生理參數(shù)測量儀器課件

1、第二章 生理參數(shù)測量儀器 人體電生理參數(shù)檢測儀器人體非電生理參數(shù)檢測技術(shù)及儀器病人監(jiān)護(hù)儀器2.1 人體電生理參數(shù)檢測儀器 細(xì)胞是所有生物電的發(fā)生源，生物電或電位是細(xì)胞內(nèi)部與外部間產(chǎn)生的電位差，也就是細(xì)胞膜兩面產(chǎn)生的電位差。生物電現(xiàn)象是細(xì)胞實(shí)現(xiàn)一些最生要功能的關(guān)鍵因素，是生命現(xiàn)象的表現(xiàn)之一。因此，通過研究生物電現(xiàn)象，可以了解生物體的生理活動(dòng)。 進(jìn)行生物電學(xué)研究的第一步，是把生物電信號拾取出來，并用儀器進(jìn)行記錄。有關(guān)腦電、心電、肌電的記錄，是在皮膚表面做間接記錄；記錄視網(wǎng)膜電位、耳蝸電位和鼻電位就比較復(fù)雜了，要分別把記錄電極安放在眼睛角膜表面、耳蝸圓窗表面和鼻粘膜中；而最復(fù)雜且要求最高的技術(shù)則是感

2、受器電位、神經(jīng)元的動(dòng)作電位和神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的沖動(dòng)電位的記錄，這需要將符合尺寸的引導(dǎo)電極插進(jìn)細(xì)胞或纖維中。 早在20年代就出現(xiàn)了用檢流計(jì)測定的心電圖機(jī)。60年代以前，心電放大器一直采用電子管，性能上不斷改進(jìn)，描記器由光點(diǎn)改為熱筆描記。60年代，晶體管心電圖機(jī)的出現(xiàn)使其體積大大縮小。70年代，出現(xiàn)了浮地式心電放大器，進(jìn)一步提高了其安全可靠性。目前，心電放大器均由采用集成電路，遙測心電和多道生理記錄儀也得到了不斷地改進(jìn)和完善。80年代，又廣泛采用了微機(jī)構(gòu)成的智能化電生理儀器，這也將是今后醫(yī)用電生理儀器的發(fā)展方向。人體電生理參數(shù)檢測儀器心電圖機(jī)腦電圖機(jī)誘發(fā)電位儀腦地形圖儀動(dòng)態(tài)腦電記錄分析系統(tǒng)眼震電圖儀

3、肌電圖儀胃電圖儀2.1.1 心電圖機(jī) 在每一個(gè)心動(dòng)周期中，心臟各部分興奮過程中出現(xiàn)的電變化的方向、途徑、次序和時(shí)間都有一定的規(guī)律。這種生物電變化通過心臟周圍的導(dǎo)電組織和體液反映到身體表面上來，使身體各部分在每一心動(dòng)周期中也都發(fā)生有規(guī)律的電變化。把測量電極放置在人體表面的一定部位，記錄出來的心臟電變化曲線即為臨床常規(guī)心電圖ECG 。可用來診斷心臟疾病。 人體內(nèi)由竇房結(jié)發(fā)出的一次電興奮，按一定的途徑和時(shí)程，依次傳向心房和心室，引起整個(gè)心臟的興奮，使心臟周期性地收縮，推動(dòng)血液在全身循環(huán)。 記錄心電圖常用標(biāo)準(zhǔn)十二導(dǎo)聯(lián)法：、aVR、aVL、aVF、V1-V6。其中、叫標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)聯(lián)，以右下肢為參考電極，左

4、上肢右上肢為導(dǎo)，左下肢右上肢為導(dǎo)，左下肢左上肢為導(dǎo)。aVR、aVL、aVF為加壓導(dǎo)聯(lián)，V1-V6為胸部6導(dǎo)聯(lián)。心電圖依次測量這12個(gè)導(dǎo)聯(lián)的心電信號并加以描記。胸導(dǎo)聯(lián)的測量部位V1：胸骨右緣第四肋間；V2：胸骨左緣第四肋間；V3：V2與V4連線的中點(diǎn)；V4：左鎖骨中線第五肋間鎖骨中線處；V5：左腋前線與第五肋間同水平面上；V6：左腋中線與第五肋間同水平面上；V7：左腋后線與第五肋間同水平面上；V8：左肩胛骨線與第五肋間同水平面上。心電圖機(jī)的種類很多，從功能上可大至分為五種 ：單道手動(dòng)心電圖機(jī)。 單道自動(dòng)心電圖機(jī) 。多道全自動(dòng)心電圖機(jī) 。具有自動(dòng)分析診斷功能的智能型心電圖機(jī) 。具有自動(dòng)分析診斷功能

5、的智能型多功能心電圖機(jī) 。按心電圖機(jī)描記輸出方式可分類 間接描記方式和直接描記方式直接描記式可分為： 噴墨式、墨水筆式、熱筆式、熱陣打印頭式 單道心電機(jī)多用熱筆式，多道心電機(jī)多用熱陣打印頭式或打印機(jī)。 導(dǎo) 聯(lián)選擇器前 置放大器光電隔離主放大器描記器光電隔離浮地電源主電源微機(jī)按鍵液晶顯示1mV定標(biāo)器心電圖機(jī)的基本構(gòu)成 1.輸入電路 包括過壓保護(hù)、高頻濾波、緩沖放大器、威爾遜網(wǎng)絡(luò)、導(dǎo)聯(lián)選擇電路。過壓保護(hù)和高頻濾波電路是因有時(shí)心電圖機(jī)與除顫器、高頻電刀同時(shí)使用，為確保病人安全和心電圖機(jī)免遭高壓沖擊，同時(shí)為了阻止外界高頻干擾信號進(jìn)入心電圖機(jī)的前置級而設(shè)置的。緩沖放大器實(shí)際上就是起阻抗變換的作用，它輸入

6、阻抗高輸出阻抗低便于與威爾遜網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗相匹配。 2.放大電路 放大電路基本上是由前置放大電路、中間級放大電路和功率放大電路組成。前置放大的主要任務(wù)是提高共模抑制也就是抑制干擾信號，放大心電信號。1mv發(fā)生器就加在這級的輸入端。中間級放大是將心電信號進(jìn)一步放大，一些在心電機(jī)面板上可調(diào)整的和可用的功能基本在這級實(shí)現(xiàn)。如增益調(diào)節(jié)（記錄筆輸出幅度不夠時(shí)調(diào)節(jié)）、阻尼調(diào)節(jié)（方波不夠理想時(shí)調(diào)節(jié)）、增益選擇（輸出幅度有3檔可選：1/2、1、2）、50Hz電源濾波（去除電源引起的干擾）、35Hz肌電濾波（去除肌電引起的干擾）、位移（調(diào)整熱筆在合適的位置）等。功率放大電路是把經(jīng)過前置放大和中間級放大后的心電信號

7、再放大到使記錄筆能夠產(chǎn)生恰當(dāng)偏轉(zhuǎn)的電平，驅(qū)動(dòng)記錄器進(jìn)行心電描記。 如何設(shè)計(jì)一個(gè)性能優(yōu)良且價(jià)格不貴的心電圖機(jī)至今仍然是一個(gè)不斷有人研究的課題。例如如何保證心電圖機(jī)的基線穩(wěn)定不漂移，干擾噪聲盡可能小，如何保證電源浮地、光電隔離等。高質(zhì)量的放大器也是其他電生理儀器如腦電圖機(jī)、肌電圖機(jī)、胎兒心電圖機(jī)、眼震電圖機(jī)、誘發(fā)電位儀以及多道生理信號記錄儀等的核心部件及共同的研究課題。描記器現(xiàn)仍多使用熱筆，熱筆的穩(wěn)定性、線性問題也在不斷改進(jìn)。熱筆只能描記波形，不能打印字符，目前先進(jìn)的陣列式熱敏打印機(jī)不僅可描記波形，還可以打印字符。 本機(jī)參數(shù)： 外形尺寸：290X230X70mm； 電源：AC220V 45VA，D

8、C15V 3A； A/D轉(zhuǎn)換：12位； 采樣率：800Hz； 采樣方式：8通道； 記錄方式：熱敏紀(jì)錄，8點(diǎn)/mm； 記錄速度：25mm/s或50mm/s； 靈敏度：5、10、20mm/mV； 頻率特性：0.05150Hz-3dB； 時(shí)間常數(shù)：3.2s； 輸入阻抗：60M； 共模抑制比：90dB； 安全級：類CF型； 數(shù)字濾波器：0.5Hz、25 Hz、35 Hz、50 Hz 現(xiàn)代心電圖機(jī)裝有微處理器，不僅控制導(dǎo)聯(lián)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，還具有分析功能，叫自動(dòng)分析心電圖機(jī)。這種心電圖機(jī)可以自動(dòng)測量心率、各種幅度、間期。例如R波幅度、ST段電平、QRS波群寬度、瞬時(shí)心率、平均心率等幾十個(gè)參數(shù)，這些參數(shù)一同與心電

9、圖由陣列式熱敏打印機(jī)打印出來。 自動(dòng)分析心電圖一般采用16位微機(jī)，16bit的A/D轉(zhuǎn)換器，用4000或8000次/秒的采樣頻率，分析精度高。（1）電極安放標(biāo)準(zhǔn) “1020”系統(tǒng)（2）導(dǎo)聯(lián)線的連接方式設(shè)計(jì) 1）雙極導(dǎo)聯(lián)法 干擾小、定位準(zhǔn)確、波幅低 2）單極導(dǎo)聯(lián)法 波幅高、干擾較大 從頭皮描記的腦電波強(qiáng)度很小，一般為1050v，頻率范圍為0.5100Hz。國際上將腦電波按波的重復(fù)節(jié)律不同分類，統(tǒng)一為以下四個(gè)頻段。 腦電波形的頻率特性比幅度特性在臨床上更顯得重要。腦電在時(shí)域(Time domain）中不易得到特征參數(shù)，而若將它們變換到頻域（Frequency domain）中就很容易分出波、波、波

10、和波。(變換常采用傅里葉變換、小波變換等）。這四種波是否出現(xiàn)，出現(xiàn)頻繁程度等均與生理病理狀態(tài)有關(guān)。臨床常用來診斷癲癇等神經(jīng)病和腦部腫瘤。腦電放大器電路設(shè)計(jì)要求 靈敏度：250V/div 帶寬：DC150Hz 輸入阻抗：200M 共模抑制比： 80dB 系統(tǒng)噪聲：5Vrms 頭皮電極接觸阻抗： 5k 安全要求：GB9706.1-19952.1.3 誘發(fā)電位儀 除了自發(fā)腦電波外，采用刺激的方法還能夠引起大腦皮層局部區(qū)域的電活動(dòng)，稱之為腦誘發(fā)電位EP（Evoked Potential）。刺激的方式通常有三種：視覺刺激、聽覺刺激和體感刺激，刺激時(shí)，可在與刺激感覺通道相對應(yīng)的頭皮部位測到誘發(fā)電位，分別稱

11、為視覺誘發(fā)電位VEP（Visial Evoked Potential）、聽覺誘發(fā)電位AEP（Auditory Evoked Potential）和體感誘發(fā)電位SEP（Somatic Evoked Potential）。 誘發(fā)電位的測量部位及臨床價(jià)值 類型 刺激方法測量部位臨床診斷價(jià)值 VEP 閃光或視覺圖形刺激頭皮枕葉部多發(fā)性腦硬化外周神經(jīng)傷害神經(jīng)病 SEP電流刺激感知皮層上外周神經(jīng)纖維和皮層之間脊柱通路的疾病 AEP聲音（咔嗒聲、爆發(fā)聲、白噪聲）腦干上聽覺通路缺陷疾病 上圖是視覺誘發(fā)電位曲線，幅度范圍為120V，帶寬1300Hz，持續(xù)時(shí)間為200ms。P表示正相波，N表示負(fù)相波，以平均潛伏期

12、（Latency）作為下角注，如P100表示潛伏期為100ms的波峰。由于誘發(fā)電位幅度極小，埋沒在自發(fā)腦電及噪聲中，所以常用迭加平均方法將多次刺激（多達(dá)1000次以上）的誘發(fā)電位迭加，再去除噪聲后，才能獲得誘發(fā)電位。 上圖是二通道誘發(fā)電位儀的方框圖。它具有高性能的全浮地前置放大器，高速A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由高性能的微機(jī)控制，并配有高速數(shù)字處理器進(jìn)行迭加平均運(yùn)算。由電視監(jiān)視器實(shí)時(shí)顯示波形，具備測量功能，由X-Y繪圖儀繪制波形圖。多通道的誘發(fā)電位儀還有4、8、16、32和64通道的。2.1.4 腦地形圖儀 現(xiàn)代腦電地形圖儀將腦電圖儀、誘發(fā)電位儀及自發(fā)腦電/誘發(fā)腦電地形圖集于一體，在彩色電視監(jiān)

13、視器上可顯示16通道腦電圖，或16通道誘發(fā)電位，或腦電地形圖。 由自發(fā)腦電經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析繪成的地形圖稱為自發(fā)腦電地形圖；由誘發(fā)腦電各潛伏期作出的地形圖稱為誘發(fā)腦電地形圖。腦電地形圖對診斷腦部疾病比波形更直觀。正常腦電地形圖左右兩側(cè)對稱。視覺誘發(fā)腦電地形圖呈現(xiàn)不對稱性，說明被測者腦部有疾患。2.1.5 動(dòng)態(tài)腦電記錄分析系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)腦電記錄分析系統(tǒng)（腦電Holter系統(tǒng)）是受動(dòng)態(tài)心電記錄分析系統(tǒng)（心電Holter系統(tǒng)）的啟發(fā)，由臨床需要提出來的。腦電Holter系統(tǒng)可以把病人在正常生活環(huán)境中從事日?；顒?dòng)的腦電活動(dòng)長時(shí)間地（至少24小時(shí)）實(shí)時(shí)記錄，然后回放并進(jìn)行詳細(xì)觀察、分析和處理，從而有利于異常腦電波的

14、發(fā)現(xiàn)與診斷，目前主要用于對癲癇的鑒別和診斷。 腦電Holter系統(tǒng)由記錄器和計(jì)算機(jī)回放分析系統(tǒng)兩部分組成。記錄器一般為佩帶式，能進(jìn)行24小時(shí)大容量多通道無失真的腦電信號存儲，且功耗低。除記錄腦電信號外，還可同步記錄心電（ECG）、眼電（EOG）及呼吸波等多種生理信號。佩帶式記錄器目前主要有兩種：磁帶式，采用普通磁帶進(jìn)行EEG記錄；固態(tài)式，采用低功耗大容量靜態(tài)存儲器（SRAM）進(jìn)行EEG的數(shù)據(jù)記錄。 固態(tài)式記錄器是今后的發(fā)展方向。由于目前大容量靜態(tài)存儲器的存儲容量尚不能滿足24小時(shí)記錄的所需容量，所以在存儲時(shí)常采用小壓縮比的數(shù)據(jù)壓縮算法。除了上述兩種記錄器外，還可利用大容量硬盤進(jìn)行記錄，其優(yōu)點(diǎn)是

15、數(shù)字式全信息24小時(shí)記錄，而缺點(diǎn)是不適合于佩帶。 計(jì)算機(jī)回放系統(tǒng)有回放、分析、存儲及打印功能?；胤殴δ馨焖佟⒊Ｋ?、全覽、選時(shí)回放等多種方式。分析功能有：各種形式的腦電地形圖；功率譜分析、譜參數(shù)提??；各節(jié)律能量直方圖；壓縮功率譜陣圖；相關(guān)分析、時(shí)域分析；偽差濾除；癲癇波自動(dòng)識別及定位；睡眠波分析等。 2.1.6 眼震電圖儀 眼球運(yùn)動(dòng)時(shí)記錄到的眼動(dòng)波形也是生物電信號，分為水平眼動(dòng)波形和垂直眼動(dòng)波形。當(dāng)前庭器官受到某種刺激（如角加速度刺激，冷熱水溫度刺激）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生誘發(fā)眼震。眼震是一種半節(jié)律性變化的眼球擺動(dòng)，由慢相和快相兩個(gè)時(shí)相組成。由于眼球的角膜和視網(wǎng)膜之間存在著不同的生物電位，眼球的擺動(dòng)會(huì)

16、引起這個(gè)電位的變化，并且該變化與眼球擺動(dòng)的角度近似呈線性關(guān)系，記錄該電位的變化就是眼震電圖ENG，可測量其慢相速度、快相速度、眼震頻率等各種參數(shù)，在臨床上常用于診斷眩暈病。這也是航海航空人員的體檢方法之一。 現(xiàn)代眼震電圖儀裝有計(jì)算機(jī)，可采集、存儲數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析和計(jì)算。右圖是清華大學(xué)研制的眼震電圖機(jī)分析系統(tǒng)的框圖。 該系統(tǒng)不但可以進(jìn)行描記，還可以由計(jì)算機(jī)控制采集160秒長度的數(shù)據(jù)，波形在CRT監(jiān)視器屏幕上既可以實(shí)時(shí)滾動(dòng)刷新顯示又可以回顧顯示，波形與字符可以同屏幕顯示，有測量標(biāo)記，可手動(dòng)或自動(dòng)測量計(jì)算各參數(shù)，并由小型四色X-Y記錄儀繪制波形、統(tǒng)計(jì)圖形和打印數(shù)據(jù)。 2.1.7 肌電圖儀 肌電圖EMG

17、（Electromyogram）是肌肉產(chǎn)生的生理電信號的記錄。它可以通過放置在皮膚上的表面電極來測量，也可以用針電極經(jīng)皮膚插入肌肉來測量。肌電圖的幅度與電極放置部位有關(guān)，范圍大約為50V5mV，帶寬為2500Hz。 肌電圖儀由電極、前置放大器和主放大器、示波器波形顯示及描記器組成?，F(xiàn)代肌電圖儀常與誘發(fā)電位儀合為一體，由微機(jī)控制，為“無筆描記型”，用電視監(jiān)視器顯示波形，由熱陣打印機(jī)或激光打印機(jī)打印波形。 肌電圖檢測在神經(jīng)源性和肌源性疾病的鑒別診斷方面，以及對神經(jīng)病變的定位，損害程度和預(yù)后判斷方面有重要價(jià)值。神經(jīng)源性疾?。褐車窠?jīng)病損（包括糖尿病、酒精中毒、尿毒癥等）頸椎病、單癱運(yùn)動(dòng)元性病、面神經(jīng)

18、麻痹、多發(fā)性神經(jīng)炎、脊髓前角病損、脫髓鞘病、交叉癱以及神經(jīng)源性性功能障礙的診斷等。肌源性疾?。杭I養(yǎng)不良癥、肌萎縮、周期性麻痹、重癥肌無力、肌強(qiáng)直綜合征、神經(jīng)與肌肉接頭病等。 結(jié)締組織?。憾喟l(fā)性肌炎、皮肌炎、多發(fā)性硬化病、紅斑狼瘡病、廢用性肌萎縮、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等病。 利用殘存肢體產(chǎn)生的生物電作為信號輸入假肢，經(jīng)過電子系統(tǒng)處理來控制假手的動(dòng)作。當(dāng)截肢者裝上這種假肢，按自己的意志使殘肢肌肉收縮時(shí)，所產(chǎn)生的電信號，經(jīng)皮膚傳到電極上，通過電子系統(tǒng)放大，濾波處理和肌電模式識別后，控制電路立即啟動(dòng)假肢里的微電機(jī)，帶動(dòng)手或腕、肘、肩關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)使假肢動(dòng)作。 目前已發(fā)展到從腕到肩各種不同部位截肢者均可安裝的肌

19、電控制假肢系統(tǒng)。 一自由度肌電控制上肢假肢：它的指拇和其它四指張開、閉合，腕可被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并在任意位自鎖，不會(huì)因受外力而松動(dòng)，適用前臂和腕離斷截肢者安裝。 二自由度肌電控制上肢假肢：它分為兩種，一種是上臂二自由度，手指可張、合、肘可屈、伸135度，腕可被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，適用于上臂下段或肘關(guān)節(jié)截肢者安裝。另一種是前臂二自由度，手指可張、合，腕可旋內(nèi)、旋外360度（或屈曲），適用于前臂殘肢有適當(dāng)長度的截肢者安裝。 三自由度肌電控制上肢假肢：手指可張、合，腕可旋內(nèi)、旋外360度（或屈曲），肘可屈伸135度，適用于上臂中上段或單側(cè)全臂截肢者安裝。 四自由度肌電控制上肢假肢：它是由上述三個(gè)自同度加上全臂上舉、放下

20、這一自同度，適用于雙臂截肢者安裝。 用微電極插入單個(gè)肌纖維測量動(dòng)作電位可獲得分辨率更高的單纖維肌電圖。由神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)纖維、神經(jīng)肌肉節(jié)及肌纖維組成的綜合體稱為運(yùn)動(dòng)單元，用同心針電極可以測得它的動(dòng)作電位稱為運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢唬∕VAP）。MVAP的持續(xù)時(shí)間約為2ms10ms，幅度100V2mV，頻帶寬度5Hz10KHz。 2.1.8 胃電圖儀 胃電圖EGG（Electrogastrogram）是將電極放置在腹部記錄到的胃肌電活動(dòng)信號。胃電圖（常包括腸電圖，合稱胃腸電圖）用于腸胃運(yùn)動(dòng)功能的檢測，如非潰瘍性消化不良、腸易激綜合癥等疾病。 胃腸肌電活動(dòng)是在神經(jīng)、激素和其他因素的調(diào)節(jié)下進(jìn)行的。基本的胃電活

21、動(dòng)是：慢波：是胃平滑肌的基本電節(jié)律，正常值為3次/分（CPM）?？觳ǎ悍咫娢换騽?dòng)作電位，是環(huán)形肌收縮時(shí)的電活動(dòng)。通常體表胃電測量的僅是慢波成分。 胃腸電信號是V量級，頻率范圍為：胃電的正常范圍是2.53.6次/分，在3.79.9次/分范圍內(nèi)的是異常胃動(dòng)過速；在12.4次/分范圍內(nèi)的是異常胃動(dòng)過緩；結(jié)腸電的正常范圍是17次/分，小腸電的正常范圍是812次/分。由于胃腸電信號幅度微弱，頻率范圍接近直流，具有隨機(jī)特性，因此需要高性能的放大器，即要求其放大器具有高增益、低噪聲、低漂移、高穩(wěn)定和高靈敏的特點(diǎn)。 胃腸電是隨機(jī)信號，單個(gè)波形是沒有意義的，無法用肉眼直接分析，一定要經(jīng)過計(jì)算機(jī)對胃腸電信號進(jìn)行統(tǒng)

22、計(jì)分析處理。傅里葉頻譜分析是現(xiàn)今對胃腸電分析的最有效的方法。常用頻譜圖（橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示功率強(qiáng)度）和運(yùn)行圖譜（X軸表示頻率，Y軸表示時(shí)間，Z軸表示功率強(qiáng)度）來進(jìn)行分析。測量頻譜圖上的峰值功率Pd及其相對應(yīng)的主頻Fpo（又稱基頻）；在胃腸電波形圖上測量平均峰值幅值A(chǔ)p和信號平均過零次數(shù)Fz，這些參數(shù)對診斷有重要意義。 2.2 人體非電生理參數(shù)檢測技術(shù)及儀器 人體非電生理參數(shù)主要有動(dòng)脈血壓、心音、體溫、脈搏、呼吸、血氧飽和度等。隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)及數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，非生理參數(shù)的電子測量儀器相繼出現(xiàn)，如電子血壓計(jì)、電子體溫計(jì)、光電心率計(jì)等，逐步進(jìn)入家庭。光

23、電無損檢測技術(shù)是非電生理參數(shù)測量的發(fā)展方向，特別是血壓及血氧飽和度的光電無損檢測，是當(dāng)前研究的熱門課題，已有儀器問世。此外，一些生化指標(biāo)如血糖、黃疸等也采用光電法進(jìn)行無損測量。 非電生理參數(shù)也是病人監(jiān)護(hù)儀中監(jiān)護(hù)的主要內(nèi)容。如在多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀中，除監(jiān)護(hù)心電外，還監(jiān)護(hù)血壓、體溫、呼吸、血氧飽和度等。將測量心電、血壓、心音、脈搏等電生理和非電生理參數(shù)的電路做成模塊，就可以組成多道生理信號記錄儀。非電生理參數(shù)檢測血壓檢測 心音檢測 體溫檢測 呼吸檢測 血氧飽和度檢測 心輸出量測量人體磁場測量 多道生理信號記錄儀 2.2.1 血壓檢測 測量血壓可進(jìn)行有創(chuàng)檢測和無創(chuàng)檢測。有創(chuàng)檢測采用的方法為動(dòng)脈插管接壓力計(jì)

24、或壓力傳感器，這種方法測量準(zhǔn)確，但給病人造成痛苦，因此只在心血管手術(shù)時(shí)運(yùn)用。無創(chuàng)檢測傳統(tǒng)的方法是聽診法，又稱柯氏音法，這種方法是俄國醫(yī)生Korotkoff于1905年發(fā)明的。心血管系統(tǒng)（1）收縮壓SP和舒張壓DP 心室收縮期間，心主動(dòng)脈瓣開放，此時(shí)動(dòng)脈壓反映心室的機(jī)械活動(dòng)。 心室舒張期間，心主動(dòng)脈瓣關(guān)閉，動(dòng)脈壓反映的時(shí)主動(dòng)脈向外周血管系統(tǒng)的流動(dòng)能力。（2）平均壓MP 平均壓是整個(gè)心動(dòng)周期動(dòng)脈壓 的平均值，通常用于評價(jià)整個(gè) 心血管系統(tǒng)的狀況。（3）左心室壓 反映左心室的泵作用，心室壓力曲線的上升沿斜率反映心室收縮初期的力度，一般低于1kPa（8mmHg）（4）右心室壓和肺動(dòng)脈壓 當(dāng)病人出現(xiàn)嚴(yán)重的

25、肺部疾病時(shí)會(huì)出現(xiàn)肺動(dòng)脈高壓。（5）中心靜脈壓 當(dāng)總的血容與靜脈彈性不變時(shí)，靜脈壓隨心功改變而改變，因此它時(shí)監(jiān)測人體心臟衰竭的重要指標(biāo)。（6）大血管中血液壓力導(dǎo)管測量法生理壓力量測量的參考點(diǎn) 中心靜脈壓位于胸部緊靠心臟的位置，胸腔內(nèi)的壓力與大氣壓接近，因而與體位無關(guān)，即作用于中心靜脈與右心房的外部壓力是穩(wěn)定的，從而心臟泵的運(yùn)行通常應(yīng)該是穩(wěn)定的，故右心房壓對心臟功能非常敏感。 將右心房作為血壓測量的參考點(diǎn)，其位置一般位于胸縱軸的中央處，具體位于胸腔左右第四肋之間的空間，中央肋軟骨節(jié)前，離后背約10cm處。 柯氏音法是用一個(gè)1323cm的氣袖纏于上臂中部，輸出管連于水銀壓力計(jì)，氣袖下方肱動(dòng)脈搏動(dòng)處放

26、置聽診器。用橡皮球向氣袖打氣，當(dāng)袖內(nèi)壓大于收縮壓（PS，即所謂“高壓”）時(shí)，動(dòng)脈被壓閉。然后以23mmHg/秒的速率放氣，并監(jiān)聽柯氏音?？率弦羰茄魍ㄟ^被壓閉又逐漸開啟的動(dòng)脈血管時(shí)產(chǎn)生的斷續(xù)聲音?？率弦舴譃槲逑?，第一相對應(yīng)著袖內(nèi)壓剛剛低于收縮壓，血管內(nèi)開始出現(xiàn)斷續(xù)的血流時(shí)產(chǎn)生的，因此此時(shí)水銀壓力計(jì)的指示的就是收縮壓；第五相對應(yīng)著袖內(nèi)壓剛剛低地舒張壓（PD，即所謂“低壓”），血流在血管內(nèi)開始連續(xù)通過，柯氏音由減弱變?yōu)橄?，此時(shí)水銀壓力計(jì)的指示就是舒張壓。 20世紀(jì)70年代以來，出現(xiàn)了多種柯氏音法電子血壓計(jì)，由微處理器控制，手動(dòng)或用氣泵自動(dòng)打氣，手動(dòng)或用電磁閥自動(dòng)放氣，通過微音器自動(dòng)監(jiān)測柯氏音，并

27、由微處理器自動(dòng)判斷及自動(dòng)測量，由液晶數(shù)字顯示收縮壓、舒張壓、平均壓及心率等。 柯氏音法的關(guān)鍵在于辨別血流的聲音信號，以聲音變化為依據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)為同一般臨床應(yīng)用相一致，容易被醫(yī)生們認(rèn)同。其缺點(diǎn)為電子器件的拾音器易受外界噪聲干擾，結(jié)果偏差較大，不能直接測量動(dòng)脈平均壓。因此在血壓測量的技術(shù)中，漸漸被振蕩法所代替。測量方法精度較差的原因：就心臟血壓而論，血壓讀數(shù)隨傳感器的部位和高度而變。不在心臟水平高度所得的讀數(shù)應(yīng)補(bǔ)加上以心臟為基準(zhǔn)的相應(yīng)讀數(shù)。如用聽診器，則讀數(shù)將受使用者聽力的影響。若病人處在休克狀態(tài)，因其脈搏微弱，柯氏音振動(dòng)很低，所以血壓測量對移動(dòng)特別敏感。無論對正常人還是對情緒緊張的人，觸摸手臂都能

28、改變讀數(shù)。錯(cuò)誤的測量方法如末端的位置不適當(dāng)、袖帶放氣速度不適當(dāng)、水銀壓力計(jì)不垂直、聽診器間隙及袖帶放置不適當(dāng)?shù)榷紩?huì)影響精度。血壓袖帶氣囊推薦尺寸中點(diǎn)處的手臂周長/cm袖帶類型氣囊寬度/cm氣囊長度/cm57.5新生兒357.513嬰兒581620少年8131726青少年11172432成人13243242中年17324250股骨2042手臂中點(diǎn)定義為從肩峰到肘關(guān)節(jié)距離的一半處超聲法在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)，隨著袖帶壓力的增加，血管的開放和閉合的時(shí)間間隔就隨之減小，直到開放和閉合二點(diǎn)重合，該點(diǎn)即為收縮壓。當(dāng)袖帶壓力減小時(shí)，開放和閉合之間的時(shí)間間隔增加，直到脈搏的閉合信號與下一次脈搏的開放信號重合，此時(shí)確

29、定為舒張壓 振蕩法是70年代發(fā)展起來的測量血壓的新方法。這種方法也象傳統(tǒng)的柯氏音法那樣需要用袖帶阻斷動(dòng)脈血流。但在放氣過程中，不是檢測柯氏音，而是通過壓力傳感器檢測袖內(nèi)氣體的振蕩波。這些振蕩波起源于動(dòng)脈血管壁的振動(dòng)。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證明，這種振蕩波與動(dòng)脈壁收縮壓、舒張壓、平均壓均有一定的函數(shù)關(guān)系。通過將振蕩波放大、濾波后，將包絡(luò)線檢出，再用一定的判據(jù)判斷包絡(luò)線與收縮壓、舒張壓的時(shí)相對應(yīng)關(guān)系。該方法不受操作者主觀影響，避免了柯氏音法易受環(huán)境干擾的缺點(diǎn)，能精確地測出平均壓。其缺點(diǎn)是測量時(shí)要避免上肢肌肉收縮、心房纖顫時(shí)測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。 血壓的檢測為診斷高血壓病帶來了極大的便利，但僅靠數(shù)次隨測血壓值常過

30、多地診斷和過高地估計(jì)高血壓病。在血壓治療上，也存在一定的問題，如對冠心病危險(xiǎn)的作用Kaplan對提高血壓治療僅使冠心病死亡率下降14%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期的程度，其重要原因之一可能是提高血壓治療中存在血壓下降不充分，或降壓過度，使冠心病危險(xiǎn)增加等。這一事例問題迫切需要一種能監(jiān)測24小時(shí)血壓水平的技術(shù)。無創(chuàng)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)護(hù)技術(shù)也即應(yīng)運(yùn)而生。 無創(chuàng)動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測使用一種動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測儀。受試者佩帶這種儀器后可以離開醫(yī)院自由活動(dòng)，回到日常生活環(huán)境中。儀器按醫(yī)生事先設(shè)定的規(guī)則自動(dòng)測量出血壓，并將結(jié)果保存在該儀器中。24小時(shí)或更長時(shí)間后，再把結(jié)果顯示出來或打印出來。這樣可以提供正常生活中受檢者24小時(shí)血壓數(shù)據(jù)，一般由

31、幾十個(gè)或上百個(gè)數(shù)據(jù)組成，用以觀察受檢者一日之內(nèi)的血壓變化。 2.2.2 心音檢測 心音是由于心臟瓣膜的開關(guān)、肌腱和肌肉的舒縮、血流的沖擊及心血管壁的振動(dòng)而產(chǎn)生的一種復(fù)合音。通常，心音可由醫(yī)生通過聽診器進(jìn)行分析，提供診斷心血管病的重要信息。心音的電子檢測方法是通過心音傳感器（一種磁電式空氣傳導(dǎo)傳感器）檢測心音信號，并通過放大器放大及低通濾波后，送慢掃描示波顯示心音波形，或用描記器描記出心音波形，叫心音圖。心音的主要頻譜在40Hz100Hz之間，異常心音的頻譜可達(dá)數(shù)百Hz。由于受描記器頻響的限制，有時(shí)心音圖不能反映全部信息。因此，將放大后的心音信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器，用8KHz的采樣率采樣，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)

32、行數(shù)字定量分析，這種儀器稱為電腦心音分析儀。第一心音 當(dāng)心室收縮時(shí)，血液射向主動(dòng)脈，并因血液擺動(dòng)關(guān)閉了房室瓣而產(chǎn)生的，它也源于擴(kuò)張主動(dòng)脈跟核心時(shí)間的血液擺動(dòng)及血液在主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈的湍流所引起的振動(dòng)。 第一心音分裂是由于三尖瓣和二尖瓣不同時(shí)關(guān)閉引起的，它一般出現(xiàn)在心電圖的QRS綜合波上。第二心音 主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈中的血流減速、回流及半月瓣關(guān)閉有關(guān)的低頻振動(dòng)；半月形瓣膜把血液放進(jìn)全身和肺動(dòng)脈的循環(huán)系統(tǒng)。這些瓣膜在心臟收縮之末，恰好在房室瓣膜重新打開之前關(guān)閉。第二心音約在ECG中T波結(jié)束時(shí)出現(xiàn)。第三心音 是由心房進(jìn)入心室的血液突然增加而引起的漩渦所產(chǎn)生，與心室壁的振動(dòng)有關(guān)，一般在第二心音之后0.10.

33、2S出現(xiàn)。第三心音超前于心房收縮，此時(shí)心室松弛，所以是一種低頻、低幅值的振動(dòng)，在小孩和一些年輕人中聽到。第四心音 為心房音，是心房收縮，把剩余的血液擠進(jìn)心室而產(chǎn)生的低頻、低振幅的振動(dòng)，由心音圖機(jī)記錄。第一心音分裂三尖瓣關(guān)閉不全舒張?jiān)缙诒捡R律主動(dòng)脈瓣關(guān)閉不全心雜音正常心音2、心音聽診和心音圖描記五個(gè)聽診區(qū)（1）左心室區(qū)放在心尖上；是二漏二狹、主漏及主狹、第一和第二心音、左心室奔馬音及開瓣音的聽診區(qū)。（2）右心室區(qū)的T處；傳導(dǎo)右心室的振動(dòng)，是三漏及三狹、肺動(dòng)脈瓣漏、室缺以及右心房奔馬音聽診區(qū)。（3）主動(dòng)脈瓣聽診區(qū)A；傳導(dǎo)主動(dòng)脈根部大血管的振動(dòng)，是主漏及主狹、第二心音及主動(dòng)脈收縮期哈喇音等聽診區(qū)。（

34、4）肺動(dòng)脈聽診區(qū)P；傳導(dǎo)肺動(dòng)脈主干及其主要分支的傳導(dǎo)的振動(dòng)，是肺動(dòng)脈瓣狹窄、第二心音、肺動(dòng)脈哈喇音、房缺、甲亢、貧血等收縮雜音的聽診區(qū)。（5）第二心音分裂聽診區(qū)；位于胸骨左緣第三肋間，是肺動(dòng)脈和主動(dòng)脈瓣兩個(gè)聽診區(qū)的交叉處Auscultation Techniques（聽診技術(shù)）五個(gè)聽診區(qū)：（1）左心室區(qū)放在心尖處。（2）右心室區(qū)的T處傳導(dǎo)右心室的振動(dòng)（3）主動(dòng)脈瓣聽診區(qū)（4）肺動(dòng)脈聽診區(qū)（5）第二心音分裂聽診區(qū) 記錄的心音和心雜音不僅可客觀解釋心音，而且還使心音和心雜音分別與心動(dòng)周期中的電活動(dòng)和機(jī)械活動(dòng)相比較和鑒別。Phonocardiography 心音圖描記心音和心雜音特性：（1）心音和心

35、雜音非常微弱，接近人耳的聽覺閾值。（2）頻率分布在20200Hz范圍，有些心雜音高于1000Hz，低端到45Hz。（3）心音和心雜音的強(qiáng)度幾乎隨f 2成反比減小。人的聽覺特性：（1）對高音敏感，而對低頻聲音不敏感。（2）具有選擇作用，能從很多種類的心音中辨別處所要集中注意音色的聲音。（3）耳的聽覺具有掩飾效應(yīng)，它分辨不清大聲音之后的小聲音，也不能聽出在0.02s間隔內(nèi)兩個(gè)連續(xù)的聲音。心音圖機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的因素：（1）心音和心雜音強(qiáng)弱相差懸殊，這要求心音圖機(jī)有大的動(dòng)態(tài)范圍；（2）心音微弱，要求內(nèi)部噪聲?。唬?）心音的高頻振幅小、低頻振幅大，所以只有在放大器的高頻增益比低頻增益大時(shí)，才能在同一張圖

36、上記錄下幅度基本相同的圖形；（4）為模擬聽覺的選擇作用，把心音分為幾個(gè)帶域（濾波器）記錄。2.2.3 體溫檢測 傳統(tǒng)的體溫測量方法是用水銀體溫計(jì)，根據(jù)熱膨脹原理進(jìn)行測量。而電子測體溫使用溫度傳感器，常用的有熱敏電阻和半導(dǎo)體溫敏器件等。熱敏電阻的阻值隨溫度而變化，呈非線性關(guān)系。在測量電路中，可將熱敏電阻作為電橋的一個(gè)臂，經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò)校正后的輸出電壓由差動(dòng)放大器放大后由電壓表（用溫度刻度）讀出，或經(jīng)A/D變換后送計(jì)算機(jī)處理，進(jìn)行數(shù)字顯示，叫電子體溫計(jì)，其測量精度可達(dá)0.10.01。 半導(dǎo)體溫敏器件有溫敏二極管、溫敏三極管等，這類測溫器件是利用PN結(jié)的結(jié)電壓隨溫度成線性變化這一原理進(jìn)行測溫，其測量電路

37、也常采用電橋式及差動(dòng)放大電路。 1、熱電偶塞貝克效應(yīng)： 若金屬的兩結(jié)點(diǎn)間存在溫差，則在兩結(jié)點(diǎn)間會(huì)產(chǎn)生電勢，其大小與兩結(jié)點(diǎn)間的溫差有關(guān)。2、三極管和二極管的p-n結(jié) 當(dāng)p-n結(jié)正向偏置電流滿足恒流條件時(shí)，在較寬的溫度范圍內(nèi)，跨p-n結(jié)的電壓隨溫度變化而變化，具有很好的線性度。3、熱敏電阻（1）熱敏電阻溫度傳感器電橋方式非電橋方式2.2.4 呼吸檢測 空氣吸入和呼出、氣體交換、氧進(jìn)入組織細(xì)胞中以及從組織細(xì)胞中搜集二氧化碳的整個(gè)過程稱為肺功能，在這個(gè)過程中各種成分的測試和評價(jià)稱為肺功能測試。 呼吸檢測主要用于呼吸監(jiān)護(hù)。呼吸監(jiān)護(hù)包括三個(gè)方面：呼吸波形實(shí)時(shí)顯示、呼吸率（次/分鐘）自動(dòng)計(jì)算及潮氣量（每次或

38、每分鐘吸入氣體體積）的自動(dòng)計(jì)算及顯示。反映肺通氣功能的參數(shù)：（1）肺容量（ lung volume）（2）肺通氣量（3）肺的順應(yīng)性肺容量TLC（the total lung capacity, 肺總量） The largest volume to which the subjects lungs can be voluntarily expands is defined as the TLC.RV（residual volume, 肺殘氣量） The smallest volume to which the subject can slowly deflate his or her lungs

39、 is the RV.FRC（functional residual capacity, 功能性殘氣量） The volume of the lungs at the end of a quiet expiration when the respiratory muscles are relaxed is the FRC.VC（vital capacity, 肺活量） The difference between TLC and RV is the VC.VT（tidal volume, 潮氣量）肺通氣量 肺通氣過程中每分鐘內(nèi)呼吸運(yùn)動(dòng)所呼出或吸入的氣量為每分通氣量，它由呼吸的快慢和每次呼出或吸

40、入的氣量所決定。呼吸頻率 單位時(shí)間內(nèi)的呼吸次數(shù)。每分平靜通氣量 平靜呼吸狀態(tài)下每分鐘呼出或吸入的氣量，等于呼吸頻率與潮氣量的乘積。最大通氣量 以盡快的速度和盡可能的深度呼吸時(shí)所得到的每分通氣量。肺的順應(yīng)性 肺的順反應(yīng)性反映肺通氣過程中來自肺組織和胸廓的彈性阻力的大小。 肺在每增加單位外部壓力下其肺容量的增加程度成為肺順應(yīng)性。呼吸參數(shù)的測定方法流量計(jì)呼吸量計(jì)呼吸頻率計(jì)功能殘氣量的測量氮沖洗法和氦稀釋法（1）壓力差氣體流量變換器Q：管路中的氣體流量P：管路軸向兩點(diǎn)之間的氣體壓力差R（T, Fx）：單位氣體流量產(chǎn)生的氣體阻力呼吸檢測的常用方法是阻抗法，即：把人體胸部當(dāng)作一段導(dǎo)體，當(dāng)呼吸時(shí)由于胸部的擴(kuò)

41、張使胸部阻抗發(fā)生變化，且這種阻抗變化與呼吸活動(dòng)呈線性關(guān)系。因此，只要通過胸阻抗變化的測量就可以間接測量呼吸活動(dòng)。胸阻抗包括感抗、容抗和電阻，但當(dāng)胸部通以50KHz100KHz（例如62.5KHz）的高頻電流時(shí)，胸阻抗可等效為一純電阻，因此，可以通過胸電阻的變化來檢測呼吸。 具體方法是：在胸前鎖骨下放置兩對電極，一對通以50KHz的高頻電流，另一對測量電壓信號。將此電壓信號經(jīng)前置放大、解調(diào)、濾波及放大后就得到呼吸波。將呼吸波經(jīng)A/D變換并經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)字處理，就可以計(jì)算出呼吸率。如果用呼吸流量計(jì)定標(biāo)后，還可以用呼吸波定量計(jì)算出潮氣量。在監(jiān)護(hù)儀中，呼吸檢測與心電檢測共同用一對電極。呼吸檢測方法還有鼻腔

42、安放熱敏電阻法、微波多普勒法等。2.2.5 血氧飽和度檢測 通過肺循環(huán)，紅細(xì)胞中的血紅蛋白與氧結(jié)合成合氧血紅蛋白，然后通過動(dòng)脈血流輸送到人體的各個(gè)部分。血氧飽和度是指100ml血液中血紅蛋白實(shí)際結(jié)合的氧與能夠結(jié)合的氧的最大量的比值，該指標(biāo)是衡量呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)是否正常的重要臨床指標(biāo)。傳統(tǒng)的測量血氧飽和度的方法是使用分光光度計(jì)進(jìn)行抽血化驗(yàn)。 光電法無損檢測血氧飽和度的具體方法是：在搏動(dòng)的動(dòng)脈血管床(例如指端)兩側(cè)分別安放白光源和兩個(gè)具有特定波長(650nm和805nm)響應(yīng)的光探測器，光探測器將透過光變成電信號，經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換器后，由計(jì)算機(jī)處理，計(jì)算出血氧飽和度。 朗伯定律若入射光強(qiáng)為I0

43、，物質(zhì)對光的吸收系數(shù)為a，則通過厚度為L的物質(zhì)后，光強(qiáng)為： I=I0eaL 比爾定律當(dāng)光被透明溶液中溶解的物質(zhì)所吸收時(shí)，吸收系數(shù)a與溶液的濃度C成正比，即a=AC，于是(2.10)表示為： I=I0eACL 生物化學(xué)中比爾定律的應(yīng)用E為消光系數(shù)lg(I0/I)為光密度或吸光度波長為光強(qiáng)為I0的近紅外光通過組織透射后的光強(qiáng)度為：E1、C1為動(dòng)脈血液中HbO2的吸光系數(shù)和濃度E2、C2為動(dòng)脈血液中HbR的吸光系數(shù)和濃度L是動(dòng)脈血液的光路長度F是皮膚、肌肉和靜脈血液等其他組織的吸光率動(dòng)脈血液的吸光度：手指動(dòng)脈搏動(dòng)引起的動(dòng)脈血液吸光度變化：動(dòng)脈血液中的血氧飽和度：(2.17)波長為的紅色光通過組織透射

44、后的光強(qiáng)度為：(2.18)通過式（2.17）和（2.18）得到血氧飽和度：(2.19)當(dāng)近紅外光波長805nm時(shí)，E2=E1=E式（2.19）簡化為：(2.20)動(dòng)脈血管搏動(dòng)時(shí)，透射光強(qiáng)發(fā)生改變，由此引起兩束光變化量為：(2.21)(2.22)動(dòng)脈血液中的血氧飽和度：一、心輸出量 心臟每分鐘射出的血量,是衡量心功能的重要指標(biāo)。測量的方法有：1、指示劑稀釋法：它的測定是通過某一方式將一定量的指示劑注射到血液中，經(jīng)過在血液中的擴(kuò)散，測定指示劑的變化來計(jì)算心輸出量的。連續(xù)輸注指示劑稀釋法 快速輸注指示劑染料稀釋法2、阻抗法3、成像法：超聲、磁共振2.2.6 心輸出量測量1、連續(xù)輸注指示劑稀釋法 二、

45、指示劑稀釋法When a given quantity m0 of an indicator is added to a volume V, the resulting concentration C of the indicator is given by C=m0/V.When an additional quantity m of indicator is then added, the incremental increase in concentration is C=m/V.When the fluid volume in the measurement space is cont

46、inuou-sly removed and replaced, then in order to maintain a fixed change in concentration, the clinician must continuously add a fixed quan-tity of indicator per unit time .That is C=(dm/dt)/(dV/dt)Fick Technique（費(fèi)克技術(shù)）F = blood flow, L/mindm/dt = consumption of O2, mL/minCa = arterial concentration of O2, mL/LCv = venous concentration of O2, m