生理信息监护仪的应用

        一、多生理参数床边监护仪 多生理参数床边监护仪是一种用来对危重患者的众多生理（或生 化）参数进行连续、长时间、自动、实时监测，并经分析处理后实现多类别的自动报警、自动记录的监护装置。其目的不单单是为了减轻医务人员的劳动强度，提高护理的工作效率，更重要的是可用 来随时了解患者的病情，在出现危急情况下可及时报警和处理，提高护理质量，大幅度降低危重患者的死亡率。

 

        图3-2为多生理参数床边监护仪。

        1．多生理参数床边监护仪的组成 多生理参数监护仪虽然形式多样，功能不一，但其 基本组成部分相同，通常由信号采集、信号处理和信号显示与输出三大部分组成，见图3 -3。

图3-3 多生理参数监护仪结构框图

        信号采集部分包括各类传感器和电极。根据各种生命指征，诸如生物电(ECG、EEG、 EMG、EDG、EGG等)和各类非生物电量（血压、血氧饱和度、脉搏、体温、呼吸、心排出量、血气等）的特征，合理地选用电极与传感器自人体提取各类生理和生化信息，往往起到关键作 用，针对各类传感器需要配用相关的检测电路（电桥、振荡电路等）。 信导处理部分一般包括信号的模拟处理（放大、滤波、校正、变换、匹配、抗干扰等）和数字信号处理（计算、滤波、变换、分析、识别、分类等）两部分，前者往往采用硬件（电子电路）来 完成，后者采用计算机软件来实现。信号的显示、记录与报警部分是仪器的输出装置，是监 护仪与使用者进行信息交换的部分，其中显示大部分采用CRT显示或液晶屏显示各类波 形、文字、数字和统计曲线，并可提供图形或色光报警信息，用扬声器可提供声报警，各类记 录仪可将被监护参数及趋势图进行记录、拷贝，作为记录存档或进一步由医生分析判 别。图3-4给出了典型多生理参数监护仪的两种CRT显示界面，显示了ECG波形、心率 (HR)、心排出量(CO)、有创血压(AP、PA)、无创血压(NP)、氧饱和度(S02)以及体温T等 多种生理参数的指示值和患者的其他相关信息。

图3-4 多生理参数床边监护仪的CRT显示界面

        2．多生理参数监护仪中各类生理参数的检测 多生理参数监护仪往往需监护两类以 上的生理和生化参数，常被监测的生理参数有： (1)ECG:心电图(ECG)是多参数监护仪基本的监护内容，心电监护往往采用Ⅱ导联，亦有采用I、Ⅱ、Ⅲ标准导联或全12导联监护，视需要而定。在CRT屏幕上除给出心电渡形外，应同时给出心率(HR)，并具有心律失常自动分析的功能。 (2)有创血压：利用心导管插入术和采用血压传感器，可直接高精度测量与监护动脉血压 奸）、中心静脉压( CVP)、右心房压(RA)、右心室压(RV)、肺动脉压(PA)和肺动脉楔压PAWP）等血压值。在危重患者或开胸手术患者的监护中，采用心导管有创监测左、右心腔的 玉力波形和压力值，是判别患者心血管功能状态的主要信息来源。一般多生理参数床边监护仪中设有2～3个直接（有创）血压检测通道，检测血压波，算出收缩压Ps、舒张压PD和平均值 P、，，并显示在荧光屏上，有创血压检测系统应具备自动校零功能、灵敏度校正功能、负载（传感器）感知功能等，还应具右良好的测压响应，并可选择不同的量程，以提高测压的精度。 有多种方法可进行血压的有创（直接）测量。图3-5a、b分别给出了采用导管末端（在体外）放置的血压传感器以及在导管顶部的血压传感器的示意图。

        (3)无创血压：有多种方法可实现血压的无创测量，在多生理参数监护仪中通常采用柯 氏音法和测振法两类。柯氏音法是检测袖带下的柯氏音（脉搏声）来测定血压的，柯氏音无 创血压监护系统包括袖带充气系统、袖带、柯氏音传感器、音频放大及自动增益调整电路、 -\/D转换器、微处理器及显示部分等。与柯氏音法不同，测振法是检测气袖内气体的振荡 波，振荡波源于血管壁的搏动，测量振荡波的相关点就可测定血压值（Ps、PD和PM）。测振 法获得脉搏振动波的方法可借助微音器和压力传感器。

        图3-5两种血压传感器示意图

        (4)血氧饱和度：血氧饱和度是衡量人体血液携带氧的能力的重要参数。血氧饱和度
的测量目前广泛应用透射法（或反射法）双波长（红光R; 660nm和红外光IR：920nm）光电 检测技术，检测红光和红外光通过动脉血的光吸收引起的交变成分之比IIR/IR和非脉动组 织（表皮、肌肉、静脉血等）引起光吸收的稳定分量（直流）值，通过计算可得到血氧饱和度值 SP 02。由于光电信号的脉动规律与心脏搏动的规律一致，所以根据检出信号的周期可同时 确定脉率，因而亦称该方法为脉搏血氧饱和度测量。

        (5)呼吸波与呼吸率：呼吸测量是肺功能检查的重要部分。在监护仪中，通常测量呼吸波并测定呼吸频率（次／分）。呼吸频率的测量可通过热敏电阻（传感器）直接测量呼吸气流 的温度变化，经过电桥电路将这一变化变换成电压信号，也可采用阻抗法来测量呼吸频率， 因为呼吸运动时，胸壁肌肉交变张弛，胸廓交替变形，机体组织的电阻抗也随之交替变化。 
        (6)体温：体温是了解生命状态的重要指标。监护仪中，体温的测量常采用负温度系数 的热敏电阻作为温度传感器，采用电桥作为检测电路。现在已有集成化测温电路可供选用。 的监护仪可提供两道以上的测温电路，以测量两个不同部位的温差AT=Tz -Ti。体温探头（传感器）可采用体表探头和体腔探头，分别用来监护体表和腔内温度。在一些特殊 场合，为了避免交叉传染，亦可以采用红外非接触测温技术。监护仪中，测温精度应在)．1℃，应有较快的测温响应。

        (7)心排出量：心排出量是指心脏在单位时间内排出的血量(L/min)。它是衡量心功 能的重要指标。在监护仪中，心排出量的测量常采用漂浮导管和热稀释法，图3-6给出了一个采用热稀释法的四腔心导管示意图。该导管全长llOcm，每lOcm有一刻度，测心排出量(CO)距顶部4cm处加热敏电阻探头，距顶部30cm处，有一腔开口，可作右心房压力(RA)监测。图中同时给出了导管末端气囊的详图。

图3-6热稀释系统的四腔心导管

        将冷液（生理盐水或葡萄糖液）注入漂浮导管中，当冷液与血流混合后将会发生温度变 化，温度变化由导管前端的热敏电阻检出，并通过计箅获得心排出量，这种方法可高精度反复测量不同时间的心排出量，其测量间隙短可达2分钟。

        3．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℃，脉率范围35～250次／分，SP 02范围0～，无创血压范围，Ps：60～250mmHg，PD和PM：45～235mmHg。

        (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：仪器在无输人情况下，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)分辨力：是指仪器所能检测出的输入信号小变化的能力，例如测温的分辨力为0.1℃，测距的分辨力为Imm等。

        (6)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，前者称幅度一频率响应，后者称相位一频率响应。 除上述各项主要技术指标外，仪器外形、体积和重量，仪器的安全性指标以及仪器的正 确使用，也应在说明书中标注。

        4．临床应用多生理参数监护仪在临床中的应用除测量和监视患者的生理和生化参数及其变化外，还包括监视和处理用药和手术前后的状态。在临床上监护的对象包括呼吸功能不全或衰退，如各类肺炎；循环急性症；肝衰竭；代谢危象和糖尿病酮症酸中毒；体液和电解质失调；严重烧伤；肾衰竭；高压氧；器官同种移植；对溺水者的血液成分相血浆电解质做连续的观察；有胎儿问题的患者；危重的儿科疾病；威胁新生儿生命的先天缺陷；神经疾病 等。常用在手术中和手术后的监护病房(SICU)；冠心病监护病房(CCU)；危重患者监护病房；儿科和新生儿监护病房；肾透析病房；高压氧舱监护病房；放射治疗机的患者监护室；外伤护理病房和精神病学病房等，在不同科室除可应用通用的多生理参数监护仪外，有时也配 有各种专用监护装置。

        二、多生理参数中央集中监护系统
        多生理参数中央集中监护系统是用来同时监护多床位患者的多个生理（生化）参数的 系统。该系统能同时监护患者的心电、血压、体温、脉搏、血氧饱和度、呼吸等波形和参数 值。一个中央集中监护仪通常可管理4～16个床边台，床边监护仪和中央集中监护仪间 由接口电路和数据通信线路连接，中央集中监护仪可发送控制指令至床边监护仪，直接控制其工作，床边的超限报警信号也可同时出现在中央监护仪上，并指出相应的床号和生命指征参数。

1．组成原理如图3-7所示为典型的多生理参数中央集中监护系统组成框图。

图3-7 多生理参数中央集中监护仪组成框图

        它由多生理参数监护中央台、8个床边监护仪或遥测系统组成。中央台采用高性能计 算机，具有专用的中心监护系统软件；能根据需要显示8个床位ECG或显示各床位5种生理参数波形，并在波形附近显示相应的生理参数值；能采用字符显示软件菜单、操作说明等； 能实现显示8个床位、14种趋势曲线；能实现报警回顾及报警参数显示，以及显示年、月、 日、分等。中央台应有专用的心律失常分析软件，能根据需要对某床位进行跟踪分析，或根据报警要求自动转入更为迫切的危重患者的生理参数分析，并将分析结果送往屏幕显示。 中央台的功能调度皆由硬件及各种软件菜单来实现。系统中的床边监护仪可采用多生理参 数床边监护仪。床边台和中央台之间采用RS-485等总线通信方式实现网络互联。有些多生理参数集中监护系统的中央台和床边台之间采用了局域网的方式相连，通过网络设备可 方便地扩充床边台的数量。

        2．核心技术 (1)多生理参数监护中央台的主机：多生理参数中央集中监护仪（简称中央台）应采用
        高性能计算机，是一个带远程终端和本地外设的多CPU系统。它能连接4～16个多生理参 数床边台。中央台从床边台采集的波形和有心电、血压、血氧、脉搏及呼吸波，对心电波的采样频率一般为：500点／秒（每点12位）；对血压波和脉搏渡的采样率一般为125点／秒（每点8位）；对呼吸波的采样率一般为31. 25点／秒（每点8位）。数据有心率、血压、血氧、体温、 呼吸值，以及心率、心律失常、血压、呼吸、体温等超限报警、电极脱落报警等。为了减轻床边 台与中央台的通信压力，各种趋势图由中央台自身产生。中央台实时地采集上述波形和数 据后送至彩色显示器进行监测，并根据需要进行心律失常分析。

        (2)多生理参数监护中央台的外围设备 1)显示器：中央台采用高分辨率彩色显示器，能用色彩、字符、波形及表格等方式显示 各类医务人员所关心的患者信息，波形的推移速度为25mm/s。

        2)记录装置：中央台一般配备有打印机和热敏阵列式记录仪，用于打印各种参数、趋势 图以及实时描记心电波。

        (3)多生理参数监护中央台的软件：该系统软件支持中、英文显示界面，可对来自床边台的参数报警，ST段报警和心律失常报警进行二次通告及报警管理；可对每台床边台长达 240小时的趋势数据存储及回顾；中央台还应具备多种自检功能，包括开机自检和手动自检两部分。开机自检主要进行对主机EPROM和RAM的故障检查；手动自检主要包括显示器及有关主要接口芯片的故障检查。 (4)多生理参数监护中央台与床边合的连接：中央台与床边台之间的连接可采用串行 总线（如RS-485）、联网方式或无线方式进行数据的传递。两者应能在一定的范围内(大于L00m)实现数据的互换，且要求传输速率在I～l0Mb/s，上述连接方式都能满足要求。中央 台还可通过网络接口与临床信息系统( clinical information system，CIS)相连接，共享全院信息。

        (5)多生理参数床边监护仪：主要内容参见本节“一、多生理参数床边监护仪”。

        3．主要技术指标 (1)监护参数：基本的6个参数有全导联心电、呼吸、无创血压、血氧饱和度、体温、脉搏。选配参数：双有创血压、心排出量、呼吸末二氧化碳、麻醉气体、氧气。

        (2)中央监护数量：一般为4～16台。 (3)安全指标：符合GB9706，工类CF型。 其余指标可参见本节“一、多生理参数床边监护仪”。

        4．应用领域在ICU、CCU可同时对多位危重患者的心电、血压、体温、脉搏、血氧饱和度、呼吸等人体重要的生理参数进行实时监护，以及时帮助医护人员发现患者的身体状况是否恶化，以便及时进行抢救。

        三、动态心电监护仪
        动态心电图(dynamic electrocardiogram，DCG)是心电学的一个分支，它通过便携式记录器连续监测、记录人体24小时或更长时间的心电动态变化信息，经过计算机系统回放、处理和分析，再由打印机输出心电图。通过DCG能够发现短暂性或一过性的异常心电变化， 从而为临床诊断、治疗及研究提供重要的客观依据。

        1．组成原理动态心电图仪按工作方式分，可分为回放分析型和实时分析型两类。 目前，临床应用以回放分析型为主。图3-8为动态心电图仪回放分析型的结构及数据处 理过程。

 

图3-8动态心电图仪的结构及数据处理过程

         回放分析型Holter心电图仪由携带式记录盒和中央分析站组成。记录盒由电极、信号 调理、微处理器CPU、闪光卡及I。CD显示器组成。心电信号经电极、心电电缆线被引入便携式记录盒中的信号调理电路，该电路完成信号放大、去干扰滤波等功能。CPU -般采用 自帝A/D转换器的微处理器，将经过处理的模拟量心电信号转换为数字量，该数字量序列 会被无压缩地存储在闪光卡中。闪光卡采用非易失性存储器，能保存24小时或48小时的 心电信息。LCD显示器具备显示开机状态、记录状态设置、ECG波形等功能。USB接口用 于与计算机连接，便于将存储在闪光卡中的心电数据上传至计算机。 计算机上安装有心电分析软件，也称为Holter系统中心站。它能从USB接口或从读 卡器直接读取便携式记录盒上存储的心电数据，并能实现对这些数据进行快速的阅读及处理，具有对24小时的心电波（约有10万个左右）进行分析、处理、检索、建档、管理和输出诊 断报告及图形拷贝的功能。中央分析站的软件应能向医生提供浏览和搜索感兴趣波形的方更，并在找到所需的波形段后将其显示出来；应能对24小时心电波进行统计处理，实现按特狂分类的全局浏览；应向医生提供人机对话的方便，可使医生方便地对心电数据加注和标 记，或修正实时分析中的错误；能提供一定的波形处理功能，特别是复杂波形的分析算法；提 洪诊断报告的编辑功能，以及诊断报告硬拷贝的输出功能；应能提供患者长时间心电数据的 管理系统。这一系列要求是不难实现的，因而目前长期动态心电监护( Holter)系统的关键 ，乃然是大容量佩戴式心电记录仪。要求其具有低失真、大容量、低功耗、高可靠性、低价格、 小体积等许多互相牙盾的苛刻指标。 表3—1为美国Mortara公司H3+数字记录器及H-Scribe动态心电分析系统的主要特 征及规格。

 

表3-1 Mortara动态心电分析系统特征及规格
 

        2．应用领域 在心脏科、儿科、心功能室、综合健诊中心、保健中心等科室中用来检查 和分析动态心电图用。以及时发现和治疗早期心脏病和各类隐性、偶发性心律失常、心肌局部缺血等疾病。

        四、心电图无线遥测监护仪 在对可行走（活动）患者的心电监护中，常采用无线远距离监护仪器。 图3-9给出了一个心电图无线遥测监护仪的简要框图。与常规心电监护仪不同的是，患者的心电图是通过无线电电磁波进行传送的，其主要组成部分包括测量电极、心电前置放大器、发射机、接收机、记录机和其他终端设备。心电图经放大后经过调制在一个高频载波 上，然后通过发射天线向空间辐射电磁波。远端的接收机通过电磁波的接收、调制信号的解 调后恢复原先的ECG信号，送至监护仪进行分析处理、显示和记录。

图3-9心电图无线遥测监护仪原理框图

         心电图无线遥测的作用距离由发射功率、接收灵敏度、天线方向性和环境条件所决定。 遥测距离可按需确定，可由几米至几千米。为了保证清晰地显示与记录心电图，无线遥测系统的信噪比应在80dB以上。心电图遥测发射机由患者佩戴，应有小型化、低功耗，高可靠 性等要求，发射天线多采用磁耦极子天线，或采用射频振荡线圈并作天线。调制方式常采用调频制(FM)或双调频制(FM-FM)，双调频制是先将信号对副载波调频(采用压控振荡器 VCO)，然后用已调频的副载波对高频载波再次调频，这种双调频方式的特点是抗干扰性 强，并可实现频分复用(FDM)传送多道信息。在遥测通道数较多的场合，常采用时分多路复用，调制方式可采用脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PWM、PDM)、脉位调制(PPM)和脉冲 编码调制(PCM)，时分制系统主要采用数字集成电路来实现，抗干扰性和可靠性等指标可 进一步提高。患者佩戴的小型心电图遥测发射机通常用电池供电，属于浮地电源，患者与监 护系统间处于完全的电绝缘状态。在监护端产生地线开路等故障时，由于患者与市电电源无直接联系，因而可确保患者的安全。因此心电图遥测技术已被广泛应用在ICU/CCU、可行走患者的监护，并广泛应用于运动生理研究中。 除采用射频电磁波传送外，心电无线遥测还可以采用超声（尤其是水下遥测）和红外光 遥测等方式。