多參數監護儀測量原理及計量性能

林 芳

（福建省計量科學研究院 醫學室，福建 福州 350003）

多參數監護儀是一種能長時間、連續測量和控制病人生理參數，并且具有存儲、顯示、分析和控制功能，并對超出設定范圍的參數發出報警的裝置或系統。多參數監護儀的應用目的是在臨床中，為醫護提供被監護病人的生命體征信息，協助醫護人員進行診斷和治療。

1 基本結構

多參數監護儀主要由四個部分組成：信號采集；信號的模擬處理；信號的數字處理；信號的顯示、記錄和報警部分；通過電極和傳感器拾取人體心電、血壓、呼吸、血氧飽和度等生理參數信號。通過模擬電路對采集的信號加以放大，同時減少噪聲和干擾信號以提高信噪比，對其中有用的信號進行采樣、調制、解調、阻抗匹配等處理。由模數轉換器把人體生理參數的模擬信號轉化為數字信號，送入數字處理部分，這部分是監護系統中很關鍵的部分，由模數轉換器、微處理機、存儲器等組成，對信號進行運算、分析、及診斷。信號的顯示、記錄和報警部分是監視器與人交流信息部分，屏幕顯示各種被監視參數隨時間變化的曲線，供醫生分析，而記錄儀則將監視參數記錄下來作為檔案保存，當被測參數超過某一標準值就通過報警發出警報，提示醫務人員及時進行搶救。

2 測量原理

多參數監護儀所監護的信號通常為心電（ECG）、無創血壓（NIBP）和有創血壓（IBP）、血氧飽和度（SPO2）、吸呼（RESP）及呼氣末二氧化碳分壓（PETCO2）、體溫（Temp）、心輸出量（CO）等。 根據臨床需要，不同的監護儀有不同的側重，并作不同的配置。

2.1 心電監護

心電是最常用的監護項目，心肌中的"可興奮細胞"的電化學活動會使心肌發生電激動。使心臟發生機械性收縮。心臟這種激動過程所產生的閉合、動作電流，在人體容積導體內流動，并傳播到全身各個部位，從而使人體不同表面部位產生了電流差變化。心電圖(ECG)就是把體表變動著的電位差實時記錄下來，多參數監護儀一般都能監護3個或6個導聯，能同時顯示其中的一個或兩個導聯的波形并通過波形分析提取出心率參數，功能強大的監護儀可以監護12導聯，通過監測，可發現心臟節律異常、各種心律紊亂，如房性室性早搏、心肌供血情況、電解質紊亂等。

2.2 無創血壓監護

血壓是指血液對血管壁的壓力。在心臟的每一次收縮與舒張的過程中，血流對血管壁的壓力也隨之變化，臨床上通常以人體上臂與心臟同高度處的動脈血管內對應心臟收縮期和舒張期的壓力值來表征人體的血壓，分別稱為收縮壓(或高壓)和舒張壓(或低壓)。血壓測量方法有直接測量法和間接測量法，間接測量法是一種非創傷性血壓測量，常稱為無創壓。測量方法有聽診法、振蕩法（也稱示波法）、超聲多普勒法，它可以測得收縮壓、舒張壓和平均壓。多參數監護儀采用振動法測量無創血壓，監護儀自動對袖帶充氣到一定壓力（一般為180 mmHg～230 mmHg）時，完全壓迫動脈血管并阻斷動脈血流，開始放氣后，隨著袖帶壓力逐漸減少，動脈血流流動對動脈血管壁的搏動將在袖帶內的氣體中產生振蕩波，通過測量、記錄和分析放氣過程中袖帶的壓力振動波可獲得被測部位的收縮壓、舒張壓和平均壓。

2.3 血氧飽和度(SPO2)監護

氧是生命活動中不可缺少的物質。血液中的有效氧分子是通過與血紅蛋白(Hb)結合后形成氧合血紅蛋白(HbO2)而被輸送到全身各組織中。用來表征血液中氧合血紅蛋白比例的參數稱為氧飽和度。脈搏血氧是根據郎伯比爾定律（Lambert-Beer Law），采用光電技術進行血氧飽和度的測量。根據血液中血紅蛋白（Hb）和氧合血紅蛋白（HbO2）對光的吸收特性不同，通過采用兩種不同波長的紅光(660nm)和紅外光(940nm)分別透過組織后，再由光電接收器轉換成電信號，同時還利用了組織中的其它成分，如皮膚、骨胳、肌肉、靜脈血等的吸收信號是恒定的，而只有動脈中的HbO2和Hb的吸收信號是隨著脈搏作周期性變化這一特點，對接收信號加以處理而得到的。

2.4 呼吸監護

呼吸監護是監護病人的呼吸頻率，呼吸率即單位時間內呼吸次數。一般有三種測量方法：阻抗法、直接測量呼吸氣流法（熱敏式呼吸測量）和氣道壓力法。多參數監護儀中的呼吸測量大多是采用胸阻抗法，人體在呼吸過程中，胸廓肌肉交變弛張，胸廓也交替變形，肌體組織的電阻抗也交替變換，人體在呼吸過程中胸廓的運動會造成人體體電阻的變化，變化量為0.1Ω～3Ω，稱為呼吸阻抗。監護儀一般是通過ECG導聯的兩個電極，用10～100kHz的載頻正弦恒流向人體注入0.5～5mA的安全電流，從而在相同的電極上拾取呼吸阻抗變化的信號。這種呼吸阻抗的變化圖就描述了呼吸的動態波形，并可提取出呼吸率參數。

2.5 體溫監護

監護儀中的體溫測量一般都采用負溫度系數的熱敏電阻作為溫度傳感器。一般監護儀提供一道體溫，功能高檔的儀器可提供雙道體溫。體溫探頭的類型也分為體表探頭和體腔探頭，分別用來監護體表和腔內體溫。測量時，操作人員可以根據需要將體溫探頭安放于病人身體的任何部位，由于人體不同部位具有不同的溫度，此時監護儀所測的溫度值，就是病人身體上所放探頭部位的溫度值，該溫度可能與口腔或腋下的溫度值不同。

2.6 有創血壓(IBP)監護

在一些重癥手術時，對血壓實時變化的監測具有很重要的臨床價值，這時就需要采用有創血壓監測技術來實現。其原理是：先將導管通過穿刺，植入被測部位的血管內，導管的體外端口直接與壓力傳感器連接，在導管內注入生理鹽水。由于流體具有壓力傳遞作用，血管內壓力將通過導管內的液體被傳遞到外部的壓力傳感器上。從而可獲得血管內壓力變化的動態波形，通過特定的計算方法，可獲得收縮壓、舒張壓和平均壓。

3 計量性能要求

多參數監護儀的常用監護參數主要有:心電、呼吸、體溫、無創血壓、脈搏血氧飽和度、有創壓;擴展的監護參數有：心排量、二氧化碳、麻醉氣體、氧氣。依據JJG（閩）1038-2011《多參數監護儀》檢定規程，就一般醫院應用較多的心電、呼吸、無創血壓、脈搏血氧飽和度的計量性能介紹如下：

3.1 心電監護

1）電壓測量最大允許誤差±10%。2）極化電壓引起的電壓測量偏差不超過±5%。3）噪聲電平應不大于30μV（峰峰值)。4）掃描速度最大允許誤差±10%。5）輸入回路電流應不大于0.1μA。6）幅頻特性以10Hz正弦波為參考值，在（1～25）Hz內，幅度的最大允許偏差+5%至-30%。對具有診斷功能的監護儀，在（1～60）Hz內，幅度的最大允許偏差+5%至-10%。7)共模抑制比應不大于 89DB。8）心率在（30～200）次/分范圍內，最大允許誤差±（顯示值的5%+1個字），心率報警發生時間應不大于12s。心率報警預置下限為30次/分，上限為180次/分，最大允許誤差±（顯示值的10%+1個字）。

3.2 無創血壓監護

1）靜態壓力測量范圍（0～260）mmHg，首次檢定示值最大允許±3 mmHg，后續檢定和使用中檢驗示值最大允許±4 mmHg，示值重復性不大于5mmHg.

3.3 血氧飽和度(SpO2)監護

血氧飽和度在（70～100）范圍內，示值最大允許±3%，重復性不大于 2%。 脈搏在（30～300）次/分范圍內，示值最大允許±2次/分。

3.4 呼吸監護

呼吸頻率在（0～80）次/分范圍內，示值最大允許±3次/分。

4 結束語

國家計量檢定規程對多參數監護儀心電和無創血壓參數分別制訂了檢定規程。部份省級計量檢定機構也對常用監護參數心電、呼吸、無創血壓、脈搏血氧飽和度制訂了地方檢定規程。目前有創壓、心排量、二氧化碳、麻醉氣體等參數還沒有檢測標準，建議有關部門盡快建立標準，完善測量設備，制訂檢定規程，準確地對多參數監護儀的各監護參數的性能進行檢定。確保臨床使用的有效性和安全性。對減少臨床風險具有重要的意義。

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