多参数监护仪测量原理及计量性能

林 芳

（福建省计量科学研究院 医学室，福建 福州 350003）

多参数监护仪是一种能长时间、连续测量和控制病人生理参数，并且具有存储、显示、分析和控制功能，并对超出设定范围的参数发出报警的装置或系统。多参数监护仪的应用目的是在临床中，为医护提供被监护病人的生命体征信息，协助医护人员进行诊断和治疗。

1 基本结构

多参数监护仪主要由四个部分组成：信号采集；信号的模拟处理；信号的数字处理；信号的显示、记录和报警部分；通过电极和传感器拾取人体心电、血压、呼吸、血氧饱和度等生理参数信号。通过模拟电路对采集的信号加以放大，同时减少噪声和干扰信号以提高信噪比，对其中有用的信号进行采样、调制、解调、阻抗匹配等处理。由模数转换器把人体生理参数的模拟信号转化为数字信号，送入数字处理部分，这部分是监护系统中很关键的部分，由模数转换器、微处理机、存储器等组成，对信号进行运算、分析、及诊断。信号的显示、记录和报警部分是监视器与人交流信息部分，屏幕显示各种被监视参数随时间变化的曲线，供医生分析，而记录仪则将监视参数记录下来作为档案保存，当被测参数超过某一标准值就通过报警发出警报，提示医务人员及时进行抢救。

2 测量原理

多参数监护仪所监护的信号通常为心电（ECG）、无创血压（NIBP）和有创血压（IBP）、血氧饱和度（SPO2）、吸呼（RESP）及呼气末二氧化碳分压（PETCO2）、体温（Temp）、心输出量（CO）等。 根据临床需要，不同的监护仪有不同的侧重，并作不同的配置。

2.1 心电监护

心电是最常用的监护项目，心肌中的"可兴奋细胞"的电化学活动会使心肌发生电激动。使心脏发生机械性收缩。心脏这种激动过程所产生的闭合、动作电流，在人体容积导体内流动，并传播到全身各个部位，从而使人体不同表面部位产生了电流差变化。心电图(ECG)就是把体表变动着的电位差实时记录下来，多参数监护仪一般都能监护3个或6个导联，能同时显示其中的一个或两个导联的波形并通过波形分析提取出心率参数，功能强大的监护仪可以监护12导联，通过监测，可发现心脏节律异常、各种心律紊乱，如房性室性早搏、心肌供血情况、电解质紊乱等。

2.2 无创血压监护

血压是指血液对血管壁的压力。在心脏的每一次收缩与舒张的过程中，血流对血管壁的压力也随之变化，临床上通常以人体上臂与心脏同高度处的动脉血管内对应心脏收缩期和舒张期的压力值来表征人体的血压，分别称为收缩压(或高压)和舒张压(或低压)。血压测量方法有直接测量法和间接测量法，间接测量法是一种非创伤性血压测量，常称为无创压。测量方法有听诊法、振荡法（也称示波法）、超声多普勒法，它可以测得收缩压、舒张压和平均压。多参数监护仪采用振动法测量无创血压，监护仪自动对袖带充气到一定压力（一般为180 mmHg～230 mmHg）时，完全压迫动脉血管并阻断动脉血流，开始放气后，随着袖带压力逐渐减少，动脉血流流动对动脉血管壁的搏动将在袖带内的气体中产生振荡波，通过测量、记录和分析放气过程中袖带的压力振动波可获得被测部位的收缩压、舒张压和平均压。

2.3 血氧饱和度(SPO2)监护

氧是生命活动中不可缺少的物质。血液中的有效氧分子是通过与血红蛋白(Hb)结合后形成氧合血红蛋白(HbO2)而被输送到全身各组织中。用来表征血液中氧合血红蛋白比例的参数称为氧饱和度。脉搏血氧是根据郎伯比尔定律（Lambert-Beer Law），采用光电技术进行血氧饱和度的测量。根据血液中血红蛋白（Hb）和氧合血红蛋白（HbO2）对光的吸收特性不同，通过采用两种不同波长的红光(660nm)和红外光(940nm)分别透过组织后，再由光电接收器转换成电信号，同时还利用了组织中的其它成分，如皮肤、骨胳、肌肉、静脉血等的吸收信号是恒定的，而只有动脉中的HbO2和Hb的吸收信号是随着脉搏作周期性变化这一特点，对接收信号加以处理而得到的。

2.4 呼吸监护

呼吸监护是监护病人的呼吸频率，呼吸率即单位时间内呼吸次数。一般有三种测量方法：阻抗法、直接测量呼吸气流法（热敏式呼吸测量）和气道压力法。多参数监护仪中的呼吸测量大多是采用胸阻抗法，人体在呼吸过程中，胸廓肌肉交变弛张，胸廓也交替变形，肌体组织的电阻抗也交替变换，人体在呼吸过程中胸廓的运动会造成人体体电阻的变化，变化量为0.1Ω～3Ω，称为呼吸阻抗。监护仪一般是通过ECG导联的两个电极，用10～100kHz的载频正弦恒流向人体注入0.5～5mA的安全电流，从而在相同的电极上拾取呼吸阻抗变化的信号。这种呼吸阻抗的变化图就描述了呼吸的动态波形，并可提取出呼吸率参数。

2.5 体温监护

监护仪中的体温测量一般都采用负温度系数的热敏电阻作为温度传感器。一般监护仪提供一道体温，功能高档的仪器可提供双道体温。体温探头的类型也分为体表探头和体腔探头，分别用来监护体表和腔内体温。测量时，操作人员可以根据需要将体温探头安放于病人身体的任何部位，由于人体不同部位具有不同的温度，此时监护仪所测的温度值，就是病人身体上所放探头部位的温度值，该温度可能与口腔或腋下的温度值不同。

2.6 有创血压(IBP)监护

在一些重症手术时，对血压实时变化的监测具有很重要的临床价值，这时就需要采用有创血压监测技术来实现。其原理是：先将导管通过穿刺，植入被测部位的血管内，导管的体外端口直接与压力传感器连接，在导管内注入生理盐水。由于流体具有压力传递作用，血管内压力将通过导管内的液体被传递到外部的压力传感器上。从而可获得血管内压力变化的动态波形，通过特定的计算方法，可获得收缩压、舒张压和平均压。

3 计量性能要求

多参数监护仪的常用监护参数主要有:心电、呼吸、体温、无创血压、脉搏血氧饱和度、有创压;扩展的监护参数有：心排量、二氧化碳、麻醉气体、氧气。依据JJG（闽）1038-2011《多参数监护仪》检定规程，就一般医院应用较多的心电、呼吸、无创血压、脉搏血氧饱和度的计量性能介绍如下：

3.1 心电监护

1）电压测量最大允许误差±10%。2）极化电压引起的电压测量偏差不超过±5%。3）噪声电平应不大于30μV（峰峰值)。4）扫描速度最大允许误差±10%。5）输入回路电流应不大于0.1μA。6）幅频特性以10Hz正弦波为参考值，在（1～25）Hz内，幅度的最大允许偏差+5%至-30%。对具有诊断功能的监护仪，在（1～60）Hz内，幅度的最大允许偏差+5%至-10%。7)共模抑制比应不大于 89DB。8）心率在（30～200）次/分范围内，最大允许误差±（显示值的5%+1个字），心率报警发生时间应不大于12s。心率报警预置下限为30次/分，上限为180次/分，最大允许误差±（显示值的10%+1个字）。

3.2 无创血压监护

1）静态压力测量范围（0～260）mmHg，首次检定示值最大允许±3 mmHg，后续检定和使用中检验示值最大允许±4 mmHg，示值重复性不大于5mmHg.

3.3 血氧饱和度(SpO2)监护

血氧饱和度在（70～100）范围内，示值最大允许±3%，重复性不大于 2%。 脉搏在（30～300）次/分范围内，示值最大允许±2次/分。

3.4 呼吸监护

呼吸频率在（0～80）次/分范围内，示值最大允许±3次/分。

4 结束语

国家计量检定规程对多参数监护仪心电和无创血压参数分别制订了检定规程。部份省级计量检定机构也对常用监护参数心电、呼吸、无创血压、脉搏血氧饱和度制订了地方检定规程。目前有创压、心排量、二氧化碳、麻醉气体等参数还没有检测标准，建议有关部门尽快建立标准，完善测量设备，制订检定规程，准确地对多参数监护仪的各监护参数的性能进行检定。确保临床使用的有效性和安全性。对减少临床风险具有重要的意义。

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