生物医学仪器(第五章)-副本

第五章病房监护系统生命参数监护仪

床边监护仪与中心监护系统动态心电与血压监护胎儿监护仪监护系统的几个发展方向

主要内容包括：第五章病房监护系统监护的意义有两个：一是危重病人必须对其进行监测，发现险情，立即报警，通知医生及时进行抢救；二是某些病症现象出现的时间短暂，需作较长时间的测量（例如24小时）才能记录到异常现象。第五章病房监护系统随着电子仪器和计算机技术的迅速发展，各种医用监护仪的发展也很快：1、从单一生理参数的监测发展到对生物电、血压、心率、呼吸、体温、血流等若干参数的联合监测。2、从单一病床监测发展到对多个病体的连续监测。3、采用了计算机技术，无损检测技术、遥测技术等，对大量检测数据进行实时分析、处理、显示和记录。4、目前在临床上广泛应用的有：床旁心电监护仪、多参数病人监护仪、四床位或八床位中央监护系统，此外还有用于手术室中抗高频电刀干扰的手术监护仪及用于妇产科的新生儿监护仪和胎儿分娩监护仪，遥测心电监护仪和Holter系统等。第五章病房监护系统中心ICU病房第五章病房监护系统第五章病房监护系统心功能监测系统监护仪第五章病房监护系统5.1.1作用与意义作用：测量和控制病人的生理参数，并与设定值比较，对异常情况在线发出警报和记录。意义：能够对病人进行连续监视，掌握病人情况，以便医生及时抢救，减少死亡率。第五章病房监护系统现代的多参数病人监护仪除了监测心电外，还同时监测呼吸、体温、血压

(有创血压或无创血压)以及氧分压PO2、二氧化碳分压PCO2等参数。(1)血压

无创间接法测动脉血压(收缩压、舒张压和平均压)或有创直接检测动静脉血压，一般情况下应尽可能采用无创监测。(2)心电图和心律

通常用导联Ⅱ对心电图进行连续监测，对冠心病患者，往往还需要同时监测V5导联和导联I的心电图，以便不仅能了解心搏情况，而且可以对心肌缺血、心肌梗塞、各种心律失常(如室颤、房颤、早搏、停博等)作出正确的分析和判断。

第五章病房监护系统

(3)体温

由于体温变化相对较慢，也可采取间断采样测量的方式(0．5h、1h或2h测一次)；观察一昼夜体温变化情况，对掌握病情变化是十分重要的。

(4)呼吸

监测呼吸次数、呼吸质量，包括呼吸量、呼出二氧化碳含量等，以判定是否存在呼吸障碍(如痰阻塞)及肺气交换功能是否正常。

第五章病房监护系统属于因病情而异所增减的监测项目通常有：

(1)血气参数

对于伴有呼吸功能衰弱、呼吸障碍、肺功能衰竭的患者，通常必须监测血气参数，包括动脉血液的pH值、血氧饱和度、二氧化碳饱和度等。

(2)脑电图

对于意识不清、各种脑损伤(缺血、缺氧、溢血、血栓)等所造成的脑损伤患者，需要监测其脑电图，以便观察大脑的生理活动能力，判定病情变化趋势。通常只需单道或双导(左、右侧)记录。

(3)肝功能、肾功能、电解质平衡，包括血糖、尿液分析和血红蛋白测定等。这些参数通常没有连续的监测仪器，因而采用间断式采样分析，由护士操作，也可以说是针对病情的常规测试项目。5.1生命参数监护仪监护仪一般都有自检测装置，通过硬件和软件检测系统是否处于正常工作状态、导联电极是否脱落等。当系统不正常时，如电源断电、电极松动或脱落时，即发出报警信号。几乎所有的监护仪都有超限报警装置，即当所监测的参数超出设定的正常范围一定时间后，即发出声、光报警信号。此报警信号应与设备工作不正常的报警信号有所不同。

第五章病房监护系统5.1.2监护仪分类按结构：（1）便携式；（2）通用监护仪（床边监护仪）；（3）遥测监护仪；（4）Holter记录分析系统。按功能：（1）床边监护仪；（2）中央监护仪；（3）离院监护仪。第五章病房监护系统5.1.3现代监护仪特点（1）无线遥测技术；（2）智能化；（3）小型化；（4）实用化；（5）安全性。第五章病房监护系统5.1.4自动监护系统的结构一般由五大部分组成：⑴信号检测部分（如传感器和电极等）；⑵信息模拟处理部分（如模拟通道滤波、放大、信号变换、数字信号处理等）；(3)信息数字处理部分（运算、分析及识别）；(4)终端显示部分（如数据量显示、报警显示、模拟量显示等）。(5)中心监护系统网络通信部分第五章病房监护系统5.1.4自动监护系统的结构信号检测部分信号模拟处理部分信号数字处理部分显示、记录、报警各种传感器：物理、化学、生物等；各种电极：心电、脑电等根据所测参数和传感器不同，采用不同的放大器信号的运算、分析和诊断。数字显示、屏幕显示、记录仪、光报警、声报警等。第五章病房监护系统5.1.4自动监护系统的结构5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图该功能模块可以扩充，可以单独使用，也可通过通信接口与中央监护控制台联机。5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成

主控模块是现代监护仪的核心部分。它接受来自各功能模块的数据及波形参数，并对数字信号进行分析和存储,控制输出同时协调、检测整机各部分的工作。控制信息输出有显示波形、文字、图形，启动报警和打印记录等。系统开发时，接上硬盘、键盘和显示器等外围设备，就相当于一台PC机。软件开发完成后，将程序写入电子盘，移去硬盘和键盘变自成系统。5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成多参数生理信息的采集和监护中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。

5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成(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:250～500Hz。(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。5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成(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。5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成1、心电/呼吸（ECP/RESP）模块(1)QRS波的宽度正常心电的QRS波宽度<100ms。(2)QRS波的幅度、波峰方向和R-R间期。(3)心电模板的匹配程度。心电监护一个很重要的内容是对心率失常的分析和报警。呼吸测量大多采用胸阻抗法。非呼吸运动是主要的干扰。5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成1、心电/呼吸（ECP/RESP）模块心电模块硬件框图5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成1、心电/呼吸（ECP/RESP）模块BT007心电模块图5.1生命参数监护仪BT007心电模块具有如下功能：1.同步七通道心电波，四级程控增益，三级滤波方式(诊断方式，监护方式，手术方式)，起搏脉冲抑制功能，导联脱落报警，心率范围20~250BPM，抗除颤及电刀干扰。2.阻抗呼吸，四级程控增益，呼吸率范围5~99BPM。3.双体温，测量范围0~50，显示精度0.1，测量精度：0.2。4.TTL或RS-232串行接口电平规范可选。5.内含两套通讯协议：同步三通道心电协议与同步七通道心电协议，用户可通过跳线选择。5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成2、无创血压（NBP）模块NIBP血压模块主要用于无创血压测量，在测量时，微处理器自动给袖带加压，利用测振法，得到收缩压（SYS）、舒张压（DIA）、平均压（MAP）和脉率（PR）。(1)NBP模块组成P184页图5.55.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成2、无创血压（NBP）模块(2)NBP模块工作原理1）袖带充气通过绕在病人手臂或其他肢端的袖带充气加压使动脉血管阻断；2）袖带测量慢放气袖带以阶梯量（8mmHg）逐渐放气，当袖带内压力下降到一定压力时，血液开始在血管内流动。随着压力的下降，血流量加大，同时引起袖带内压力脉搏波动幅度的增大直至达到最大值；当压力进一步下降时，波动幅度开始减小，即袖带压力以阶梯量逐渐下降，压力波动幅度会以先上升后下降的规律下降。3）检测检测动脉压力振荡信号并叠加到袖带静止压力上。4）测量根据压力波动幅度的包络曲线计算出平均动脉压、收缩压和舒张压。记录某一时间内的脉搏个数可以得到脉率值。NIBP血压模块由于采用了抗运动干扰技术，在大多数的使用条件下，都可得到精确的测量结果。

5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成3、体温（TEMP）测量(1)电路组成(2)工作原理5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成4、血氧饱和度/脉率（SpO2/PR）模块(1)电路组（图5.7）1）输入保护电路不受瞬间高脉冲的影响；2）电流－电压转换器将电流转换为电压并消除干扰。3）环境光线抑制电路4）越陷监视器消除过载电压。5）暗光消除器消除暗光电压。6）A/D变换器

5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成4、血氧饱和度/脉率（SpO2/PR）模块(2)工作原理1）光线发射传感器（红光与近红外光检测）2）超范围检测

3）环境光抑制4）信号处理5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成4、血氧饱和度/脉率（SpO2/PR）模块血氧模块框图5.1生命参数监护仪5.1.5模块化监护系统的实际构成5、呼吸末二氧化碳分压（PETCO2）测量1）可用于通气监测、循环功能监测和肺血流情况监测。2）主要测量方法：红外吸收法。

3）主要有两种监护方式：主流式和旁流式。

主流式：注意避免病人分泌物对传感器的严重污染。

旁流式：要检查气水分离器是否正常工作。监护仪的主要技术指标

1.测量范围对各生理参数测量均在一定的范围内进行定标，量程范围应视不同生理参数而定，例如：

体温测量范围在19℃~45℃间，

脉率范围35次/min~250次/min，

SPO2范围0~100％，无创血压范围，PS：60mmHg~250mmHg，

PD和PM：45mmHg~235mmHg。

2.灵敏度

在量程范围内，仪器在稳态时，输出信号变化量与输入信号变化量之比称为灵敏度，一般希望灵敏度高，且在满量程范围内保持稳定。3.线性度

线性度反映仪器偏离输出与输入关系曲线呈线性的程度，通常用输出量与输入量的实际关系曲线偏离直线的最大偏移值与输出满量程之比的百分值来表示非线性误差。

4.漂移

仪器在无输入情况下，输出朝一个方向偏移的现象称漂移，在零输入的情况下，输出值随时间的漂移称为零点漂移。由温度变化引起输出值的偏移称为温度漂移。5.迟滞

迟滞是指仪器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间，输出与输入关系曲线的不重合程度。迟滞的大小由正反行程的输出信号间的最大偏差与满量程输出的百分比来表示。6.分辨力

是指仪器所能检测出的输入信号最小变化的能力，例如测温的分辨力0.1℃，测距的分辨力为1mm等。7.瞬态响应

当仪器输入一个单位阶跃时，其输出端的响应称瞬态响应。在输出响应上可测定响应时间、延迟时间、超调量、稳态误差等数值。8.频率响应

当用正弦信号作为输入时，仪器输出与输入之间的幅值比、相位延滞随输入正弦信号频率而变，前者称幅度－频率响应，后者称相位－频率响应。9.环境对仪器的影响

温度、湿度、大气压、振动、电源电压与频率等环境因素变化时也将引起监护仪的性能发生变化，工程设计应将这些因素导致的变化控制在允许范围之内。

5.2床边监护仪与中心监护系统5.2.1ICU与CCUICU:多参数监护病房，包括：呼吸、体温、血压、脑电心输出量等；CCU：冠心病监护病房。5.2床边监护仪与中心监护系统5.2.1ICU与CCUICU的三要素是重症监护医学的实践基地，它是由受到专门训练的医护人员，利用先进的监护设备和急救措施对各种重症患者及并发症进行全面的监护和治疗的单位。5.2床边监护仪与中心监护系统5.2.1ICU与CCU急诊病人急诊科ICU病房手术室（重大手术、严重创伤等）外院重症病人重症重症肺炎或感染术后并发症中毒大面积烧伤等院内病区各病区重症病人并发症的治疗内科（循环呼吸消化等）小儿科产科外科冠心病监护病房(CCU) 冠心病监护病房(CCU)是以严重心脏疾病、心原性休克，特别是心肌梗塞患者为对象,对防治心律失常、减少猝死发生具有重要意义。必备的设备：监护仪：有较强的心电监护功能外，通常也要求带有间接血压，氧饱和度，呼吸率等常用的监护功能。心脏复苏设备(起搏器和除颤器)人工呼吸机

输液泵、推泵

抢救物品：全套气管插管设备、中心供氧、中心吸引装置、头部降温设备、抢救车、各种抢救治疗包。

5.2床边监护仪与中心监护系统5.2.2床边监护仪与中心监护系统5.2床边监护仪与中心监护系统5.2.2床边监护仪与中心监护系统5.2床边监护仪与中心监护系统5.2.2床边监护仪与中心监护系统床边监护仪：直接与患者相连接，获得各种临床相关信息。模块1模块2模块4模块3偏转放大（X－Y）插件母板高压显示控制主CPU通讯口ROM电池低压板T触摸屏交流电网络扬声器CRT传感器床边监护仪原理框图5.2床边监护仪与中心监护系统5.2.2床边监护仪与中心监护系统中心监护系统由一个中心监护仪和1~8个床旁监护仪组成；床旁监护仪与中心监护仪的通讯可以是有线的也可以是无线遥测的，目前国内大多采用有线方式。床旁监护仪承担病人的生理信号的数据的采集、预处理、报警阈值的设置、参数及波形的显示及报警等功能。中心监护仪控制各床旁监护仪的工作，对床旁机送来的数据作进一步的处理。5.2床边监护仪与中心监护系统中心监护仪常备有性能更强的微型计算机，它可以对各床旁监护仪的参数经过选择，将其部分或全部的异常参数及波形，一方面显示的同时进一步地分析处理及判断，另一方面控制描记和打印床位号、时间、波形、参数及趋势图等。总之，床旁监护仪只监测一个病人的各个参数，而中心监护仪则可以同时监测各个病人的心电波形或一个病人的各个参数，有各种组合方式。5.2.2床边监护仪与中心监护系统5.2床边监护仪与中心监护系统当出现某一监护参数超限时，不仅床边监护仪给出报警信号，而且在中央监护控制台也会发出报警，并指示报警的床号和参数。5.2床边监护仪与中心监护系统中心监护站原则上在所有病床的中央地区，稍高出地平面，能直接观察到所有病床的扇形设计为最佳5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）动态心电图是美国人Holter

于l961年发明的。Holter系统由两部分组成：⑴心电磁带记录器，⑵心电磁带回放仪。

Holter系统利用磁带记录器将心电图调制后记录在磁带上，可记录下24小时的心电图，可由专用计算机控制的回放仪进行回放分析和诊断。5.3动态心电与血压的监护

holter仪实际上是一种高性能的心律失常分析仪，可以完成自动诊断，自动显示诊断结果并打印报告。Holter系统能检测出短时间发作的异常心电，是目前特别适用于诊断冠心病的仪器。5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）近几年，又出现一种新型的称为固态记录的Holter系统（智能Holter）它不使用磁带记录，因而没有驱动磁带转动的电机，而是采用超大规模集成电路高容量的静态(或动态)存储器直接存储心电数据。5.3动态心电与血压的监护固态存贮式Holter系统

5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）1、临床意义与适应症2、DCG的优点和缺点优点：可长时间监测；缺点：容易产生各种干扰；导联太少，发病部位记录不十分准确。5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）发展方向：（1）由于必须使用电池供电，所以在硬件电路上要考虑尽可能地省电，以延长电池寿命。低功耗的CMOS微机集成电路的研制成功，为其提供了条件。（2）普通Holter系统只能记录24小时的心电图，而其中绝大部分又是没用的，所以需要研制一种能自动识别不正常心电信号的佩带器，以便较长时间地记录不正常的心电图。（3）将低功耗的微处理器装入磁带记录器中，来自动分析心电信号，只有当发生不正常心电时才启动记录器记录，同时发出声光报警信号。一旦心电恢复正常便自动停止记录。5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）3、心律失常分析方法根据心电波的R—R间期、QRS波宽、幅度大小等特征量进行实时分析，判断并有选择地存储记录。可以诊断室颤、心动过缓、漏博、停博、早博、等10多种心律失常病症。5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）4、计算机分析方法（1）数据处理磁带记录时采用极低的转速记录，而在回放时以高速回放(×60或×120)，以便在很短的时间内分析完24小时的心电图。采样频率=正常采样频率X回放速度倍率5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）4、计算机分析方法（2）QRS波识别采用斜率法，即对滤波输出信号求微分。（3）R-R间期计算采用递推算法。5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）4、计算机分析方法R波高度的补偿

因为A/D采样不一定正好采到R波的峰值上，故需对R波进行高度补偿。设R波上升和下降斜率基本相同，而计算机对R波采样高度为a。见下图(1)采样点正落在R波的峰值上,a-a-1=a-a+1,则VR=a.(2)采样点在R波上升沿,a-a-1≠a-a+1，则VR=a+|a+1-a-1|/2(3)采样点在R波下降沿,a-a-1≠a-a+1，则VR=a+|a+1-a-1|/2(4)采样点在R波下降沿,a-a-1=0,则VR=a+(a-1-a-2)/2(5)采样点在R波上升沿,a-a+1=0，则VR=a+(a+1-a+2)/2

5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）4、计算机分析方法QRS波模板匹配技术

系统软件通过自学习,建立一个正常的QRS波模板.根据数学准则,系统判断以后的实时心电信号是否与模板匹配(各项特征参数大致相等否)。若匹配就说明此QRS波与模板是同一类波形;否则就可以怀疑它是一个异常的QRS波,并将其存入内存作为另一类模板。如此反复,建立一个QRS波模板集。心电数据压缩算法目的:减少数据量,而又不至于使主要信息失真。转折点算法:

它分析采样点的趋势,并在两想邻的点中只存储一个,这样就可以压缩数据一半。基本方法:X0作为参考点,在随后的X1和X2两点之中选择一 点。见下表:5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）5、记录装置硬件技术（1）磁带：价格最低廉，失真较大，容易磨损。（2）动态存储器：无机械磨损，制约容量扩展的关键是功耗。（3）小型硬盘：容量大，数据不会丢失，但承受振动能力差，需解决体积和功耗问题。（4）闪存：体积缩小，存储容量增大，最具有竞争力。5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）5.3动态心电与血压的监护5.3.1动态心电图监护（DCG，Holter心电图）5.3动态心电与血压的监护5.3.2动态血压监护BP-Holter：32小时连续定时间监测。通常采用柯氏音法和振荡法。5.4胎儿监护仪5.4胎儿监护仪主要目的：对围产期胎儿进行监护，以便及时发现胎儿