监护仪技术白皮书

（6）心输出量 心输出量是指心脏在单位时间内输出的血量（L/min）。 它是衡量心功能的重要指标。 在监护仪中，心输出量的测量常采用热稀释法，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，并通过计算获得心输出量，这种 方法可高精度反复测量不同时间的心输出量，其测量 间隙最短可达2分钟。
（5）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。 高档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ΔT=T2－T1。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0.1℃， 应有较快的测温响应。
当出现某一监护参数超限时，不仅床边监护仪给出报 警信号，而且在中央监护控制台也会发出报警，并指 示报警的床号和参数。通常，一个中央监护控制台可 接4～12个床边监护仪系统。CCU监护系统的基本结 构如图1.2所示。
CCU监护系统基本结构框图
中央监护控制台一般可以管 理4～8台床边监护仪，有的 可扩展到12台。管理台数越 多，反应越慢，对中央控制 台的主机运算、数据存取速 度要求越高。目前发展趋势 是：床边监护仪功能越来越 强，系统日益完善，已成为 一种完全可以独立工作的监 护系统。与早期的监护仪不 同的是，中央控制台可不必 对各路信号进行分析，主要 起集中监控作用，因而接入 床边监护仪的台数可以增加。
二、 多生理参数床边监护仪的设计
多参数监护仪能自动测量心电、血压、脉搏率、血氧 饱和度、呼吸速率、体温、呼吸中的二氧化碳浓度等 生理参数，是临床上广泛使用的医疗仪器。 除可靠、安全和便携等要求之外，多参数监护仪还应 具备波形显示、操作便利等特点，因此设计中普遍采 用CRT显示器或液晶显示屏。
多参数生理信息的采集和监护中需要解决的关键技术主 要有： (1)信号的隔离 由于监护仪的主电源都是交流供电的，而 测量电极有的直接置入血管内，有的虽置于体表但靠 近心脏，交流漏电可能导致病人生命危险，必须有良 好的电源和信号隔离。 (2)不同信号间的串扰与交叉调制 各路信号间可能会通过 公共地线、电源内阻、空间电磁耦合而发生串扰和交 叉调制，这就要求各路信号放大器之间有良好的隔离 和屏蔽。
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。
（3）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SPO2。 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。 下图为血氧饱和度测量时手指安放的方法。
集中监护系统由床边监护仪和中央监护控制 台两部分组成。部分集中监护系统中的床边 监护仪也可单独使用，成为独立的监护系统。 大部分集中监护系统中的床边监护仪需要和 中央监护控制系统联合使用，两部分间由接 口电路和数据通信线路连接，使床边监护系 统的数据可以传送到中央监护控制台，控制 台的控制信号能直接控制床边监护仪的工作。
血压测量袖带的缠绕 方法图
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、 A/D转换器、微处理器及显示部分等。
每一个生理参数都由其专用传感器将信号提取出来， 例如，心电信号(ECG)或脑电信号(EEG)由贴片电极 提取；与呼吸有关的参数由气体流量计、气样采集 与分析变换器提取；体温用热电偶或半导体温度计 取得；血压可由微型压力传感器从动、静脉取得(直 接测量法)，或者用气囊式或袖套式通过测振法或柯 氏音法取得。
多参数监护仪 技术白皮书
总论
医疗监护技术最重要的应用是 在医院对住院危重病人的监护。 这类监护是在医院病房进行的， 所以称为住院患者的监护，简 称病房监护。这类监护的对象 都是危重病人，又称为危重症 患者监护。 冠心病监护病房（Coronary Care Unit，CCU）、加强监护 病房（Intensive Care Unit， ICU）、新生儿监护病房、手术 监护及其他各种专科监护病房。
(3)不同采样率和采样精度间的协调 根据不同生理参数 特性调整选择合适的电位动态放大措施及采样频率。 如心电和脑电的采样频率可设为:250～500Hz。 (4)实时自动分析技术 实现对反映病情的各关键生理参 数的自动监护，如分析心率失常严重性、心肌梗塞和 心肌缺血程度等。 (5)数据的存储与回顾 由于监测是连续进行的，数据量 大，因而可以将监测的数据选择存储，供会诊或进行 深入的医学研究和分析所用。
一、 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 心脏在搏动之前，心肌首先发生兴奋，在兴奋过程 中产生微弱的电流，该电流经人体组织向各部分传导， 由于身体各部分的组织不同，各部份与心脏间的距离不 同，因此在人体体表各部位，表现出不同的电位变化， 这些电位变化可通过导线送至一种特制的记录装置记录 下来，形成动态曲线，这就是所谓心电图 （Electrocardiogram，ECG），也称为体表心电图
氧饱和度测量时手指安放的方法图
（4）呼吸波与呼吸率
呼吸测量是肺动能检查的重要部分。在监护仪中，通 常测量呼吸波并测定呼吸（频）率（次/分钟）。 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，胸壁肌肉交变张驰，胸廓交替变形，肌 体组织的电阻抗也随之交替变化。 测量呼吸阻抗值的变化可采用电桥法、调制法、恒压 源法和恒流源法等多种方式。 在监护仪中，呼吸阻抗电极可与心电电极合用，在检 测心电信号时可同时检测呼吸阻抗变化和呼吸频率。
卡上还有键盘插口和软、硬盘接口，可用在设计阶段 调试程序。一个并口可用来驱动记录病案的热敏记录 仪或打印机。它具有与PC/AT兼容的总线ISA、 PC104接口，能通过无源底板与外设相接，包括与 TFT显示器连接，实现生理参数波形和测量结果的大 屏幕彩色显示。图5-17为3英寸的PCM-3054工控卡 外形图。
各种被测生理参数就其参数性质而言，可分为两大类。 一类是电信号，通常直接用电极提取；另一类是非电 信号，如血压、呼吸等，需通过不同的变换器(传感器) 取得。 凡是需要连续监测的信号都必须转换成电信号，再经 过放大和预处理(滤波去噪、平均叠加等)，然后再变 换成数字信号，以便能用计算机进行信号处理与分析。
床边监护仪的结构框图
中央监控台还可以存储必要的数据和结果，记录24h内对 各床边监护仪信号的监护分析结果，并打印输出。 中央监护控制台各床边监护仪之间采用异步通信方式， 传输速率可达100Mbit／s，实际上是一个小型局域网。
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1.3
多生理参数监护仪
多生理参数监护仪是一种用来对危重病人的众多生理 （或生化）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。
心电图（ECG）是多参数监护仪最基本的监护内容， 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屏幕上除给出心电波形外，应同时给出心率 HR，并具有心律失常自动分析的功能。
（2）无创血压
心脏收缩时所达到的最高压力称为收缩压，它把 血液推进到主动脉，并维持全身循环。 心脏扩张时所达到的最低压力称为舒张压，它使 血液能回流到右心房。 血压波形在一周内的积分除以心周期T称为平均压。 下图为血压测量袖带的缠绕方法。
(3)体温 由于体温变化相对较慢，也可采取间断采 样测量的方式(0．5h、1h或2h测一次)；观察一 昼夜体温变化情况，对掌握病情变化是十分重要 的。 (4)呼吸 监测呼吸次数、呼吸质量，包括呼吸量、 呼出二氧化碳含量等，以判定是否存在呼吸障碍 (如痰阻塞)及肺气交换功能是否正常。
属于因病情而异所增减的监测项目通常有： (1)血气参数 对于伴有呼吸功能衰弱、呼吸障碍、肺功 能衰竭的患者，通常必须监测血气参数，包括动脉血 液的pH值、血氧饱和度、二氧化碳饱和度等。 (2)脑电图 对于意识不清、各种脑损伤(缺血、缺氧、溢 血、血栓)等所造成的脑损伤患者，需要监测其脑电图， 以便观察大脑的生理活动能力，判定病情变化趋势。 通常只需单道或双导(左、右侧)记录。 (3)肝功能、肾功能、电解质平衡，包括血糖、尿液分析 和血红蛋白测定等。这些参数通常没有连续的监测仪 器，因而采用间断式采样分析，由护士操作，也可以 说是针对病情的常规测试项目 。
多路生理信号采集监护系统原理框图
监护仪一般都有自检测装置，通过硬件和软件检测系 统是否处于正常工作状态、导联电极是否脱落等。当 系统不正常时，如电源断电、电极松动或脱落时，即 发出报警信号。 几乎所有的监护仪都有超限报警装置，即当所监测的 参数超出设定的正常范围一定时间后，即发出声、光 报警信号。此报警信号应与设备工作不正常的报警信 号有所不同。
(6)多参数显示技术 设置显示缓冲区动态滚动显示波 形并显示各参数。
(7)安全性和可靠性 应保持系统长时间正常监测患者 参数及可靠工作。 (8)价格和使用费用 要求监护仪器性价比高。
1.2
CCU与ICU中的监护技术
一、 CCU中的监护技术 现代CCU监护系统有两大类：一 类是分散监护系统，另一类是集 中监护系统。前者是对单个病人 进行监护，其监护仪独立成机(系 统)，使用灵活方便。后者是较为 典型的CCU监护系统，可以同时 监护多个病人，便于集中管理， 仪器使用效率高。目前在医院 CCU病房中大多采用集中监护系 统。
1.1 生理参数的多路实时监护
对住院危重症患者，通常需要对下列重要生理参数进行 连续或间断连续监测： (1)血压 无创间接法测动脉血压(收缩压、舒张压和平均压) 或有创直接检测动静脉血压，一般情况下应尽可能采用 无创监测。 (2)心电图和心律 通常用导联Ⅱ对心电图进行连续监测， 对冠心病患者，往往还需要同时监测V5导联和导联I的 心电图，以便不仅能了解心搏情况，而且可以对心肌缺 血、心肌梗塞、各种心律失常(如室颤、房颤、早搏、 停博等)作出正确的分析和判断。
下图为一模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图。 仪器由工控卡、心电、血压、血氧OEM模块、电源模块 及各种探头以及9”绿色CRT显示器（或液晶屏）等组成， 该系统的功能模块可以扩充，既可以单独使用，也可通 过通信接口与中央监护控制台联机。
模块化多生理参数床边监护仪的组成原理框图
（一） 主控模块 主控模块采用了嵌入式工控卡设计，它具有工控机的 主要优点，能经受恶劣环境的考验，而且采用开放式 总线结构，体积紧凑，扩展方便。它们采用CMOS器 件设计，功耗低，又支持电子盘，在固化BIOS和DOS 的支持下，可使用PC机的软件资源，便于编制和实现 复杂的算法。再加上使用无源底板、抗干扰的 Wathdog电路等，使它们很适用于医疗仪器等嵌入式 系统的设计。