脈搏氧飽和度傳感器的比較與選擇

金 鑫 龔純貴 鄭 剛*

脈搏氧飽和度傳感器的比較與選擇

金 鑫①②龔純貴①鄭 剛①*

目的：闡述血氧飽和度指數的重要性，分析血氧飽和度指數的檢測方法，為醫院臨床SpO2傳感器的使用與選擇提供科學依據。方法：采用與血氧檢測儀及血氣分析儀對比試驗方法對各類SpO2傳感器進行測試，選擇具有代表性的進口原廠傳感器、國產原廠傳感器、進口副廠傳感器、國產副廠傳感器、一體式傳感器及一次性傳感器等6類傳感器，逐一對其性能進行測試并分析。結果：對6類傳感器測試所得數據進行分析，得出了6類傳感器的主要特點，結合醫院實際情況，推薦6類探頭適用的檢測需求與科室。結論：醫院各臨床科室在選擇最適合的傳感器后能夠充分發揮各類探頭的優勢，快速檢測患者血氧指數，在有效地進行輔助治療的同時，合理配置傳感器，降低使用成本，提高醫院診治水平。

血氧飽和度傳感器；血氧飽和度指數；脈搏血氧飽和度監測儀

[First-author’s address]1.The Modern Minimally Invasive Medical Equipment and Technical Engineering Center of The Ministry of Education, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China; 2.Department of Instrument, Shanghai Eastern Hepatobiliary Surgery Hospital, Shanghai 200438, China.

隨著科技的發展與醫療器械制造水平的提高，各類醫療器械的科技含量越來越高，尤其是用于檢測人體生命體征的醫療設備，正從微創檢測向無創檢測的方向發展。而其中具有代表性的是血氧飽和度指數的檢測，由原來的一次性血液采集微創檢測發展為連續性無創檢測。同時，科技的進步與光電檢測技術的日趨成熟，使血氧檢測的精確度進一步提高。雖然以血氣分析儀為代表的電化學分析法仍是血氧飽和度指數檢測的金標準，但血氧飽和度的連續無創檢測是未來的大勢所趨，光學測量法將會取代電化學分析法，成為血氧飽和度檢測的金標準[2]。

1 血氧飽和度的定義及重要性

1.1 血氧飽和度指數的定義

血氧飽和度指數是以百分比的形式表示，代表人體血液中氧合血紅蛋白在所有血紅蛋白中所占的百分比含量。在理想狀態下，理論上血氧飽和度指數應為100%，但由于受到各種因素的影響，正常人在實際檢測的血氧飽和度指數通常在98%～99%。

1.2 血氧飽和度指數的重要性

在臨床診療科室，通過血氧飽和度指數評估患者肺的氧合功能與血紅蛋白的攜氧能力。當血氧飽和度指數＜90%時，即為低氧血癥。當血氧指數長時間處于較低的水平時，人體處于缺氧狀態，此狀態下人體各臟器會產生不同程度的損傷與衰竭，嚴重危及患者的生命安全與身體健康[3]。血氧飽和度檢測對于外科術中及術后患者尤為重要，而術中及術后患者需24 h連續檢測血氧指數，以保證術中及術后患者的氧合血紅蛋白處于安全的水平。

2 血氧飽和度儀的構成及原理

血氧飽和度儀由SpO2傳感器與測量模塊兩部分組成。

2.1 SpO2傳感器

SpO2傳感器內部主要由2個能夠發射特定波長的發光二極管及1個用于接收光的光敏二極管組成。2個發光二極管分別可發射固定660 nm的紅光及發射固定940 nm的紅外光，且通常并聯于SpO2傳感器同一側，另一側放置用于接收光的光敏二極管[4]。

2.2 血氧測量模塊

血氧測量模塊分為兩類：①置于監護儀內的血氧模塊，與監護儀融為一體，常用于重癥患者的24 h連續生命體征檢測，監護儀除了檢測血氧飽和度指數以外，還可以同時檢測人體的血壓、心電等其他重要生命體征參數，監護儀體積相對較大，適合單個患者使用；②專門作為血氧飽和度檢測的設備，只能檢測血氧飽和度指數，而不能像監護儀那樣進行多參數的檢測，該設備的最大優點是體積小巧，便于攜帶，常用于病房內護士的巡檢等場合[5](如圖1所示)。

圖1 SpO2傳感器結構示意圖

2.3 血氧飽和度儀的工作原理

血氧飽和度儀是由血氧測量模塊驅動傳感器中的2個發光二極管分別發射660 nm的紅光及940 nm的紅外光，可透過被測對象(如手指等)的皮膚、肌內、血管及骨骼等。由于人體的部分組織對光的吸收是恒定的，因此光波只會隨著脈搏的搏動(氧合血紅蛋白數量的變化)而產生變化。當動脈血液通過被測對象(如手指等)時，隨著氧合血紅蛋白數量的上升，紅光吸收率下降，而紅外光的吸收率則升高。此時，光波的這些變化通過光敏二極管的收集，轉化為電信號，經過信號傳輸線傳輸至血氧測量模塊，通過血氧測量模塊的固定換算，即時得出被測對象的血氧飽和度指數[6]。

3 SpO2傳感器的市場情況及常見SpO2傳感器的比較

血氧飽和度儀的工作原理顯示，傳感器的性能好壞直接決定了血氧飽和度儀整體性能的優劣。各廠商品牌的血氧測量模塊的算法及處理程序基本一致，對血氧飽和度儀整體性能的影響較小。但是傳感器屬于高精密的光學檢測設備，制造廠商由于制造工藝與技術的差別，導致各品牌的傳感器在檢測精確度與檢測耗時上均有差異。雖然在計量檢測符合標準的情況下差異較小或不明顯，但是在實際的使用過程中，由于受到被測對象各種客觀因素的影響(如臟污或者濕潤的手指等)，導致不同品牌的SpO2傳感器在檢測精確度與檢測耗時上差異性較大[7]。除此以外，不同品牌的SpO2傳感器在使用壽命上具有一定的差異。

3.1 SpO2傳感器的市場情況

按照血氧測量模塊的不同，SpO2傳感器主要可分為兩大類：①用于連接監護儀的SpO2傳感器，測量模塊作為植入監護儀的一個部分；②用于連接血氧飽和度儀主機的SpO2傳感器，僅作為測量人體血氧指數的單一主機。

(1)監護儀使用的SpO2傳感器市場情況。連接監護儀的傳感器一般為監護儀生產廠商直接生產配置的原廠傳感器，根據臨床應用需求的不同，主要分為可重復使用的傳感器，一次性使用的傳感器等。此類探頭的最大特點是檢測精確度較高，適合24 h連續檢測。但該類傳感器的制造成本及價格較為昂貴，特別是原裝進口的傳感器，其價格往往是國產傳感器的數倍。監護儀使用的傳感器[8]市場上，比較具有代表性的進口品牌主要有荷蘭飛利浦、美國GE及日本光電等品牌。國產品牌主要包括深圳邁瑞、深圳金科威、廣東寶萊特及深圳理邦等品牌[9]。

(2)血氧飽和度儀使用的SpO2傳感器市場情況。連接血氧飽和度儀的傳感器既有原廠生產配置的傳感器，也有第三方生產的兼容傳感器。除監護儀所用傳感器的數種探頭外，為了便于臨床使用，還有主機探頭一體化設計的傳感器。此類探頭根據原廠及第三方生產的不同，檢測精確度差異較大，可進行24 h連續檢測。該類原廠傳感器價格與監護儀用傳感器價格較為接近，第三方生產的兼容傳感器價格便宜，但檢測精確度方面不如原廠探頭。血氧飽和度儀使用的傳感器市場上比較具有代表性的進口品牌主要有美國GE、美國柯惠及美國邁心諾等。國產傳感器主要有深圳邁瑞、深圳美的連及深圳理邦等[10]。

上述兩類傳感器既有共性，又有一定的差異性。共性主要表現在血氧飽和度儀使用的傳感器種類包括了所有監護儀使用的傳感器種類，尤其是在原廠傳感器的制造上，許多生產廠商既生產監護儀，又生產血氧飽和度儀，因此無論是在傳感器的設計理念上或者是在制造工藝上，其共性尤為明顯。差異性主要表現在醫院可根據實際情況，擁有更多不同傳感器的選擇，包括原廠傳感器、副廠傳感器及一體式傳感器等。

3.2 常見SpO2傳感器的比較

(1)試驗用傳感器。根據目前傳感器的市場情況，試驗用傳感器分別采用進口原廠傳感器(A探頭）、國產原廠傳感器(B探頭)、進口副廠傳感器(C探頭)、國產副廠傳感器(D探頭)、一體式傳感器(E探頭)及一次性傳感器(F探頭)。

(2)試驗檢測標準與操作。所有以人體(手指)為檢測對象的標準值均以德國西門子RAPIDPoint500型血氣分析儀檢測結果為準，具體操作方法為：①使檢測對象達到試驗預期的狀態(如壓迫手指，阻礙血液流動等)；②快速連接SpO2傳感器進行測量并使用秒表進行計時；③快速取血并送入血氣分析儀進行測量與分析；④比較SpO2傳感器的測量結果與血氣分析儀的測量結果是否一致。

(3)試驗結果的判定。①當SpO2傳感器的測量結果與血氣分析儀的測量結果有差異時，以血氣分析儀的測量結果為準；②當兩種SpO2傳感器的測量結果與血氣分析儀的測量結果有差異時，以較接近血氣分析儀的測量結果為準；③當一種SpO2傳感器與另一種SpO2傳感器的測量結果一致時，以測量耗時作為第二比較依據；④測量耗時是指從傳感器連接檢測對象開始至顯示的測量結果穩定后結束，所消耗的時間總和。通過以上的操作及試驗結果判定方法，可以甄別不同種類的SpO2傳感器在人體檢測過程中的優劣，從而達到試驗的目的。

(4)所有以檢測儀為檢測對象的標準值均以美國FLUKE Index2型血氧檢測儀設定值為準，具體操作方法：①啟動血氧檢測儀并調整到試驗需要的狀態；②將SpO2傳感器與血氧檢測儀進行連接并對其進行測試；③記錄SpO2傳感器的測量結果與反應時間，并與其它種類的傳感器進行比較。

(5)試驗結果判定的4種情況：①當傳感器的測量結果與血氧檢測儀的設定值有差異時，以血氧檢測儀的設定值為準；②當兩種傳感器的測量結果與血氧檢測儀的設定值有差異時，以較接近血氧檢測儀設定值的結果為準；③當一種傳感器與另一種傳感器的測量結果一致時，以測量耗時作為第二比較依據；④測量耗時是指從傳感器連接檢測對象開始至顯示的測量結果穩定后結束，所消耗的時間總和。通過以上的操作及試驗結果判定方法，可以區分不同種類血氧探頭在專業檢測儀測試下的優劣情況，以此進一步驗證各類血氧探頭之間的差距。

3.3 試驗檢測方法

結合血氧飽和度儀在臨床使用的實際情況，分別對A、B、C、D、E和F共6類傳感器探頭進行正常人體手指檢測和腳趾檢測、檢測儀正常值檢測和非正常值檢測、壓迫手指(血液流動阻礙)檢測和濕潤手指檢測共6種情況的檢測。每種情況的檢測重復5次，以平均值作為每種傳感器的最終檢測結果[11-12]。見表1、表2、表3、表4、表5和表6。

表1 正常人體手指檢測

表2 正常人體腳趾檢測

表3 檢測儀正常值檢測

表4 檢測儀非正常值檢測(由100～70快速下降)

表5 壓迫手指(血液流動阻礙)檢測

表6 濕潤手指檢測

3.4 檢測數據分析

(1)表1的檢測數據顯示，E探頭在檢測時光波發射器與光信號接收器接收不暢。其他傳感器除檢測耗時不同以外，測定值均與標準值一致。

(2)表2的檢測數據顯示，所有以腳趾為檢測對象的傳感器檢測耗時均高于手指，除A、B兩種傳感器探頭外，其他傳感器檢測時光波發射器與光信號接收器接收不暢，臨床在實際使用及操作過程中，應盡可能避免以腳趾為檢測對象。

(3)表3的檢測數據顯示，所有傳感器的光信號接收器接收良好，檢測耗時趨近于正常人體手指檢測耗時。檢測儀正常值檢測是利用血氧檢測儀發出不同強度的模擬光波，傳遞到傳感器的光敏二極管，得到虛擬的血氧指數，血氧指數可按照檢測儀使用者的需要自由調整。檢測儀正常值檢測是設定人體正常血氧指數檢測傳感器的性能。

(4)檢測儀非正常值檢測是設定人體非正常血氧指數檢測傳感器的性能。表4檢測數據顯示，在血氧指數快速下降時，檢測耗時快速增加。在血氧指數處于極低的狀態下，大部分傳感器的檢測精確度降低，與實際標準值出現較大誤差。當人體血氧指數處于極低狀態下，應考慮使用血氣分析儀測量精確值。

(5)表5的檢測數據顯示，壓迫手指或其他測量部位導致血液流動阻礙，可直接影響傳感器的檢測結果。臨床在實際使用及操作過程中，特別是對于需要長時間測量血氧指數的患者，應密切注意測量部位的血流通暢。

(6)表6的檢測數據顯示，濕潤的手指(水或其他液體)對傳感器的檢測耗時與檢測結果具有一定影響。臨床在實際使用及操作過程中應注意測量部位的干燥，以免影響檢測結果。

4 檢測結果比較

(1)原廠傳感器。檢測數據顯示，進口原廠傳感器(A探頭)的檢測速度明顯優于國產原廠傳感器(B探頭)，兩者的檢測精確度較為接近。進口原廠傳感器(A探頭)測量速度快且測量結果精確，但由于價格昂貴而無法在醫院里普及，故推薦手術室、監護室及急診等急救等有特殊需要的科室使用進口原廠傳感器。國產原廠傳感器(B探頭)檢測速度較慢，但檢測結果較為精確，其價格低于進口原廠傳感器。各類外科及其他術后患者較多且需要密切觀察術后患者的科室可考慮選擇國產原廠傳感器[13]。

(2)副廠傳感器(C探頭及D探頭)。副廠傳感器的綜合測試數據略差于原廠傳感器。在人體血氧指數正常的情況下，其檢測耗時略高于原廠傳感器。在人體血氧指數異常的情況下其檢測結果有一定誤差，并在一定范圍內具有小幅的波動。考慮到使用成本等因素，推薦在普通科室作為日常巡檢使用[14]。

(3)一體式傳感器(E探頭)。在人體血氧指數正常的情況下，其檢測耗時較快且對于快速變化的血氧指數靈敏度較高。但一體式傳感器的精確度較差且檢測結果的波動較大，往往只能測定血氧指數的大致范圍；其優點是體積小巧，便于攜帶，推薦急診或機動科室醫護人員隨身攜帶，用于應急或突發情況

(4)一次性傳感器(F探頭)。其檢測耗時介于進口原廠傳感器與國產原廠傳感器之間。在人體血氧指數正常的情況下較為穩定。但在人體血氧指數非正常情況下，其檢測結果誤差較大，且在一定范圍內具有小幅波動。由于一次性傳感器專屬性的優點，推薦在高干病房或特需病房供VIP患者使用[15]。

5 結語

目前，不同種類及不同檔次的SpO2傳感器均有其適用范圍。通過對進口及國產等各類不同SpO2傳感器進行測試，并對其實際測試結果進行比較，為醫院提供最合理的配置與選擇方案。各醫院可根據實際情況選擇相應的傳感器，以滿足不同檢測的使用需求。隨著醫療器械制造水平的提高及制造成本的下降，傳感器的檢測精確度及檢測速度將會進一步提升，而不同種類、不同檔次之間的SpO2傳感器差異性將會越來越小，未來SpO2傳感器將朝著高精度低成本的方向發展[16]。

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The comparison and selection for saturated pulse oximetry sensor/

JIN Xin, GONG Chun- gui, ZHENG Gang//China Medical Equipment,2017,14(2):27-31.

Objective:To expound the importance of blood oxygen saturation index, and to analyze the detection method of oxygen saturation index. Besides, to provide scientific and reasonable basis for use and selection of clinical saturated pulse oximetry(SpO2) sensor.Methods:To adopt pertinence detection method to test six kinds of SpO2sensors (included the original import, original domestic, import commission processing, domestic commission processing, integrated mode sensor and one-time sensor), and to detect and analyze their specifications.Results:The experiment results of six kinds of SpO2sensor were analyzed, and their main characteristics were obtained. And then, different sensor was recommended to different department or situation according to the actual situation of different hospital.Conclusion:Various clinical department and requirement can give full play to the advantages of various types of sensor, fast detect blood oxygen index for patients, reasonably allocate SpO2sensor, reduce using cost and improve diagnosis level, at the same time, effectively carry through adjuvant therapy after they select the most suitable SpO2sensor.

SpO2sensor; Oxygen saturation index; Pulse oximeter

1672-8270(2017)02-0027-05

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.008

2016-10-20

①上海理工大學現代微創醫療器械及技術教育部工程中心 上海 200093

②上海東方肝膽外科醫院儀器科 上海 200438

*通訊作者：gangzheng@usst.edu.cn

金鑫,男,(1983- ),碩士研究生，助理工程師。上海理工大學現代微創醫療器械及技術教育部工程中心、上海東方肝膽外科醫院儀器科，從事儀器設備的采購，管理以及醫療設備檔案的建立與維護工作。