多參數病人監護儀有效性驗證方法研究（下）

郭世富 孫京昇 薛玲 謝晉湘 楊虎 胡廣書

血氧有效性驗證方法和驗證體系

無創脈搏氧飽和度測量功能是監護儀最基本的監測參數之一，是反映監護儀性能特征的關鍵參數。目前大多數監護儀所采用的血氧測量方法都是基于660/940nm雙波長光譜吸收的脈搏波信號特征識別和強度分析，雖然這個方法存在某些局限性，如抗運動干擾的特性弱，但因其使用方便、計算方法簡單、測量結果客觀、重復性好、實時性強等優點，已在臨床上廣泛應用。

無創脈搏波的氧飽和度測量是基于脈動血對脈沖式660、940納米紅外、紅光譜的吸收。光電感應傳感器接收到紅光、紅外透過手指后，光信號傳遞給光電流信號放大器，并經后續電壓放大、濾波等處理，再由CPU控制經過增益、直流偏置、驅動等的自適應反饋調節控制的信號放大電路與光源驅動電路以及濾波、AD等處理后，得到紅外和紅光的交、直流數字信號，并通過特定的軟件算法恢復上述的紅光、紅外光的脈搏波（包含脈動分量和直流分量），再通過相應的一些變換和查表等就可以得到相應的血氧飽和度值，而脈率值是通過上述脈搏波形的波峰間距和算術平均得到的。

國際上對血氧模塊在臨床應用中的有效性評價標準是ISO9919，評估血氧測量設備在臨床應用中的安全性和有效性，參照ISO9919標準推薦的檢驗方法制定臨床試驗方案，再通過臨床試驗得出結論。

有創和無創測量對比試驗方案都可以用來評估被評估設備通過光譜特性測量的動脈血氧飽和度（以下以英文縮寫SpO2表示）的精度，任何一種類型的試驗方案都可以在實驗室條件或血氧飽和度測量設備預期使用環境中進行。有創測量對比試驗方案指被評估設備的測量值SpO2與血氣分析儀（CO-oximeter）的測量值動脈血氧飽和度（SaO2）進行比較。無創測量對比試驗方案指被評估設備的測量值SpO2與二級標準血氧飽和度測量設備的測量值SpO2進行比較。值得注意的是，二級標準血氧飽和度測量設備的精度可直接追溯至COoximeter（金標準），即二級標準血氧飽和度測量設備的精度是通過臨床試驗驗證，并且直接與CO-oximeter（金標準）進行對比的；二級標準血氧飽和度測量設備可用來進行標準傳遞。但必須提供有效證據證明二級標準血氧飽和度測量設備（如臨床試驗報告）。

健康志愿者有創血氣分析對比臨床試驗步驟:（1）血氣分析儀在使用之前需要經過校準，保證其測量精度（SaO2精度不低于1%）。

（2）必須按照制造商建議的使用方法及輔助材料；動脈插管以及動脈血取樣工具；被評估設備的SpO2測量設備應符合產品注冊標準。

（3）經過測試的氣路正常的可產生不同氧分壓的氣體混合的儀器，實現O2與N2的混和輸出，同時在混和輸出口處設置一個三通連接氣體監護儀，用于測量輸出氣體中的O2濃度，但須注意必要時在患者吸入氣體中加入二氧化碳氣體，以防止受試者在低氧狀態下出現呼吸性堿中毒，導致臨床試驗失敗。

（4）可通過自動記錄或手動記錄的方式來記錄被評估設備測量的SpO2值。

（5）應獲得受試者的完整病史，健康受試者應做正常體檢，且女性受試者還應進行妊娠測試。

（6）受試者應簽署知情同意書，同意參與試驗。

（7）使用無創ECG監護設備和氣體監測設備對受試者生理參數進行監測。

（8）研究者（臨床試驗的負責人）應為具有相關專業高級職稱的執業醫師。

（9）操作者用套管針穿刺動脈，放置動脈導管。試驗中將使用動脈血氣針從動脈采集動脈血。受試者使用鼻夾夾住鼻部，咬住口塞，使用口部進行呼吸，吸入氣體為經過混和的高純氧與高純氮的混和氣體；在進行下一位受試者測試之前需將前次使用的換氣活瓣放入干燥皿中進行干燥，防止過多的水汽影響換氣活瓣性能。

（10）將受測和各被評估設備的探頭分別連接到受試者同一手的相鄰手指，以隔光指套隔離相鄰的探頭，以避免“光污染”；抗運動測試則需要增加被評估設備脈搏血氧儀的三個探頭分別連接到受試者另一只手的相鄰手指，以隔光指套隔離相鄰的探頭，以避免“光污染”，把它們作為運動試驗的調查組。

（11）建議環境溫度為18～28℃，如受試者手指末端的末梢循環不良時，可使用加熱器或其他方法來改善受試者手指末端的末梢循環。

臨床試驗方案可任選其一。具體如下：

方案一：（1）在吸入大于21%常規氧濃度混合氣體后，受試對象的SpO2為97%～100%（被評估設備讀數）并處在穩定狀態30s后，每間隔20s，通過動脈采集2ml血樣，共采樣5次，做血氣分析得到SaO2基礎值，可同時記錄被評估設備和參比設備的血氧飽和度值，并記錄必要的生理參數指標。

（2）降低受試者的吸入氧氣濃度（FiO2）使得SpO2為92%～96%（被評估設備讀數），待達到再穩定30s后，每間隔20s，通過動脈采集2ml血樣，共采樣5次，做血氣分析得到SaO2，可同時記錄被評估設備和參比設備的血氧飽和度值，并記錄必要的生理參數指標。

（3）降低受試者的吸入氧氣濃度（FiO2）使得SpO2為85%～92%（被評估設備讀數），待達到再穩定30s后，每間隔20s，通過動脈采集2ml血樣，共采樣5次，做血氣分析得到SaO2，可同時記錄被評估設備和參比設備的血氧飽和度值，并記錄必要的生理參數指標。

（4）降低受試者的吸入氧氣濃度（FiO2）使得SpO2為78%～84%（被評估設備讀數），待達到再穩定30s后，每間隔20s，通過動脈采集2ml血樣，共采樣5次，做血氣分析得到SaO2，可同時記錄被評估設備和參比設備的血氧飽和度值，并記錄必要的生理參數指標。

（5）降低受試者的吸入氧氣濃度（FiO2）使得SpO2到70%～77%（被評估設備讀數），待達到再穩定30s后，每間隔20s，通過動脈采集2ml血樣，共采樣5次，做血氣分析得到SaO2，可同時記錄被評估設備和參比設備的血氧飽和度值，并記錄必要的生理參數指標。

（6）在吸入大于21%常規氧濃度混合氣體后，受試對象的SpO2恢復到基礎值。

（7）去除動脈通路和脈搏血氧探頭，在醫護人員檢查認為受試者可以安全離開后方可讓受試者離開。特別要注意，在試驗進行中，當受試者感到不適，將立刻給予100%純氧并停止試驗。

方案二：（1）在吸入大于21%常規氧濃度混合氣體后，受試對象的SpO2大于95%（被評估設備讀數）并處在穩定狀態30s后，每間隔20s，通過動脈采集2ml血樣，共采樣5次，做血氣分析得到SaO2基礎值，同時記錄被評估設備和參比設備的血氧飽和度值，并記錄必要的生理參數指標；（數值改為范圍）。

附圖 采樣時間

（2）降低受試者的吸入氧氣濃度（FiO2）使得SpO2接近90%（被評估設備讀數），待達到90%后穩定30s，每間隔20s，通過動脈采集2ml血樣，共采樣5次，做血氣分析得到SaO2，同時記錄被評估設備和參比設備的血氧飽和度值，并記錄必要的生理參數指標；采集血樣后，增加受試者吸入氧氣濃度（FiO2）使得脈搏血氧飽和度回復到基礎值。

（3）重復本方法步驟（2），但降低SpO2接近80%。

（4）受試對象的SpO2回復到基礎值，通過動脈間隔30s采集2ml血樣，記錄被評估設備和參比設備的動脈血氧飽和度值及必要的生理參數指標。

（5）重復本方法步驟（2），但降低SpO2接近70%。

（6）受試對象的SpO2回復到基礎值，通過動脈間隔30s采集2ml血樣。

（7）去掉動脈通路和脈搏血氧探頭，在醫護人員檢查認為受試者可以安全離開后方可讓受試者離開。注意在試驗進行中，當受試者感到不適，將立刻給予100%純氧并停止試驗。

血氣分析試驗的主要目的是驗證被評估設備的SpO2測量結果和利用一氧化碳－血氧分析法（CO－Oxymetry）測量SaO2結果的一致性。步驟為：使用動脈血氣采樣針從動脈導管中取得動脈血樣；將針管中的抗凝劑與血液充分混和，防止血液凝結，將采樣針保存至低溫環境（冰盒）中；樣本應在半小時內進行血氣分析。

無創對比臨床試驗步驟。無創對比臨床試驗是被評估設備的SpO2讀數與第二標準血氧測量設備測量（以下簡稱標準比對設備）的SpO2讀數進行比較，使用此臨床試驗方法必須為健康受試者。標準比對設備的精度可直接追溯至血氣分析儀CO-oximeter（金標準），標準比對設備可用來進行標準傳遞。實驗室條件下，健康受試者無創對比試驗步驟可遵循“實驗室條件下健康受試者有創血氣分析對比臨床試驗步驟”，但需注意以下幾點：

附表 血氧飽和度采樣測量范圍及采樣點 數量

（1） 標準值為標準比對設備測量所得的SpO2取代了由CO-oximeter（金標準）測得的SaO2。

（2） 此臨床試驗方法不需要進行動脈血取樣。

（3） 標準比對設備的精度可直接追溯至CO-oximeter（金標準）。

（4） 按照此臨床試驗方法所采集的樣本數量必須滿足統計學要求來驗證SpO2的精度。

（5） 此臨床試驗中步驟（3）、（4）必須在臨床試驗報告中詳細描述。

（6） 準確度（Arms）是相對于金標準而言，體現被評估設備與比對設備之間的差異。

結論

正常狀況下，測得的血氧飽和度與動脈血氣分析結果的平均差在±2%，標準差在2%為可接受范圍。本文在廣泛調研的基礎上制定了多參數監護儀中血壓和血氧的有效性評價方法和評價體系，可作為上市前產品安全有效的評價依據。