麻醉设备学体温监测仪器

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、γ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第二二节节温温度度检检测测的的基基本本原原理理和和方方法法测温温方方式式-接触触式式测测温温法法：按照照测测量量体体是是否否与与被被测测介介质质接接触触，，可可分分为为接接触触式式测测温温法法和和非非接接触触式式测测温温法法两两大大类类。。接触触式式测测温温法法：：测测温温元元件件直直接接与与被被测测对对象象接接触触。。两两者者之之间间进进行行充充分分的的热热交交换换，，达达到到热热平平衡衡状状态态。。优点点：：直直观观可可靠靠直直观观可可靠靠缺点点：：1）感感温温元元件件影影响响被被测测温温度度场场的的分分布布；；2）接接触触不不良良等等会会带带来来测测量量误误差差3）温温度度太太高高和和腐腐蚀蚀性性介介质质对对感感温温元元件件的的性性能能和和寿寿命命不不利利11第二二节节温温度度检检测测的的基基本本原原理理和和方方法法测温温方方式式–非接接触触式式测测温温法法：感温温元元件件不不与与被被测测对对象象相相接接触触，，而而是是通通过过辐辐射射进进行行热热交交换换射射进进行行热热交交换换。。优点点：：1）避避免免接接触触被被测测目目标标；；2）具具有有较较高高的的测测温温上上限限；；3）反反应应速速度度快快，，便便于于测测量量运运动动物物体体的的温温度度和和快快速速变变化化的的温温度度。。缺点点：：由于于受受物物体体的的发发射射率率、、被被测测对对象象到到仪仪表表之之间间的的离离以以及及烟烟尘尘、、水水汽汽等等其其他他介介质质的的影影响响，，测测温温误误差差相相对对较较大大。。12第二二节节温温度度检检测测的的基基本本原原理理和和方方法法温度度的的测测量量方方法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第二二节节温温度度检检测测的的基基本本原原理理和和方方法法14第二二节节温温度度检检测测的的基基本本原原理理和和方方法法一、、玻玻璃璃温温度度计计测测温温法法利用用液液体体热热胀胀冷冷缩缩的的原原理理制制成成。。封封闭闭在在玻玻璃璃管管中中的的液液体体受受热热时时体体积积膨膨胀胀，，液液柱柱升升高高；；温温度度降降低低，，液液柱柱下下降降。。贝克克曼曼温温度度计计是精精确确测测量量温温差差的的温温度度计计，，它它的的主主要要特特点点是是:(1)它的的最最小小刻刻度度为为0.01℃℃，用用放放大大镜镜可可以以读读准准到到0.002℃℃，测测量量精精度度较较高高;还有有一一种种最最小小刻刻度度为为0.002℃℃，可可以以估估计计读读准准到到0.0004℃℃。(2)一般般只只有有5℃℃量程程，，0.002℃℃刻度度的的贝贝克克曼曼温温度度计计量量程程只只有有1℃℃。(3)其结结构构与与普普通通温温度度计计不不同同，，在在毛毛细细管管上上端端，，加加装装了了一一个个水水银银贮贮管管，，用用来来调调节节水水银银球球中中的的水水银银量量。。因因此此虽虽然然量量程程只只有有5℃℃，却却可可以以在在不不同同范范围围内内使使用用。。一一般般可可以以在在-6℃℃～120℃℃使用用。。15第二二节节温温度度检检测测的的基基本本原原理理和和方方法法二、热热敏电电阻测测温法法热敏电电阻测测温法法是中中低温温区最最常用用的一一种温温度检检测器器，测测量精精度高高、性性能稳稳定。。其中中铂电电阻是是一种种比较较特殊殊的热热敏电电阻，，由于于它的的温度度范围围宽，，线性性极佳佳，(在-40~125度范围围内非非线性性仅为为0.2%)，因此此在工工业上上成为为了一一种标标准，，可以以和仪仪表直直接连连接。。16第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法热敏电电阻测测温原原理及及材料料任何物物体的的电阻阻都与与温度度有关关，但但是能能满足足要求求的并并不多多。在在实际际应用用中，，不仅仅要求求有较较高的的灵敏敏度，，而且且要求求有较较高的的稳定定性和和重现现性。。按感感温元元件的的材料料来分分有金金属导导体和和半导导体两两大类类。金金属导导体有有铂、、铜、、镍、、铁和和铑铁铁合金金。目目前大大量使使用的的材料料为铂铂、铜铜。半半导体体有锗锗、碳碳和热热敏电电阻（（氧化化物））等。。热敏敏电阻阻包括括正温温度系系数（（PTC）和负负温度度系数数（NTC）热敏敏电阻阻，以以及临临界温温度热热敏电电阻（（CTR）。17第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法PTC（PositiveTemperatureCoeff1Cient）是指指在某某一温温度下下电阻阻急剧剧增加加、具具有正温度度系数数的热敏敏电阻阻现象象或材材料。。该材材料是是以BaTiO3(钛酸钡钡)、SrTiO3(钛酸锶锶)、PbTiO3(钛酸铅铅)等为主主要成成分的的烧结结体，，掺入入微量量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化化物进进行原原子价价控制制而使使之半半导体体化，，常将将这种种半导导体化化的BaTiO3等材料料简称称为半导(体)瓷；同时时还添添加增增大其其正电电阻温温度系系数的的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化化物和和起其其他作作用的的添加加物，，采用用一般般陶瓷瓷工艺艺成形形、高高温烧烧结而而使钛钛酸铂铂等及及其固固溶体体半导导化，，从而而得到到正特特性的的热敏敏电阻阻材料料．其其温度度系数数随组组分及及烧结结条件件（尤尤其是是冷却却温度度）不不同而而变化化。18第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法NTC（NegativeTemperatureCoeff1Cient）是指指随温温度上上升电电阻呈呈指数数关系系减小小、具具有负温度度系数数的热敏敏电阻阻现象象和材材料。。该材材料是是利用用锰、、铜、、硅、、钴、、铁、、镍、、锌等等两种种或两两种以以上的的金属属氧化化物进进行充充分混混合、、成型型、烧烧结等等工艺艺而成成的半半导体体陶瓷瓷，可可制成成具有有负温温度系系数（（NTC）的热热敏电电阻。。其电电阻率率和材材料常常数随随材料料成分分比例例、烧烧结气气氛、、烧结结温度度和结结构状状态不不同而而变化化。现现在还还出现现了以以碳化化硅、、硒化化锡、、氮化化钽等等为代代表的的非氧氧化物物系NTC热敏电电阻材材料。。19第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法临界温温度热热敏电电阻CTR（CriticalTemperatureResistor）具有有负电电阻突突变特特性，，在某某一温温度下下，电电阻值值随温温度的的增加加激剧剧减小小，具具有很很大的的负温温度系系数。。构成成材料料是钒钒、钡钡、锶锶、磷磷等元元素氧氧化物物的混混合烧烧结体体，是是半玻玻璃状状的半半导体体，也也称CTR为玻璃态态热敏敏电阻阻。骤变变温度度随添添加锗锗、钨钨、钼钼等的的氧化化物而而变。。这是是由于于不同同杂质质的掺掺入，，使氧氧化钒钒的晶晶格间间隔不不同造造成的的。若若在适适当的的还原原气氛氛中五五氧化化二钒钒变成成二氧氧化钒钒，则则电阻阻急变变温度度变大大；若若进一一步还还原为为三氧氧化二二钒，，则急急变消消失。。产生生电阻阻急变变的温温度对对应于于半玻玻璃半半导体体物性性急变变的位位置，，因此此产生生半导导体-金属相相移。。CTR能够作作为控控温报报警等等应用用。20第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法2.热敏电电阻测测温系系统的的测温温原理理热敏电电阻测测温的的基本本原理理是将将随温温度变变化的的电阻阻转化化为电电压变变量，，一般般由热热敏电电阻温温度传传感器器、测测温电电路、、连接接导线线和显显示仪仪表等等构成成。+-+-+-21第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法随着集集成电电路制制造技技术的的提高高，大大量的的集成温温度传传感器器应用于于体温温检测测仪器器中。。例，MAX6611型集成成温度度传感感器，，及其其应用用电路路、输输出特特性如如图所所示：：22第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法三、红红外线线测温温法1.红外辐辐射的的发现现1800年，英英国天天文学学家WilliamHerschel用分光光棱镜镜将太太阳光光分解解成从从红色色到紫紫色的的单色色光，，依次次测量量不同同颜色色光的的热效效应热效。。他发现现，当当水银银温度度计移移到红红色光光边界界以外外色光光边界界以外外，人人眼看看不见见任何何光线线的黑黑暗区区的时时候，，温度度反而而比红红光区区更高高。反反复试试验证证明，，在红红光外外侧在在红光光外侧侧，确确实存存在一一种人人眼看看不见见的““热线线”，，后称称为““红外外线””，也也就是是“红红外辐辐射””。23第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法电磁波波谱电磁波波谱是是为了了便于于研究究而给给一系系列辐辐射现现象赋赋予的的名称称。红外线线自然界界任何何物体体，只只要温温度高高于绝绝对零零度(-273.15C)，就会会就会会以电电磁辐辐射的的形式式在非非常宽宽的波波长范范围内内发射射能量量，产产生电电磁波波(辐射能能)。红外线线波长长范围围：0.75μμm~1000μm。24第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法2.红外测测温法法的原原理任何有有一定定温度度的物物体，，都会会以电电磁波波的形形式向向外界界辐射射出能能量，，所辐辐射能能量的的大小小直接接与该该物体体的温温度有有关。。只要要测出出所发发射的的能量量，就就可得得出物物体温温度。。利用用这个个原理理制成成的温温度测测量仪仪表叫叫红外外辐射射测温温仪。。这种种测量量不需需要与与被测测对象象接触触，因因此属属于非非接触触式测测量。。它有有很宽宽的测测量范范围，，从-50℃直至高高于3000℃℃。25第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法3.红外热热成像像原理理光学器器件将将物体体发出出的红红外辐辐射聚聚集到到探测测器上上，探探测器器把入入射的的辐射射转换换成电电信号号，进进而被被处理理成可可见图图像，，即热热图。。26第二节节温温度检检测的的基本本原理理和方方法四、化化学测测温法法化学测测温法法的原原理不不尽相相同，，但都都是物物体受受热后后发生生一系系列化化学变变化，，导致致检测测物的的分子子结构构改变变，使使得反反射光光的颜颜色发发生变变化。。例，变变色测测温贴贴片27第三节节体体温监监测仪仪器一、人人的体体温人体不不同部部位的的温度度是不不同的的。代代表人人体真真实温温度的的是心心脏和和脑部部的血血液温温度，，称作作中心心温度度。按测量量的部部位，，体温温测量量分为为：肺动脉脉中心心测温温：是最最准确确的方方法，，缺点点是有有创、、操作作复杂杂直肠测测温：是临临床体体温测测量的的标准准。但但滞后后于中中心温温度的的变化化前额测测温：简便便、廉廉价、、无创创。但但影响响因素素较多多，准准确率率低。。腋下测测温：(同前额额测温温)口腔测测温：简便便，应应用较较广泛泛，但但也不不够准准确，，需要要患者者配合合才能能完成成，不不适合合幼儿儿、有有插管管和镇镇静状状态的的患者者。耳鼓膜膜测温温：无创创、快快捷、、准确确。鼓鼓膜的的位置置接近近下丘丘脑，，可以以较为为准确确地反反映下下丘脑脑的血血液温温度。。已成成为中中心温温度的的较好好代表表。28第三节节体体温监监测仪仪器二、基基于热热敏电电阻的的电子子体温温监测测仪经口腔腔、直直肠或或皮肤肤表面面的电电子体体温检检测通通常采采用热热敏电电阻测测温法法。热热敏电电阻体体温监监测仪仪器一一般由由热敏敏电阻阻传感感器、、电阻阻矩阵阵、运运算放放大器器、A/D转换电电路以以及报报警和和显示示电路路组成成。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第三节节体体温监监测仪仪器目前临临床使使用的的绝大大多数数多参数数监护护仪，都有有体温温监测测功能能，需需要配配合(热敏电电阻)传感器器使用用。可可以连连续监监测病病人体体温，，减少少护士士工作作量。。但精精确度度低于于玻璃璃体温温计。。30第三节节体体温监监测仪仪器三、红红外辐辐射体体温测测量仪仪医用红红外辐辐射体体温测测量仪仪有皮肤红红外体体温计计、红外耳耳鼓膜膜测温温计以及红外热热成像像仪三种类类型。。红外测测温法法的优优点：：不接接触、、不传传染，，快速速缺点：：准确确度低低，误误差大大，不不稳定定。造造价高高，操操作复复杂。。1.测量皮皮肤表表面温温度的的红外外温度度计通常是是测量量额头头(因为方方便)皮肤温温度的的测量量受以以下两两个因因素的的很大大影响响：①皮下下血流流分布布情况况，以以及皮皮肤附附近的的传热热情况况(风速、、气温温等)②皮肤的的辐射射率。。(不同的的人，，同一一人不不同部部位均均不同同)31第三节节体体温监监测仪仪器2.红外耳耳鼓膜膜测温温计专门用用于测测量耳耳道内内鼓膜膜温度度的红红外辐辐射温温度计计，测测量原原理与与皮肤肤表面面红外外温度度计一一样。。鼓膜温温度接接近人人体基基础温温度；；耳道道壁和和鼓膜膜形成成的腔腔体，，其辐辐射率率十分分接近近于1，因此此测量量准确确。32第三节节体体温监监测仪仪器但所测测得的的耳温温并不不等于于鼓膜膜温度度，而而是包包括鼓鼓膜和和部分分耳道道壁的的一个个而的的综合合辐射射能所所对应应的温温度。。对测得得的结结果需需要进进行修修正，，修正正方法法有三三种：：第一种种，仪仪表自自动修修正，，读数数为口口腔温温度第二种种，不不作修修正，，读数数是耳耳温第三种种，仪仪表有有模式式选择择，可可选用用不同同的修修正模模式。。耳温te仪表修正值鼓膜温度tc生理温差口腔温度to33第三节节体体温监监测仪仪器3.红外热热成像像仪是一种种体表表温度度分布布测量量装置置，是是专门门针对对人体体温度度分布布测量量而设设计的的。仪仪器包包括扫扫描系系统、、聚焦焦系统统、参参考黑黑体和和红外外检测测器等等部分分。它它测量量的是是广大大视角角内““面””的温温度，，即二二维温温度。。它的的检测测元件件不是是单一一的光光-电转换换元件件，而而是一一个光光-电转换换阵列列；信信号处处理单单元复复杂，，需加加入图图像处处理功功能；；显示示单元元是图图像显显示屏屏。(这方面面的原原理与与数码码相机机相似似)在黑白白屏幕幕中，，以图图像的的明暗暗表示示红外外辐射射的强强弱；；在彩彩色屏屏中，，则用用不同同的颜颜色表表示。。红外热成成像仪的的设计目目的是测量表表面的温温度分布布，而不是温温度的值值。34第三节体体温监监测仪器器左侧乳腺腺癌电子电路路故障输电线路路隐患35第四节术术中保保暖设备备人类的中中心体温温一般维维持在一一个极其其狭窄的的范围内内(小于0.4℃℃)，但麻醉醉等因素素改变了了寒冷和和受热反反应(血管收缩缩、寒战战和血管管舒张、、出汗)的阈值，，使得阈阈值的范