医用监护仪器总结ppt课件

医用监护仪器 主要内容 l监护仪概述 l监护病房和监护仪 l监护仪的主要技术指标 l监护仪使用中的安全问题 l一个例子 什么是监护仪？ l监护仪与临床诊断仪器不同，它能在几小时甚至 几百小时的时间段内连续监护病人生理参数的变 化，并可与医生设定好的界限值进行比较，出现 超差便发生警报，有的监护仪还可以进行应急治 疗。 l 监护仪所测量的参数分为电量和非电量两种，电 量信号如心电信号，直接由电极拾取；非电量信 号如血压、体温、呼吸、血氧等都需要通过各种 传感器拾取，然后转换为与之有确定函数关系的 电信号，再经过放大、滤波、计算、处理等记录 和显示。 监护仪的基本框架 监护仪的组成 l传感器：主要是指各种电极和换能器。起两方面作用：首先是拾取人体生理或生化 参数，其次是把拾取到的生理信号转换成相应的电信号输出。例如：体表接触电极 ，用作测ECC，EEG等，pH电极，用作测酸碱度；压力换能器，用作测脉管内压力 或呼吸；其他还有气流速度与血流速度等检测器。 l信号处理系统：主要是指电子线路和数字逻辑电路或是微处理机等。其作用是： 对传感器输出的电信号进行检测，放大，滤波和信号转换。 对生理或生化参数做出逻辑分析和计算，如做出心输出量估计，呼吸参数的计 算、ECG的判读等。 - 从输入信号中截取所需信息，或是把处理以后的数据进行图像重建，并通过显 示装置加以显示。 把处理分析结果与参考电平作比较，判断它是否超越正常范围，做出自动报警 信息。 l显示装置：主要有指针式指示器、数字显示器、示波器或信号灯几种，报警装置主 要分音响和视觉两类报警器。该部分也包括用作永久记录的各种记录复制装置。 l控制系统：主要是指电子和机械的自动控制电路。在监护中如检测到参数异常，除 了报警和显示外，也可以由机内控制系统自动对病人施行控制使异常的参数恢复到 正常值。例如，根据排尿量和中心静脉压的情况，由控制系统自动控制静脉输液速 度。 l记录装置： 用记录仪作永久的记录，将监视参数记录下来作为档案保存。 常用监护仪监护的生理参数 l心电(ECG); l血压(BP); l呼吸(Resp); l脑电(EEG); l体温(Temp); l心输出量(CO); l饱和血氧浓度(SpO2); l经皮氧和二氧化碳分 压(tpO2/CO2); l呼气末二氧化碳（ etCO2）。 一台监护仪往往可以监护多个参数，具体监护什么，不同的监 护仪可有不同的配置。 监护仪可分为床边监护仪和中央监护仪。 专用监护仪：如胎儿监护仪等。 Common Measurands MeasurementRangeFrequency, HzMethod Blood flow 血流量1 to 300 mL/s0 to 20Electromagnetic or ultrasonic Blood pressure 血压0 to 400 mmHg0 to 50Cuff or strain gage Cardiac output 心输出 量 4 to 25 L/min0 to 20Fick, dye dilution Electrocardiography0.5 to 4 mV0.05 to 150Skin electrodes Electroencephalography5 to 300 V0.5 to 150 Scalp electrodes pH3 to 13 pH units0 to 1pH electrode pCO240 to 100 mmHg0 to 2pCO2 electrode pO230 to 100 mmHg0 to 2pO2 electrode Pneumotachography0 to 600 L/min0 to 40Pneumotachometer气流测速 器 Respiratory rate2 to 50 breaths/min 0.1 to 10Impedance Temperature32 to 40 C0 to 0.1Thermistor Summery: Key Technologies q sensor: invasive, micro-invasive, non-invasive q signal conditioning/instrumentation q EMI reduction 医学信号提取 q auto analysis q information integration q medical expert system 生理信息综合分析 q digital signal processing q pattern recognition & extraction 医学信号处理与特征提取 多路生理信号采集监护系统原理框图 监护仪器需要解决的关键技术主要有： (1)信号的隔离 由于监护仪的主电源都是交流供电的，而 测量电极有的直接置入血管内，有的虽置于体表但靠 近心脏，交流漏电可能导致病人生命危险，必须有良 好的电源和信号隔离。 (2)不同信号间的串扰与交叉调制 各路信号间可能会通过 公共地线、电源内阻、空间电磁耦合而发生串扰和交 叉调制，这就要求各路信号放大器之间有良好的隔离 和屏蔽。 (3)不同采样率和采样精度间的协调 根据不同生理参数 特性调整选择合适的电位动态放大措施及采样频率。 如心电和脑电的采样频率可设为:250500Hz。 (4)实时自动分析技术 实现对反映病情的各关键生理参 数的自动监护，如分析心率失常严重性、心肌梗塞和 心肌缺血程度等。 (5)数据的存储与回顾 由于监测是连续进行的，数据量 大，因而可以将监测的数据选择存储，供会诊或进行 深入的医学研究和分析所用。 (6)多参数显示技术 设置显示缓冲区动态滚动显示波 形并显示各参数。 (7)安全性和可靠性 应保持系统长时间正常监测患者 参数及可靠工作。 (8)价格和使用费用 要求监护仪器性价比高。 Basic ICU Design Patient Area Central Station 床边监护仪 中央监护仪 监护仪的主要监护项目 心电监护 心电监护的项目 l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。 l心电监护最基本的项目有: 心率显示 心率上下限报警 心电波形的实时显示。 l 24小时动态分析的专用监护系统。 心电监护的项目 l心电监护仪的常见被选功能： 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 R波检测技术 微分法 ly1(n) = | x(n) 2x(n 2) + x(n 4)| ly2(n) = 1.3y0(n) + 1.1y1(n)。 l以1.0为阈值对y2(n) 作检测，如果有连续8个采样点的 值超过阈值，则认为是QRS波。 l y3是将y2经8点滑动平均（MA）滤波后的波形 心电信号x(n)， 设差分信号y0和y1： y0(n) = | x(n) x(n 2) | 呼吸频率的测量 呼吸波与呼吸率 l呼吸测量是肺动能检查的重要部分。在监护仪中，通 常测量呼吸波并测定呼吸（频）率（次/分钟）。 l呼吸频率的测量可通过热敏电阻（传感器）直接测量 呼吸气流的温度变化，经过电桥电路将这一变化变换 成电压信号，也可采用阻抗法来测量呼吸频率，因为 呼吸运动时，胸壁肌肉交变张驰，胸廓交替变形，肌 体组织的电阻抗也随之交替变化。 l测量呼吸阻抗值的变化可采用电桥法、调制法、恒压 源法和恒流源法等多种方式。 l在监护仪中，呼吸阻抗电极可与心电电极合用，在检 测心电信号时可同时检测呼吸阻抗变化和呼吸频率。 呼吸率测量电桥 体温 体温 l体温是了解生命状态的重要指标。监护仪中，体温的 测量常采用负温度系数的热敏电阻作为温度传感器， 采用电桥作为检测电路。现在已有集成化测温电路可 供选用。 l高档的监护仪可提供两道以上的测温电路，以测量两 个不同部位的温差T=T2T1。体温探头（传感器） 可采用体表探头和体腔探头，分别用来监护体表和腔 内温度。 l在一些特殊场合，为了避免交叉传染，亦可以采用红 外非接触测温技术。监护仪中，测温精度应在0.1， 应有较快的测温响应。 血压的测量和监护 血压 l 血压是指血液对血管壁的侧压，是压强（ 即单位面积上的压力）。 l 血压是相对压强，是相对大气压的。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 间接测压和直接测压法 l间接测压通常仅能测得收缩压和舒张压； l直接测量法可以测得血压波形曲线。 l由于测量方法和部位不同，所测值往往难以相互 比较。 血压的直接测量 l经皮由动脉穿刺留置导管后固定，测压管通过换 能器连接于监视器，可显示动脉压力波形。 l最常用的是桡动脉，其次是股动脉或肱动脉。 l 不仅可以连续测压，还可反复采集血标本以检测 血气。 压力传感器 床边监护仪 输液架 针管 冲洗压力源 间接血压测量原理 l有多种方法可实现血压的无创测量，在多生理参数监 护仪中通常采用柯氏音法和测振法两类。 l柯氏音法是检测袖带下的柯氏音（脉搏声）来测定血 压的，柯氏音无创血压监护系统包括袖带充气系统、 袖带、柯氏音传感器、音频放大及自动增益调整电路 、A/D转换器、微处理器及显示部分等。 血压测量袖带的缠绕 方法图 l测振法是检测气袖内气体的振荡波，振荡波源于血 管壁的搏动，测量振荡波的相关点就可测定血压值 （PS，PD和PM）。测振法获得脉搏振动波的方法可 借助微音器和压力传感器。 心输出量和心功能测量 心输出量的测量方法 l1、指示剂稀释法：它的测定是通过某一方 式将一定量的指示剂注射到血液中，经过 在血液中的扩散，测定指示剂的变化来计 算心输出量的。 Fick法 染料稀释法 热稀释法： l2、阻抗法 l3、成像法：超声、磁共振 心排量测定：Fick法 l1870年由德国医生Adolph Fick首先描述 l它假定机体氧耗量率为血流速率（单位时间内的流量 ）及血液携带氧量的乘积的函数一定时间内血流量等于 在同一时间内进入血流的物质量除以该物质进入循环后在 血液上游（动脉）和下游（腔静脉）之间的浓度差 Fick公式： 机体氧耗量（mlmin） 心排量（L/min）= 动静脉血氧含量差（%）10 lFick法缺点：操作不方便，不易获得稳定的耗氧量数据 在开放血液循环中，以氧作为指示剂， 由于肺毛细管与肺泡之间的氧交换量与 肺血流量成正比，因此可以通过测量肺 动脉和肺静脉的氧浓度测量心输出量。 心输出量热稀释法 l在监护仪中，心输出 量的测量常采用热稀 释法，将冷液（生理 盐水或葡萄糖液）注 入漂浮导管中，当冷 液与血流混合后将会 发生温度变化，温度 变化由导管前端的热 敏电阻检出，并通过 计算获得心输出量， 这种方法可高精度反 复测量不同时间的心 输出量，其测量间隙 最短可达2分钟。 染料稀释法 心阻抗图 l（impedance cardiogram ,ICG）是根据胸 腔电阻抗的动态变化，来测定心功能的一 种非创伤性方法。它反映了血管容积或血 流变化引起的阻抗变化。 l年代后，国内外学者对Kubicek公式及 方法有过众多的争议，目前改良的ubicek 公式可算出心排出量等重要的心功能指标 。 l4对电极分别至于颈部及 胸部 l电信号通过胸部传导 l电信号循阻力最小路径传 导-主动脉 l每次心跳，主动脉内血流 速度/容量变化，测得阻 抗 l通过阻抗变化计算出SV 血气监护 血氧饱和度 l血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的能力的重 要参数。血氧饱和度的测量目前广泛应用透射 法（或反射法）双波长（红光R：660nm和红 外光IR：920nm）光电检测技术，检测红光 和红外光通过动脉血的光吸收引起的交变成分 之比IIR/IR和非脉动组织（表皮、肌肉、静脉血 等）引起光吸收的稳定分量（直流）值，通过 计算可得到血氧饱和度值SPO2。 l由于光电信号的脉动规律与心脏搏动的规律一 致，所以根据检出信号的周期可同时确定脉率 ，因而亦称该方法为脉搏血氧饱和度测量。 郎伯一比尔定律(LambertBeer Law) 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= I0eCd lI和I0的比值的对数称为光密度D，因此上式也可表示成 ： D=In(II0)=kCd lC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 d 不变，血液的浓度 便与光密度 D成正比。 血液中的HbO2和Hb l血液中的HbO2和Hb对不同 波长的光的吸收系数不一 样: l在波长为600-700nm的红 光(RED)区，Hb的吸收系 数远比HbO2的大； l在波长为8001000nm的 红外光(IR)区， Hb的吸收 系数要比HbO2的小； l在805nm附近是等吸收点 。 搏动式 动脉血氧饱和度监护仪 l血氧饱和度是指血液中(血红蛋白)实际结合 的氧气(氧含量)占血液中(血红蛋白)所能结 合氧气的最大量(氧容量)的百分比。 l因此，血氧饱和度的定义可表示为：Sp02= 含氧血红蛋白 (含氧血红蛋白+血红蛋白) 。 搏动式血氧饱和度监护原理 lSaO2= KlR2 + K2R + K3 K1、K2、K3是经验常数， 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 胎儿监护 胎儿监护仪 l 识别和记录心率:胎儿心率(FHR)变化曲线。胎儿 心率通常是指平均心率，正常在120bpm-160bpm (14020bpm)，心率的变异约在5-30bpm之间。 l 探测及记录子宫收缩或胎动:子宫收缩变化曲线（ 围产期）。 子宫收缩(UP: Uterine Pressure, UC:Uterine Contraction)并不一定对FHR产生影响，但是，是 否有影响，以及FHR曲线的形状及与子宫收缩的 时间关系，具有诊断意义。也有些监护仪记录胎 动(FM)。 监护仪和监护病房（CU) 监护病房 l 由监护仪系统，再加上其它必要的设备， 可组成监护病房。最常见的有 手术中监护和手术后护理病房（ RecoveryRoom/SICU） 冠心病护理病房（CCU） 儿科和新生儿病房（PICU/NICU） q General q Neurological q Surgical q Paediatric/neonatal q Coronary care q Cardio-thoracic q Burns q Renal q Spinal injuries q Respiratory Types of Intensive Care Units Neonatal CareCardiac Care Anesthesia CareCritical Care 重症监护病房（ICU） l病房设计：一般采用U形设计，环绕中央控 制台有6-8个带玻璃窗的或布帘，彼此相互 隔音的小室或房间。 What is ICU? ICU: Intensive Care Unit ICUs are special care units designed to offer the advantages of a low nurse-patient ratio and concentration of the equipment and resources needed to take care of critically ill or seriously injured patients. A key factor of ICU is the INFORMATION available to the staff. Goal of ICU l提高危重病人抢救成功率 l降低死亡率 l减少并发症 l 在ICU工作的各个环节中，处处体 现质量为本，效率优先的原则。 qECG signals qblood pressure qrespiration qcardiac output q In the ICU, most information of the patients comes from the typical physiological signals/parameters that are monitored, which include: qVentilators（呼吸机） qHypothermia(低温治疗仪） qDefibrillators（除颤器） q Additionally, other equipment may be present for use as required. Patient Monitoring Therapeutic, prosthetic, emergency handling, etc. Devices Used in ICU q信号的隔离 q不同信号间的串扰与交叉调制 q不同采样率与采样精度的协调 q实时自动分析 q数据存储与回顾 q多参数显示 q安全性 q可靠性：自检与电极脱落报警 Design Issues of Bedside Monitors ICU 测定的项目有： l 血压：直接法动静脉压或间接法动脉压，包括收缩压、舒张压和平均 压。 l 脉搏：测出脉搏数并判断脉搏性质，如强、弱等。 l 呼吸：测出每分钟的呼吸数，测定呼吸压力及呼吸量。 l 体温：每隔几小时测定一次。 l ECG：通常用II导联连续监视，心肌功能状况，心律失常、严重血压 下降、临死前预兆等。 l EEG：诊断意识不清病人的障碍所在，了解病情有无好转。一般采 用便携式单导记录。 l 血气分析：测量动脉血的pH、PO2和PCO2。了解人工呼吸的疗效。 并据此控制吸入氧气的浓度和必要的换气量。除了做抽血离体检查外 ，在ICU中常用呼吸气体的分析方法，如：采用红外CO2分析器连续 进行CO2气体成份的测量；用氧分析器连续测定吸氧疗法时吸入的氧 浓度；经皮PO2和经皮PCO2的测量等。 ICU病房设备配备： l除空调、氧气、压缩空气和水龙头外，还 应配备有 床边监护仪、 小型脑电图机、 心脏复苏设备(起搏器和除颤器)、 人工呼吸机及氧气瓶或氧气袋等 Summery: Developing Trends q生理信息提取新技术 q新型传感器的研制: micro-invasive and non-invasive, integrated q小型化、无线化、一体化 q自动分析技术与多参数综合分析 q“监”与“护”的统一 q新的监护领域： 颅内出血的监护、烧伤病人皮肤伤情的监护等 Therapeutic and Prosthetic Equipments in ICU Ventilators The function of the ventilator is to help get oxygen into the patient and carbon dioxide out. O2CO2 inspiration exhalation Negative Pressure vs. Positive Pressure Negative Pressure 胸廓外加压-负压 也叫做体外通气机（铁肺） 同生理状态 参数不好控制 少用 Positive Pressure 呼吸道直接加压-正压 Forms of Mechanical Ventilation used in ICU qIntermittent positive pressure ventilation (IPPV) via an endotracheal（气管内的） or tracheostomy（气管切开术术 ） tube. qNon-invasive positive pressure ventilation (NIPPV or NIV) via a nasal（鼻腔） or facial mask. General Modes of Ventilation Controlled modes (e.g. CMV) 控制式通气 qMachine does all the work, patient is sedated or unconscious. qAny tendency toward spontaneous ventilation on the patients part does not affect the machine and can even oppose it. 呼吸机按照预定呼吸频率、潮气量、呼吸时比、气道压力完全替代 患者的自主呼吸。该模式主要适用于有严重的呼吸抑制或伴有呼 吸暂停等情况。优点是保证稳定的通气量，最大限度地减轻呼吸 机负荷，但对有自主呼吸的病人易产生人机对抗。 Assistive modes (e.g. PSV) 辅助呼吸模式 qPatient initiates every breath but is assisted by the machine during each breath. qThe ventilator detects the patients attempt at ventilation and augments it mechanically. Control Mechanism q The progression of the cycles of the ventilators is controlled by the volume of air administered to the patient. q There is always a pressure-override value in this mode. Volume Control（容积转换型-定容型-