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浅析多参数监护仪的各模块工作原理

[日期:2018-01-03]   来源:河北省临床医学工程学会  阅读: 0[收藏本站]
浅析多参数监护仪的各模块工作原理
杜鹏宇
(石家庄市第一医院  医疗设备处,河北石家庄  050011)
摘要:随着医疗水平的不断提高,医护人员对病人各种生理参数信息的实时监测越来越重视,而多参数监护仪是目前临床上用于实时监测重症或手术患者的各种生理参数的主要设备。本文主要介绍多参数监护仪的各模块参数的算法及工作原理。
关键词:多参数监护仪 模块 参数 算法 原理
多参数监护仪能够对病患的各种生理参数进行实时监测,有效的为临床诊断提供依据。而目前市面上监护仪的常用监护参数主要分为:心电、呼吸、无创血压、脉搏氧饱和度;不常用的扩展监护参数为:心排量、有创压、二氧化碳、麻醉气体下面主要针对常用的参数进行分析。
一  心电/呼吸模块(ECG/RESP)
(1)心电模块多参数监护仪最基本的模块之一,也是评价一台监护仪性能的最重要的指标,心电监测特性取决于硬件电路设计和系统软件的信号分析算法,关键特性主要体现在抗工频干扰、基线漂移、心电波形的失真和心电特征参数的计算与分析
心电模块的工作原理:由导联电极采集心电信号,信号通过导联线传输到监护仪的保护电路及静电滤波电路进行除噪,再将信号输入到放大电路进行信号放大,然后经过导联选择开关,以迈锐监护仪为例,一般分为三导和五导,供不同科室的不同要求进行选择。接着信号进入具有高阻抗性的差动信号放大器,提高信号的抗干扰性。接着就是高低通滤波电路,高低通滤波能选择提供“监护”、“诊断”和“手术”三种模式,按不同要求进行滤波,其中“诊断”模式滤波效果最不明显,也就是所谓的最为敏感,使用这个模式病人在接受监测时最好不要做活动,否则干扰会很大,因此平时在病房中的病人为了更好的减少信号干扰,一般选择“监护”模式,而“手术”模式则最不敏感,只是能确认病人心电大致的波形和心跳,一些细微的心电信号变化都会被滤掉,不适合诊断病情,而在手术时,对病人的心电信号干扰最大,因此只适合在手术中使用来确认病人的基本体征。经过选择后的心电信号再输入到主信号放大电路, 信号的进一步放大显示在显示系统并传输到打印系统,最后经过A/D转换,把数字信号传给 CPU,经过处理之后将不同的反馈信号传输到前面各路电路中进行再处理,来保证最终显示的心电信号的稳定性【1】除此之外,机器还设有多路混合开关电路,它相当于机器的“检察官”,它通过分析差动放大器输出信号的平均直流电平确定导联是否脱落,因此平时在使用监护仪中显示“某某导联脱落”就是它在起作用,这样就极大地方便了护士和工程师对使用中不出波形情况的处理。
(2)呼吸模块 之所以将呼吸模块和心电模块放到一起,是因为呼吸模块的测量结果是根据心电导联线采集的信号来进行计算的,而计算方法一般为阻抗法,即针对人体呼吸引起的胸部起伏所产生的阻抗变化来得到呼吸信号。而这个阻抗变化通常很小,只有零点几欧姆到几欧姆之间,所产生呼吸电信号的幅度只有μV级,因此需要数万倍的信号放大。
呼吸模块的工作原理:首先由呼吸电路发出十到一百kHz的高频载正弦波信号,以恒流源(一般为0.5mA~5mA)的形式通过心电电极加载到人体的胸部,因人体呼吸所引起的胸部阻抗变化来调制这个高频载波信号,并再次通过上述的心电电极传送给呼吸信号处理,即通过高频信号放大、呼吸信号检波、滤波、放大等处理电路来进一步从这个高频载波信号恢复得到呼吸信号【2】因此如果平时在观察病人的呼吸波形时,如有异常,首先检查的便是胸导联是否连接正常,其次便是病人胸部的皮肤情况。
二  血氧饱和度模块(SPO2
血氧饱和度也是监护仪最基本的参数之一。血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比,即血液中血氧的浓度,它是呼吸循环的重要生理参数。而监护仪对于SPO2的测量基于脉动血对脉冲式660nm红光、940nm红外的吸收。光电感应传感器接收到660nm红光、940nm红外透过手指后光信号传递给光电流信号放大器,并经后续电压放大、滤波等处理,再在CPU控制下经过增益、直流偏置、驱动等自适应反馈调节控制的信号放大电路与光源驱动电路以及滤波、AD等处理后得到红外和红光的交、直流数字信号,并通过特定的软件算法恢复上述的红光、红外光的脉搏波(包含脉动分量和直流分量),再通过相应的一些变换和查表等就可以得到相应的血氧饱和度值,这里要提出的是,不同的厂家生产的血氧模块的有着不同的转换表如Nellcor、BCI、HP、Datex和Masimo等。因此,在我们平时用的血氧电缆,有时虽然接口可以插入,但算出的值并不准确,所以不同的厂家之间血氧电缆等配件尽量不要混用。而脉率值是通过上述脉搏波形的波峰间距和算术平均得到的。
三  无创血压模块(NIBP)
无创血压的测量方法与平时常用的水银血压计的柯式音法有很大的不同。现在的监护NIBP模块一般使用振荡法,即利用捆绑在手臂上袖带,通过充气泵向袖带充气以阻断血管中脉动的传播,再以线性(3~5mmHg/s)或阶梯放气(6~15mmHg/阶梯)形式逐步对袖带放气,并借助于连通于气路的桥路压力传感器和相应的放大、滤波电路、A/D、CPU控制等将通过袖带传递到气路中的脉动信号和压力信号转换成数字信号,进一步对这个脉搏波、袖带压进行适当的数据处理,得到包含脉搏波变换趋势的系列脉搏波和对应的袖带压力,利用最大脉搏处的袖带压将对应于受试者的平均压和一些比例系数算法计算出所需要的收缩压、舒张压、平均压以及脉率等结果
综上所述,医护人员和医学工程师可以根据多参数监护仪的各个模块的基本工作原理,将监护仪的日常使用保养和简单的问题故障排除进行的更加有针对性,让监护仪更好的为病患服务。
 
【参考文献】
[1]姚劲松,等。床旁监护仪主要参数的原理与电气分析[J].医疗装备 2010.11
[2]戚建新,等。阻抗法检测呼吸信号的电路设计[J].医疗卫生装备1998.03
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