安全性和检测的准确性。
三、spo2
血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血红蛋白的容量占全部可结合的血红蛋白容量的百分比，即血液中血氧的浓度，是呼吸循环的重要生理参数。
血氧饱和度一般是通过测量人体指尖、耳垂等毛细血管脉动期间对透过光线吸收率的变化计算而得的。血氧饱和度探头是一个光感受器，内置一个双波长发光二极管和一个光电二极管。发光二极管交替发射波长660nm的红光和940nm的近红外光。还原血红蛋白(hb)的吸光度随spo2不同而改变，在660nm附近表现最为显著，在940nm附近则产生与660nm方向相反的变化。在波长940nm的红外区域，氧合血红蛋白(hbo2)的吸收系数比hb大。如图三示：
当作为光源的发光管和作为感受器的光电管位于手指或耳的两侧，入射光经过手指或耳廓，被血液及组织部分吸收。这些被吸收的光强度除博动性动脉血的光吸收因动脉压力波的变化而变化外，其他组织成分吸收的光强度都不会随时间改变，并保持相对稳定。而博动性产生的光路增大和增多使光吸收增加，形成光吸收波。光电感应器测得博动时光强较小，两次博动间光强较大，减少值即搏动性动脉血所吸收的光强度。这样可计算出两个波长的光吸收比率。根据正常志愿者数据建立起的标准曲线换算可得病人血氧饱和度。
【参考文献】
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